钢轨重型化对轮轨系统动力响应及动力传递的影响

运用能量法建立车辆—轨道耦合动力学模型,结合大秦线轨道结构力学参数,分别计算分析了45,50,60和75 kg/m共4种钢轨支承下轮轨系统各结构的动力响应,研究钢轨重型化对轮轨系统动力特性的影响。研究发现:钢轨重型化对车辆系统的动力响应影响较小,而对轨道结构和路基的影响显著;随着钢轨质量及抗弯刚度的增大,车体位移、车轮加速度、轮轨力、钢轨位移、扣件力、轨枕振动位移及枕下支承力降低,车体加速度、钢轨加速度先增大后减小,轨枕加速度增加。     

轨枕吊空对轨道结构动力性能的影响

运用车辆一轨道耦合动力学理论,模拟计算轨枕吊空状态下轮轨系统的动力响应,比较分析列车运行速度和吊空轨枕数量埘轨道结构动力性能的影响,并对时域与频域内室内模型试验线进行测试分析和验证.结果表明:轨枕吊空破坏了轨道结构支承的连续性,轮轨间相互作用加剧,并随吊空数量的增加与列车运行速度的提高而显著增大;同时,轨枕吊空将影响其前后毗邻的正常轨道结构的动态特性,形成线路几何与动态不平顺,影响车辆运行平稳性与乘坐舒适度.钢轨与轨枕频响函数测试表明,由于轨枕吊空改变了该区段轨枕间距和轨下支承刚度,削弱了道床对线路所提供的阻尼,使得轨道结构的动力性能也产生了显著变化.     

轨枕悬空条件下的列车-轨道系统竖向振动响应研究

针对道床作为散体结构本身具有弹、塑性,在列车荷载的反复作用下会发生沉降,沉降的不均匀导致轨枕悬空的情况,基于列车—轨道系统竖向振动分析方法,研究1根和几根轨枕悬空时列车—轨道系统的竖向动力响应。计算结果表明,当列车通过悬空轨枕时轮轨相互作用增大,其中轨枕的竖向位移及加速度增长最明显,且随着悬空轨枕的根数增加,动力响应增长越明显;即使毗邻轨枕的支承良好,也受到悬空轨枕的影响,轨枕位移及加速度增长显著;轨枕悬空会加速轨道结构的破坏,甚至危及行车安全。     

弹性轨枕+道砟垫有砟轨道疲劳性能试验研究

为研究弹性轨枕+道砟垫有砟轨道结构疲劳损伤特性,建立轨道结构实尺模型,开展疲劳试验,探究轨道结构在周期循环荷载作用下的疲劳特征,通过测试钢轨、轨枕位移,轨距,道床沉降高度,轮轨力变化规律来反映轨道结构的疲劳特性。试验结果表明:300万次疲劳荷载前后,弹性轨枕+道砟垫有砟轨道各部件均保持完好;钢轨和轨枕在循环荷载作用下,两者位移逐渐减小并趋于稳定;轨距基本保持不变;道床因循环荷载作用逐渐密实,在加载初期其高度有所下降,后期保持不变;轮轨力在加载过程中基本保持稳定。反映出弹性轨枕+道砟垫有砟轨道在循环荷载作用下,仍能够保持良好的几何形位及受力状态,耐久性良好。     

弹性支承块轨道结构落轴冲击动力性能分析

将轮轨接触边界条件用罚函数法释放,采用点面接触单元导出轮轨接触有限元控制方程,建立轨道结构落轴冲击动力有限元方程。分析落轴冲击对轨道结构产生的动态响应,比较弹性支承块及短轨枕埋入式整体道床轨道结构的动力性能,并用现场实测数据进行验证。结果表明:弹性支承块轨道结构与普通短轨枕结构相比,其轨下及块下刚度易于调整,可进行双层弹性的合理匹配,从而有效吸收轮轨冲击,提高列车运行平稳性,具有减振降噪与延缓轮轨磨损等优越性能。建议其块下刚度稍大于轨下刚度,增幅值控制在20%以内。     

