采用上部锁紧式双层非线性减振扣件钢轨频率响应试验分析

轨道结构的频率响应指系统容易被激发产生显著振动响应的频率特性,根据频率响应函数可以辨识出轨道系统容易被激发的振动频率范围。采用锤击方法比较采用上部锁紧式双层非线性减振扣件(GJ-32扣件)以及Ⅲ型减振器两种轨道结构型式的钢轨的垂向和横向频率响应特性,同时也对比分析这两种轨道型式钢轨的振动频率响应情况,并结合两种轨道型式钢轨波磨现象,分析钢轨的频率响应特性与波磨特装频率的相关性。结果表明:上部锁紧式双层非线性减振扣件相对于Ⅲ型减振器在200 Hz～400 Hz之间对于钢轨的垂向及横向振动有较好抑制作用;采用这两种减振装置的钢轨的垂向"Pinned-Pinned"共振不是导致钢轨波磨的主要原因;采用Ⅲ型减振器的钢轨垂向频率共振点与现场实测的典型波磨频率高度吻合;在容易产生钢轨波磨的主要频率段,GJ-32扣件具有较好的衰减性和阻尼特性。     

上部锁紧式双层非线性减振扣件钢轨波磨的控制

地铁、轻轨等不断发展极大程度地减缓了交通拥堵、环境污染等问题,与此同时,车辆运营环境的复杂化也使得列车和轨道各部件的损伤也越来越严重,其中比较典型的问题就是轮轨间的钢轨的磨耗。为了降低地铁列车在轨道上运行时车辆和轨道之间的磨损,需要采取各种各样的减振或隔振措施。采用CAT钢轨波磨仪测试了剪切型减振器以及上部锁紧式双层非线性减振扣件两种轨道结构型式下在南京地铁1号线钢轨波磨的情况。在南京地铁1号线连续的6个月对相同区间内的钢轨的波磨进行跟踪测试,确认随着时间的增长剪切型减振器扣件钢轨的波磨在缓慢地增长,增长速度为1.5 dB/月,而上部锁紧式双层非线性减振扣件钢轨的波磨在缓慢地减小,减小的速度为0.7 dB/月。结果可以看出,剪切型减振器区间钢轨波磨严重发展,而上部锁紧式双层非线性减振扣件十分有效地抑制了钢轨波磨的增长。     

北京地铁采用调频式钢轨减振器抑制钢轨振动的试验研究

北京地铁剪切型减振器扣件区段大量出现钢轨波磨现象,经调查和测试分析发现:剪切型减振器扣件轨道系统在200~400Hz频段内的轮轨共振效应是引发钢轨波磨的主要原因,而剪切型减振器扣件轨道系统在此频段内阻尼过小,无法有效抑制钢轨振动。在轨腰处安装一种调频式钢轨减振器来抑制钢轨振动,进而抑制波磨发展,并在北京地铁亦庄线进行了现场试验,主要测试指标为调频式钢轨减振器安装前后钢轨振动衰减率和钢轨振动加速度。试验结果表明:安装调频式钢轨减振器,大大提高了剪切型减振器扣件轨道系统在200~400 Hz频段内的钢轨振动衰减率,有效地抑制了此频段内钢轨的振动。     

钢轨波磨对地铁轨道振动特性影响研究

某城市地铁线路使用科隆蛋扣件,波磨现象严重。为了研究钢轨打磨对轨道振动的影响,分别在钢轨打磨前后对同一轨道断面进行振动测试。同时在该断面打磨后换装上部自锁式双层非线性扣件,并对其进行振动测试,对比分析科隆蛋扣件与上部自锁式双层非线性扣件的减振效果。测试结果表明：打磨之后有效地控制了钢轨波磨,打磨后的振幅显著低于打磨之前,其中低轨垂向的减振效果最好,达到了9.2 dB;打磨之后新安装的上部自锁式双层非线性扣件对钢轨波磨发展有明显抑制作用,其减振效果与科隆蛋扣件大致相当。     

地铁浮置板轨道系统导纳特性与钢轨波磨关系研究

为了探明钢弹簧浮置板轨道区段波磨发生机理及与轮轨系统参数影响规律。首先基于现场测试的钢轨波磨特征,分析波磨典型波长及其通过频率;其次建立轮对和钢弹簧浮置板轨道三维有限元模型,分析轮轨共振模态与浮置板轨道钢轨导纳特性,探讨钢轨扣件刚度、浮置板隔振器刚度与轮对振动模态对钢弹簧浮置板区段钢轨波磨的影响规律。结果表明（：1）钢轨扣件刚度对波磨发生和发展有重要的影响。钢轨扣件刚度越低,将激发钢轨较大的振动,在特定频段上过大的钢轨振动会导致对应波长的波磨加剧,进而加速波磨的发展。（2）从轮轨系统模态分析,358 Hz的钢轨横向弯曲变形频率与测试线路产生特征波长为31.7 mm波磨引起的轮轨振动频率较为接近;可通过采取减振措施来抑制轮轨系统在358 Hz处的横向振动响应,会相应地减缓钢轨磨耗。     

