谐振式浮轨扣件结构及钢轨减振降噪效果试验分析

介绍一种用于地铁交通的谐振式浮轨扣件的结构、特点及其谐振系统。该扣件利用动力吸振原理，针对地铁钢轨2 000 Hz频率范围设计了内含谐振质量块的橡胶支撑楔块，以吸收钢轨的振动能量，可在一定程度上抑制因低刚度隔振扣件对钢轨振动的影响，降低钢轨的振动和噪声辐射。在成都地铁一号线上进行的实测，其结果表明谐振式浮轨扣件相对于DVT I2扣件钢轨的垂向振动减少了1.5 dB，横向振动减少了0.8 dB，减小了低刚度隔振扣件对钢轨振动增加的影响。     

谐振式浮轨扣件系统在成都地铁的减振效果试验分析

为了减少因地铁列车运行时钢轨产生的振动,研发了一种改进型高刚度的谐振式浮轨扣件系统,它充分利用其谐振及弹性元件的动力吸振和隔振特点,能有效地减少钢轨及道床的振动。本文详细介绍了该系统试验中采用的轨道变形及振动、道床及隧道壁振动的测试方法,以及在成都地铁一号线路上分别采用DTVI2型扣件和谐振式浮轨扣件的减振效果。对比试验表明谐振式浮轨扣件具有较好的钢轨减振能力,取得了很好的减振及隔振综合效果,道床及隧道壁的振动水平在改进型谐振式浮轨扣件道床相对DTVI2型扣件道床降低8-9dB左右,谐振式浮轨扣件的轨道变形也满足线路安全设计标准的要求。     

谐振式浮轨扣件减振性能测试研究

为测试谐振式浮轨扣件振动特性和钢轨表面波磨,对南京地铁谐振式浮轨扣件进行锤击和波磨测试,同时对比测试Ⅰ型扣件、DTVⅠ2扣件和DTVⅡ2扣件3种典型常用扣件。测试结果表明,谐振式浮轨扣件固有频率、刚度和钢轨表面粗糙度最低,振动传播衰减率最好,谐振式浮轨扣件同时具有较好的减振和抑制钢轨波磨能力。     

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。     

扣压力失效状态下WJ-8扣件垂向力学行为研究

为研究扣件扣压力失效对车-轨系统动力性能的影响,通过建立WJ-8扣件精细化分析模型研究了扣件在不同受力阶段的垂向非线性刚度行为,提出了改进的抗拉刚度双线性模型和不受拉弹簧模型用来表征扣压力失效的扣件,并分析了不同扣件失效类型对车辆-轨道系统动力响应特性的影响。分析结果表明,扣件垂向刚度可离散为抗拉刚度与抗压刚度。当上拔力超过扣件扣压力后,扣件的垂向抗拉刚度迅速减小,无法保持对钢轨上移的约束作用。扣件扣压力失效和完全失效都削弱了钢轨的约束,增大了钢轨振动。其中扣压力失效主要增加钢轨在8 Hz~50 Hz范围内的振动,完全失效下钢轨振动在全频段内都有所增加。     

新型组合式道床系统静动态特性试验研究

对于一种新型组合式道床试验系统的结构,进行了静动态试验,研究组合式道床系统在承受大载荷作用下,钢轨以及道床板结构受力变化规律,并将静态试验数据与理论计算结果相互对比。在负载状态下对该系统进行了动态锤击试验,验证安装谐振浮轨减振扣件及道床隔振垫组合道床系统的总体减振效果。静态力学特性数据表明：谐振浮轨扣件及道床隔振垫组合式系统理论计算与实际实验值基本一致;动态试验结果得到该组合道床系统在实验室等效轴载14 t～16 t条件下20 Hz～200 Hz频率范围,平均减振量可达到25 dB。     

减振型扣件理论研制和室内试验研究

扣件系统是影响轨道结构振动特性的关键因素,其刚度过大钢轨与轨枕或轨道板耦合作用减弱,钢轨的振动衰减率变小,过大耦合作用增强,会导致轨枕或轨道板振动增强。基于此,应用轮轨系统耦合动力学思想,得出一定轨道和车辆结构参数下的扣件的最佳匹配刚度。并基于铁路轨道设计规范设计制作了减振型扣件样品,通过疲劳测试和动力特性室内测试表明：疲劳前后静刚度损失为1.2kN/mm,扣压力损失为1.67kN,纵向阻力损失为1.6kN,表明扣件系统设计合理,组装疲劳性能合格;垂向激励和横向激励下,在0～5000HZ频段内,减振扣件对轨头、轨腰和轨脚的减振作用均很显著。     