桥上复合轨枕无砟轨道垂向动力性能研究

桥上复合轨枕无砟轨道是一种新型轨道结构,轨枕由复合高分子材料及加劲材料等构成。为研究桥上复合轨枕无砟轨道结构的垂向动力性能,建立车辆-轨道-桥梁垂向耦合动力学模型,对比双块式轨枕分析车辆、轮轨系统、轨道系统以及桥梁的动力响应。结果表明:桥上复合轨枕无砟轨道垂向动力性能满足行车安全性、平稳性以及旅客乘坐舒适性标准要求;车辆、轮轨系统及轨道上部结构动力响应较双块式轨枕略有增大,轨道下部结构及桥梁动力响应较双块式轨枕有所减小。桥上复合轨枕无砟轨道结构在满足现有规范使用要求的同时具有一定减振作用。     

轨下支承失效对车辆系统动态响应及乘坐舒适度的影响

建立了基于Timoshenko梁模型的非对称车辆/轨道耦合动力学模型,分析轨下支承失效对车辆乘坐舒适度的影响。钢轨被视为弹性离散点支承上的无限长Timoshenko梁,通过假设轨道系统垂向支承刚度沿纵向分布发生突变来模拟轨下支承失效状态。推导了考虑钢轨横向、垂向和扭转运动的轮轨滚动接触蠕滑率计算公式。利用Hertz法向接触理论和沈氏蠕滑理论分别计算轮轨法向力及轮轨滚动接触蠕滑力。采用移动轨下支承模型分析离散的轨枕支承对系统动力响应的影响。利用新型显式积分法求解车辆/轨道耦合动力学系统运动方程。乘坐舒适度评价采用Sperling指标,通过数值分析,得到直线轨道连续从0到6个轨下支承失效对车辆动态响应及乘坐舒适度的影响。结果表明,轨下支承失效对车辆系统位移、加速度有显著的影响,随着轨下支承失效个数的增加,轮轨力和车辆系统的位移、加速度将会急剧增大,乘坐质量和乘坐舒适度指标呈线性增大,但数值很小。     

轨下支承失效对轨道结构动力性能的影响

通过建立车辆轨道耦合动力学模型,分析了普通整体道床、弹性支承块与浮置板三种轨道结构轨下支承失效后的动力响应。结果表明:轨下支承失效对列车通过时轮轨系统动态响应的影响较大;随着轨下支承失效个数的增加与列车运行速度的提高,轨道结构的位移、支座反力、轮轨力的动力响应都将显著增加。     

基于现场锤击试验的地铁轨道振动特性分析及参数研究

近来,由于轮轨共振而产生的地铁钢轨异常波磨问题备受关注。轨道结构动力特性分析是开展轮轨耦合振动研究的基础,地铁轨道结构的动力特性取决于各组成部分(钢轨、扣件、轨枕和道床等)的物理特性及其组合形式。基于轨道结构的周期性频域解析模型,结合北京地铁在线锤击试验,通过计算轨道结构在脉冲荷载下的频响函数,对0~2000Hz频段内轨道结构的动力响应主频进行分析;并通过改变轨道结构参数,分别研究了不同轨道结构参数对各轨道结构动力响应主频的影响情况。研究结果表明:轨下支撑刚度对钢轨共振频率影响较大,枕下支撑刚度对轨道系统共振频率影响较大,轨下和枕下支撑阻尼仅能改变各共振频率点的响应幅值;轨枕支撑间距对pinned-pinned共振频率影响较大,对其他共振频率点的影响较小。     