调频式钢轨阻尼器对剪切型减振器轨道动力特性的影响

为了探讨采用调频式钢轨阻尼器(TRD)整治剪切型减振器轨道结构区间异常钢轨波磨的可行性,在长25 m的轨道试验平台上采用锤击试验测试了安装TRD前后剪切型减振器轨道的结构动力特性。结果表明:安装TRD可以优化150~400 Hz频段内剪切型减振器轨道结构的频响特性与钢轨的竖向振动衰减率。一方面,TRD降低了此频段内的钢轨频响函数峰值,而该频段内的轮轨共振被认为是导致剪切型减振器轨道钢轨波磨产生的主要原因。另一方面,TRD使钢轨竖向振动衰减率提高了4倍~8倍,抑制了竖向振动沿钢轨纵向的传播;不仅如此,安装TRD后,钢轨的水平向振动衰减率大于原剪切型减振器轨道,即提高了轨道系统沿钢轨纵向对钢轨水平向振动的衰减能力,增强了对钢轨横向振动的约束,在一定程度上增加了轨道的横向稳定性。     

北京地铁采用调频式钢轨减振器治理钢轨波磨的试验研究

北京地铁近年来投入运营的几条线路中,剪切型减振器扣件区段大量出现钢轨波磨现象,调研测试表明:在地铁列车运行过程中,剪切型减振器扣件轨道系统在150-400Hz频段内存在共振效应,且此频段内轨道阻尼过小,无法有效抑制钢轨的振动。采取在轨腰处安装一种调频式钢轨减振器来增加轨道系统阻尼,抑制列车运行过程中钢轨的振动,并在北京地铁线上进行了现场试验,对调频式钢轨减振器安装段和对比段的钢轨粗糙度进行了16个月的跟踪测试。结果表明:安装调频式钢轨减振器可有效减缓钢轨波磨的发展,延长钢轨的打磨周期。     

轮轨耦合系统横向动态响应特性对钢轨波浪磨耗的影响

研究国内某地铁采用科隆蛋扣件小半径曲线段出现严重波磨的原因。在现场调查测试阶段,利用Bi-CAT波磨测试仪获取该区段波磨的基本特征,通过锤击试验法对轨道进行频率响应特性测试;在实验室试验与计算机仿真阶段,通过ANSYS软件建立列车轮对与轨道的耦合三维实体有限元模型,并结合列车轮对模态测试结果,分析轮对的横向模态特征与轮轨系统横向频响特征以及钢轨波磨特征频率之间的关系。通过现场调查测试与计算机仿真得出如下结论:轮轨耦合条件下200 Hz至400 Hz轮对横向模态特征导致的钢轨横向振动是该区段63 mm和40 mm波长波磨形成的原因之一。     

地铁钢轨波磨对轨道结构振动及减振特性影响

现场调查某地铁线路上普通短轨枕、先锋扣件和钢弹簧浮置板三种轨道的钢轨波磨特征,并分别进行振动测试,研究钢轨存在波磨时,三种轨道结构的振动特性及减振效果。结果表明:三种轨道结构都是内轨波磨明显,外轨表面不平顺幅值相比内轨都很小,可以忽略不计其影响;波磨主波长频率成分很容易在轨道各零部件(包括隧道壁)振动中激发出来,并且会引起较大幅值的振动;在4 Hz~200 Hz频率范围内,波磨激励下的减振型轨道依然具有良好的减振性能,但是与其最初设计用于的减振效果相比,有明显的下降;先锋扣件轨道短波长波磨会削减隧道壁在高频段的减振效果;钢弹簧浮置板轨道的波磨幅值显著,虽然对其隧道壁的减振效果影响不明显,但是会造成钢轨振动增加。     

钢轨横向动态位移及振动水平对轨道安全性及钢轨波浪磨耗的影响

基于"轮轨柔度差变"机理,研究了弯道线路不同轨道支承系统钢轨横向动态位移、振动水平及钢轨表面粗糙度的变化,结果表明,降低轮轨横向柔度差变及控制钢轨横向振动是有效抑制减振轨道系统钢轨波浪磨耗的形成与发展的关键措施之一。     