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。     

浮置板轨道横向振动的谐响应分析

建立浮置板轨道横向运动的数值模型，并考虑钢轨的扭转变形，得到钢轨轨头部以及浮置板在谐振作用下的横向位移响应以及钢轨扣件、钢弹簧的支承力。同时在ANSYS中建立浮置板轨道的有限元模型，与数值模型相对比，得到的结果相吻合。对数值模型在不同激励力和不同的支承条件下进行谐响应分析，得到钢轨和浮置板在0-500Hz频段内的横向运动状态。     

不同减振扣件的轨道结构横向振动测试与分析

轨道结构的固有特性不因车辆系统及列车运营状态的变化而变化,可通过轨道的振动动态频响测试来辨识系统的传递特性和特征参数。基于国内某地铁正常运行的350 m小半径曲线线路,测试双层非线性减振扣件、III型轨道减振器扣件及DTVI2减振扣件等3种轨道结构线路在正常列车运营条件下钢轨动态振动响应及对应线路钢轨波磨水平,得到频率大于400 Hz时III型轨道减振器扣件及双层非线性扣件的钢轨横向振动大于垂向振动。结合线路钢轨波浪磨耗的特征,在车速65 km/h下中等减振扣件(双层非线性扣件与III型轨道减振器扣件)钢轨波磨多集中在50mm～80 mm短波长,分析得到III型轨道减振器扣件及双层非线性扣件的钢轨横向动态振动频响峰值与其钢轨波浪磨耗激励的200 Hz～400 Hz频率范围基本吻合,初步得到区段钢轨波磨形成和发展的影响因素。同时,采用锤击方法对比3种扣件轨道结构型式下轨道的振动衰减率及阻尼特性,综合结果发现双层非线性减振扣件相对于其他两种扣件轨道结构型式特别在400 Hz～630 Hz频段范围对钢轨的横向振动有较好的抑制作用。     

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。     

中低速磁浮轨道结构垂向振动传递特性研究

为研究中低速磁浮轨道结构的垂向振动传递特性,基于室内试验与振动理论,建立轨道结构频域分析模型,以结构垂向导纳,位移与力的垂向传递率为评价指标分析了结构的垂向振动传递特性。探究了扣件垂向刚度、扣件垂向阻尼、轨枕支承间距、F轨顶面厚度以及轨枕翼缘厚度对于结构垂向振动传递特性的影响。研究表明：中低速磁浮轨道结构的垂向振动可分为低频整体振动与高频局部振动两个阶段,且结构整体振动时力与位移的垂向传递率较高;F轨沿结构纵向上的垂向位移导纳变化并非随着与激励点距离的增大而减小,而是与结构在不同频率下的振型有关;扣件垂向阻尼增大对力与位移的垂向传递均有抑制作用,其中对于力的垂向传递抑制更加明显;扣件垂向刚度、轨枕支承间距、F轨顶面厚度以及轨枕翼缘厚度都会使结构局部刚度发生改变,从而影响力与位移垂向传递的峰值与频率。     

中低速磁浮轨道结构垂向振动传递特性研究EI北大核心CSCD

为研究中低速磁浮轨道结构的垂向振动传递特性,基于室内试验与振动理论,建立轨道结构频域分析模型,以结构垂向导纳,位移与力的垂向传递率为评价指标分析了结构的垂向振动传递特性。探究了扣件垂向刚度、扣件垂向阻尼、轨枕支承间距、F轨顶面厚度以及轨枕翼缘厚度对于结构垂向振动传递特性的影响。研究表明:中低速磁浮轨道结构的垂向振动可分为低频整体振动与高频局部振动两个阶段,且结构整体振动时力与位移的垂向传递率较高;F轨沿结构纵向上的垂向位移导纳变化并非随着与激励点距离的增大而减小,而是与结构在不同频率下的振型有关;扣件垂向阻尼增大对力与位移的垂向传递均有抑制作用,其中对于力的垂向传递抑制更加明显;扣件垂向刚度、轨枕支承间距、F轨顶面厚度以及轨枕翼缘厚度都会使结构局部刚度发生改变,从而影响力与位移垂向传递的峰值与频率。     

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。     

曲线轨道钢轨扭转振动频率响应特性研究

将曲线轨道视为周期性离散支承结构,根据周期性结构的振动特性,将曲线轨道动力响应的求解问题转化在一个基本元之内进行研究,将固定谐振荷载视为速度为零的移动谐振荷载,通过引入移动谐振荷载作用下曲线轨道钢轨的频域数学模态及广义波数,得出曲线轨道钢轨扭转振动频域响应的级数表达。在频域内采用模态叠加法表示钢轨的扭转振动,进而求解得出不同激振频率下钢轨的扭转振动频域响应,得到曲线轨道扭转振动频率响应函数。针对曲线轨道扭转振动频响特性,分析了扣件支点扭转刚度、扭转阻尼系数、扣件支点间距以及曲线半径等因素对频响函数的影响。     