160 km/h梯形轨枕轨道安全性、平稳性及轮轨振动特性在线实测

全面介绍梯形轨枕轨道在铁道科学研究院国家铁道试验中心R1432m环行道上开展安全性、平稳性及轮轨振动特性测试的方案、测试指标、评判标准及测试结果。采用8辆编组160 km/h动力集中电动车组,测试速度为100、120、140、165 km/h,测试对比断面包括2种梯形轨枕及环行道既有有砟轨道,测试指标包括脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力等安全性指标、钢轨及梯形轨枕垂横向动态变形、车体垂横向振动加速度等稳定性指标、钢轨垂横向振动加速度等轮轨振动特性指标及梯形轨枕应力变化等,上述各项指标的实测结果均低于相关规范标准的限值,且基本与有砟轨道对比断面的测试数据相近,表明梯形轨枕在安全性、稳定性及轮轨振动特性方面可满足160 km/h速度级线路的应用要求,可为该速度级的轨道减振技术提供借鉴与参考。     

不同类型轨枕轨道结构动力性能试验研究

加强轨道结构是列车提速前线路改造的主要内容之一。目前在提速线路上有Ⅲ型枕和Ⅱ型枕轨道结构,不同的轨道结构具有不同的动力特性。本文就Ⅲ型枕和新Ⅱ型枕轨道结构的动力特性进行试验研究。试验时采用落轴和动力激振两种加载方法,测试轨道结构的动力响应有轮轨作用力、轨座反力、钢轨和轨枕振动加速度。测试结果表明,Ⅲ型枕的质量较大,轨道结构的刚度也较新Ⅱ型枕的大得多。落轴试验时,Ⅲ型枕轨道结构的钢轨、轨枕振动加速度都比新Ⅱ型枕的小,且Ⅲ型枕的振动频率也要低得多,但两种类型轨枕轨道结构的轮轨冲击力相接近。现场试验表明,Ⅲ型枕轨道结构更加稳定。根据试验结果,认为为提高提速线路的稳定性和延长维修养护周期,在列车速度大于160 km/h的线路上宜采用Ⅲ型枕、60 kg/m钢轨的轨道结构。     

水害条件下弹性道床垫减振轨道的性能研究

为研究弹性道床垫减振轨道在隧道遇水不利情况下的耐久性及稳定性,通过设计室内原型试验,测试分析泡水疲劳前后轨道结构部件的性能变化,并基于试验结果和轮轨系统动力学理论,分析泡水疲劳前后弹性道床垫减振轨道的减振性能变化规律。研究结果表明:(1)疲劳后轨道结构各部件功能保持稳定,该减振轨道具有良好的耐久性;(2)泡水疲劳试验前后,扣件系统的刚度变化率为1.40%,道床垫刚度变化率为5.95%;(3)弹性道床垫减振轨道具有稳定良好的减振性能,相比普通整体道床轨道结构,能够有效降低车体、轮对及钢轨在中心频率为40~60 Hz区间内的振动加速度级。     

复合轨枕无砟轨道疲劳试验研究

复合轨枕无砟轨道是一种新型轨枕无砟轨道结构,通过开展复合轨枕无砟轨道疲劳试验研究其疲劳性能。试验建立复合轨枕无砟轨道实尺模型并对其施加300万次疲劳荷载,观察轨道各部件在疲劳加载前后的伤损情况,测试疲劳加载前后钢轨、复合轨枕、道床板相对位移变化、轨距变化和道床板受力变化。试验结果发现:无砟轨道及其各部件在疲劳试验中均未出现疲劳损伤;轨道结构部件位移在加载前期略有波动,后逐渐减小并趋于稳定,道床板受力满足规范要求。研究结果表明:复合轨枕无砟轨道具有一定耐久性,为其进一步推广和应用奠定了基础。     

轨道参数对地铁列车所引起轨枕动力响应的影响

在钢轨动力响应解的基础上,以双层弹簧阻尼支承来模拟轨下基础,从时域和频域两方面计算分析了轨道参数对地铁列车荷载所引起轨枕动力响应的影响。     

地铁列车高速行驶时梯形轨枕轨道动力性能分析

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立地铁车辆-梯形轨枕轨道动力学模型,计算分析了地铁列车以140,160,220 km/h通过直线和曲线地段梯形轨枕轨道时的轮轨动力作用及安全性指标、车辆动力性能及平稳性指标、轨道结构动力特性,并研究了不同速度条件下列车通过小半径曲线地段时欠超高对车辆和梯形轨枕轨道结构动力性能的影响.结果...     