钢轨波浪磨耗产生和发展机理及其控制

通过研究轨道系统不连续支承钢轨柔度的变化及轮轨系统动柔度关系,提出了＂轮轨柔度差变＂机理,该机理能有效地描述钢轨波浪磨耗产生和发展的原因,通过轨道动柔度理论计算和实验验证及运营条件下实际钢轨波浪磨耗现象的比较,得出一致的结论,从而充分证明了轮轨柔度差变和钢轨不连续支承及轨道支承刚度变化是钢轨波浪磨耗形成的主要原因之一,根据本文提出的钢轨波浪磨耗产生和发展机理,降低轮轨柔度差变及控制钢轨振动能够有效抑制钢轨波浪磨耗的形成与发展。通过在线对采用低刚度谐振动力阻尼隔振扣件的线路与原有普通线路上采用刚度较高扣件的轨道线路上钢轨粗糙度在不同时间间隔进行的测试比较,结果表明,在普通线路上采用刚度较高扣件的轨道线路上钢轨的粗糙度较高,而在安装低刚度谐振动力阻尼隔振扣件的线路上钢轨粗糙度反而有所下降,同时其钢轨本身在垂直方向及横向振动水平也有所下降。     

轨道交通扣件隔振性能应用研究

根据隔振原理,在双层非线性扣件基础上进行结构和动力学参数优化,选取工况基本一致的线路,分别进行轨道系统的动态变形、振动和传递特性测试.测试结果表明,优化后的双层非线性减振扣件满足轨道线路安全要求,与优化前减振扣件相比,优化后减振扣件垂向一阶频率降低,阻尼增大,隧道壁1～80 Hz频段Z计权加速度总振级降低1.7～2.2...     

不同轨道结构形式下地铁隧道振动传递特性试验研究

为探明不同轨道结构形式下地铁隧道的振动传递特性及减振效果，以南昌地铁3 号线为工程背景，分别选取普通板式轨道地段、双层非线性减振扣件轨道地段、隔离式减振垫轨道地段，开展现场锤击试验。基于现场测试结果，研究不同轨道结构形式下地铁隧道的振动传递特性，并分析不同轨道结构的减振效果。结果表明：隔离式减振垫轨道的减振效果最佳，其次是双层非线性减振扣件轨道，普通板式轨道减振效果最差；双层非线性减振扣件轨道在80 Hz～170 Hz范围内表现出良好的减振特性，隔离式减振垫轨道则在30 Hz 以上频段均表现出显著的减振特性；与普通板式轨道相比，双层非线性减振扣件轨道和隔离式减振垫轨道的减振效果分别约为5.6 dB和10 dB。     

不同轨道结构形式下地铁隧道振动传递特性试验研究

为探明不同轨道结构形式下地铁隧道的振动传递特性及减振效果,以南昌地铁3 号线为工程背景,分别选取普通板式轨道地段、双层非线性减振扣件轨道地段、隔离式减振垫轨道地段,开展现场锤击试验。基于现场测试结果,研究不同轨道结构形式下地铁隧道的振动传递特性,并分析不同轨道结构的减振效果。结果表明：隔离式减振垫轨道的减振效果最佳,其次是双层非线性减振扣件轨道,普通板式轨道减振效果最差;双层非线性减振扣件轨道在80 Hz～170 Hz范围内表现出良好的减振特性,隔离式减振垫轨道则在30 Hz 以上频段均表现出显著的减振特性;与普通板式轨道相比,双层非线性减振扣件轨道和隔离式减振垫轨道的减振效果分别约为5.6 dB和10 dB。     

成都地铁轨道GJ-III型减振扣件振动控制效果分析

城市轨道交通的振动和噪声问题越来越引起人们的重视,因此控制轨道交通噪声和振动是改善乘客舒适性和环境保护的重要课题。在轨道交通区段采取相应的轨道减振降噪措施,有效地减小列车运行引起的振动。针对成都地铁一号线现场测试比较DTVI2型普通扣件、GJ-I型轨道减振器和GJ-III型双层非线性减振扣件三种轨道扣件系统的动态特性及在正常运营条件下轨道动态变形及振动水平。结果表明GJ-III型扣件符合设计标准,满足列车运行安全要求,GJ-III型扣件相对DTVI2型普通扣件的减振效果可达10.1 dB,减振效果显著,达到振动环保要求。     

苏州轨交1号线隧道内振动传递测试与分析

在苏州轨道交通1号线滨河路至塔园路上行隧道内,采用锤击法分别测试短轨枕断面（III型减振器扣件+短轨枕式整体道床）和长轨枕断面（普通扣件+长轨枕式整体道床）钢轨上激励点至钢轨、轨枕、道床以及隧道侧壁的振动传递。测试结果表明,扣件对于钢轨振动的衰减主要体现在小于100 Hz的低频段,而轨枕对频率大于100 Hz的振动有相对好的衰减效果。对比两个断面中钢轨测点至道床的传递函数,III型减振器扣件+短轨枕式整体道床具有更好的减振效果,在40 Hz～80 Hz频段的振动峰值衰减10 dB左右。     