车速对曲线段组合式道床系统振动特性影响分析

为研究地铁车速对曲线段组合式道床系统振动特性的影响,对比分析地铁列车平均车速为20 km/h、40km/h和60 km/h工况下,曲线段组合式道床系统时域和频域的现场测试结果,分析结果表明：行车速度对曲线段组合式道床系统轨道结构垂向位移影响不大;低轨侧的轨道结构时域振动幅值均大于高轨侧;车速由20 km/h增至60 km/h时,曲线段组合式道床系统低轨侧钢轨、轨道板和隧道壁的垂向振动加速度幅值分别提升14.7 dB、7.6 dB和8.6 dB,高轨侧幅值分别提升12.2 dB、8 d B和8.4 d B;车速的提高主要增大了轨道结构63 Hz以下和250 Hz以上频段的振动,对80～200 Hz频段的振动影响不大;谐振盖板阻尼谐振器能降低组合道床在20～40 Hz频率范围内的垂向振动;车速为60 km/h时,组合式道床系统结构在1 Hz～25 Hz频段的振动显著增加,具体原因有待进一步研究。     

钢轨波浪磨耗测试分析研究

本文通过测试广州、成都、上海和南京等城市的地铁线路的钢轨波磨,从线路工况和扣件类型两个方面分析钢轨波磨发生机理。测试数据表明,波磨发生机理复杂,多数发生于减振轨道系统曲线段的低轨,相应锤击测试表明线路工况对钢轨波磨影响大于扣件类型的影响。数据同时表明使用谐振式浮轨扣件区域钢轨无波磨产生或降低改造前波磨。本文根据波磨测试结果和浮轨结构,提出通过钢轨中波动传播特性思路研究钢轨波磨产生机理。     

曲线轨道参数对钢轨振动衰减率的影响研究

建立曲线轨道解析模型,研究扣件刚度、扣件阻尼、扣件间距以及曲线轨道半径对钢轨振动衰减率的影响规律。轨道模型考虑为具有周期性离散支承的曲线Timoshenko梁,在频域内,将曲线钢轨的位移及转角表达为轨道模态的叠加,进而求解固定谐振荷载作用下曲线轨道的平面内和平面外动力响应。由于此轨道模型为无限周期性结构,将周期性结构理论应用于轨道模型的运动方程,可以在一个基本元内高效地求解轨道的动力响应。利用此模型计算固定谐振荷载作用下曲线钢轨的速度频响函数,据此计算钢轨的振动衰减率。经计算分析可知:在2 000 Hz以内,扣件刚度对钢轨振动衰减率有一定的影响,随着扣件刚度的增加,钢轨振动衰减率增大;对于100 Hz以上频段,扣件阻尼对钢轨振动衰减率有非常显著的影响,增加扣件阻尼可以显著提高钢轨振动衰减率;如果考虑全频段的钢轨振动衰减率,0.6 m扣件间距要优于0.4 m和0.8 m扣件间距;对于铁路轨道或城市轨道交通的轨道,曲线轨道半径变化对钢轨振动衰减率没有影响。     

固定谐振荷载作用下曲线轨道动力响应特性研究

将曲线轨道视为周期性离散支撑结构,根据周期性结构的振动特性,通过引入移动荷载作用下曲线轨道梁的数学模态以及广义波数,得出曲线轨道梁频域响应的级数表达,进而求解固定谐振荷载作用下曲线轨道梁平面外弯扭耦合振动的响应特性。通过计算不同频率固定谐振荷载作用下曲线轨梁的动力响应,可以求得曲线轨梁垂向位移频响特性。对单层离散点支撑轨道模型进行计算分析可知:曲线轨道梁一阶自振频率受扣件支点垂向支撑刚度、垂向支撑阻尼系数、扣件支点间距变化影响较大,扣件支点垂向支撑刚度增加时轨梁一阶自振频率提高,垂向支撑阻尼系数增加时轨梁一阶自振频率略有减少,扣件支点间距减小时轨梁一阶自振频率提高;扣件支点间距对曲线轨梁频响特性具有显著的影响,跨中处一阶pinned-pinned共振峰幅值及支点处反共振峰幅值随支点间距的增加而变大;曲线半径对地铁轨道轨梁垂向位移频响特性几乎没有影响。