长大连续坡道梯形轨道垂向动力学性能研究

梯形轨枕轨道是一种纵向轨枕轨道系统,轨枕由PC纵梁和横向钢管联接杆件构成。国内外城市轨道系统铺设梯形轨道的应用结果表明,梯形轨枕可大幅度提高对列车荷重的分散能力,且具有良好的减振和降噪性能。根据梯形轨枕轨道结构特点建立弹性地基梁-板模型,利用有限元方法计算在不同列车运行速度和不同坡度情况下梯形轨枕轨道系统的垂向动力响应,对在线路长、落差高的长大连续坡道上铺设梯形轨道的垂向稳定性进行论证。计算结果表明长大连续坡道上梯形轨枕垂向动力响应符合标准,可以在城市轨道交通的长大连续坡道区段铺设。     

胶济线涵顶铺设弹性轨枕的动力分析研究

文章分析胶济客运专线涵洞上铺设弹性轨枕时轮轨系统的动力特性。研究表明,弹性轨枕能显著提高轨道弹性,能够解决涵洞顶部填土不足造成的轨道刚度突变,比普通轨枕更利于保持轨道结构的稳定,具有良好的动力减振性能,能有效解决胶济线涵洞路段轨道刚度不足。     

高速铁路桥上有砟轨道结构力学特性分析

在京沪高速铁路济南黄河大桥有砟轨道开展了系统性的动力试验,内容包括列车运行安全性指标和轨道结构稳定性参数等。测试结果表明:京沪高速铁路时速250～350 km动车组通过桥上有砟轨道时,实测脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力均在相应安全限值以内;钢轨横向位移、轨枕横向位移、动态轨距变化量与列车运行速度均呈现出正相关的关系;采用弹性轨枕有利于改善高速铁路桥上有砟轨道的弹性,但会降低道床横向阻力和轨枕支承刚度,应重点关注弹性轨枕区段道床横向稳定性;既有标准中对轨枕支承刚度的规定对高速铁路桥上铺设弹性轨枕的有砟轨道区段不完全适用,建议提出相应的验收标准。     

合成轨枕式无砟轨道结构垂向动力特性分析

通过合成轨枕式无砟轨道结构的半车—轨道垂向耦合动力学模型,研究了焊接不平顺激励下,扣件刚度、枕下支承刚度等对结构垂向动力特性的影响。分析表明:扣件刚度、阻尼及树脂砂浆弹性模量对行车安全性及平稳性影响不大。扣件刚度增加,对轨道系统的动力特性有一定影响,其中钢轨位移减少最为显著;扣件阻尼增加后,钢轨垂向振动加速度明显减小;树脂砂浆弹性模量增加,轨枕垂向振动加速度减小显著,钢轨垂向振动加速度增加。     

重载铁路有砟轨道用弹性轨枕枕下垫层静刚度试验方法研究

在重载铁路有砟轨道区段铺设弹性轨枕可有效降低轮轨相互作用,减缓桥隧区段道砟粉化,从而延长轨道结构养护维修周期。有砟轨道弹性轨枕枕下垫层静刚度值是结构体系中的重要参数,直接影响弹性轨枕的应用效果。我国早期制定的标准中弹性轨枕枕下垫层静刚度试验方法不尽合理。本文在总结对比国内外标准的基础上,结合室内试验,对弹性轨枕枕下垫层静刚度试验方法从枕下垫层静刚度大小的评估方法、试件的制作及支承状态、静刚度计算时荷载取值范围三个方面进行了优化,可为我国重载铁路有砟轨道弹性轨枕结构设计提供参考。