曲线段浮置板轨道横向特征对车内噪声影响分析

以小半径曲线段浮置板轨道结构为研究对象,建立曲线段浮置板轨道的横向振动模型,结合现场的钢轨-道床-车厢等“三维一体”实时测试,重点挖掘同一时刻同一辆车下浮置板道床横向频响、钢轨粗糙度与车内噪声的频响相互对应特征,深入剖析曲线段浮置板轨道结构横向特征对车内噪声的影响机理。结果表明（：1）半径350 m曲线段浮置板轨道结构的横向中高动态频响400 Hz～630 Hz与车内噪声超标频段范围一致（;2）曲线段浮置板轨道钢轨31.5 mm的波长是导致车厢内噪声异常超标的主要原因（;3）抑制短波长波磨发展及添加谐振式钢轨阻尼器是控制车内噪声的主要方法,研究成果对车内噪声治理与轨道结构设计具有可靠的参考价值。     

减振扣件对隧道-地表振动影响实测分析

为研究减振扣件对地铁隧道-地表环境振动的减振效果,对普通扣件和减振扣件下列车运行引起的隧道结构和地表振动响应进行现场实测分析,针对减振扣件和普通扣件得到以下结论:(1)减振扣件能明显降低钢轨的水平向振动,采用浮轨扣件后会使得钢轨的垂向振动明显增大;(2)减振扣件能明显控制隧道内结构的振动。对于隧道内振动控制效果,浮轨扣件效果更好。当采用减振扣件后,会出现道床和轨枕处的固有频率向低频偏移的现象,且会造成低频放大;(3)对于地面测点,由于低频振动在土层中的衰减较弱,会导致对与地面测点,双层非线性扣件加速度有效值和加速度峰值小于浮轨扣件。两种扣件均满足规范限定要求,在2 Hz～50 Hz频段范围内双层非线性扣件的加速度级小于浮轨扣件,双层非线性扣件的固有频率出现在63 Hz,浮轨扣件的固有频率出现在20 Hz说明两种扣件对于地面控制频段范围存在差异。     

地铁线路轨道中高频动态特性研究

地铁线路轨道中高频动态特性对轮轨振动噪声和钢轨短波长波磨的产生有重要作用。建立地铁整体道床轨道的三维实体有限元模型,结合现场力锤敲击法测试结果,计算分析地铁轨道的中高频动态特性,分析扣件刚度、轮对载荷对轨道中高频动态特性的影响。研究结果表明:普通扣件(垂向静态刚度约40 k N/mm)-整体轨道结构在150 Hz以下低频模态表现为轨道板和钢轨整体的垂向弯曲振动,在150 Hz~1 500 Hz中高频模态表现为钢轨相对于轨道板的弯曲振动、轨道板单独的弯曲振动和钢轨局部的扭转振动;扣件垂向刚度在10 k N/mm~40 k N/mm范围内变化对频率在750 Hz以下钢轨垂向动态特性有影响,对钢轨750 Hz以上的中高频模态振型影响不明显;轮对模态在1 500 Hz以下主要表现为弯曲和扭转振动,其对轨道的低频模态振型(钢轨和轨道板整体垂向弯曲振动)影响不明显,对轨道部分中高频模态(钢轨的垂向弯曲振动)影响明显。在400 Hz~1 100 Hz频率范围内,考虑轮对影响的轨道垂向模态频率增大,增大范围为10 Hz~56 Hz。     

地铁隔振措施对钢轨声功率特性影响测试分析

当列车通过浮置板轨道和减振型扣件轨道等减振区段时,车内噪声较大,影响乘客的舒适性。滚动噪声是车内噪声的重要组成部分,而钢轨声功率反映了钢轨滚动噪声能量的大小。为了研究地铁隔振措施对钢轨声功率特性的影响,对不同隔振措施下钢轨垂向振动沿纵向的轨道衰减率和钢轨加速度导纳进行了测试,计算分析了单位简谐点激励下的钢轨垂向振动相对声功率级。结果表明所测隔振措施通过降低轨道垂向刚度,改变了钢轨垂向振动的加速度导纳幅值和轨道衰减率。钢弹簧浮置板道床和减振垫浮置板道床提高了三分之一倍频程中心频率200 Hz以下的轨道衰减率,而GJ-III型减振扣件长枕整体道床的衰减率在中心频率2 500 Hz以下小于非减振型扣件长枕整体道床。钢轨在受到单位简谐点激励作用时,浮置板道床的钢轨声功率在200 Hz以下明显增大,而GJ-III型减振扣件长枕整体道床的钢轨声功率在500 Hz以下明显增大。