基于梯形轨枕轨道振动特性的钢轨波磨研究

针对我国部分地铁线路出现振动噪声加剧及钢轨异常波磨的现实情况,研究减振轨道钢轨波磨产生原因。利用仿真软件Simpack建立包含地铁车辆和轨道结构的车辆系统动力学模型,分析车辆通过速度与轨道结构振动频率的关系以及弹性轨道结构共振特性,得到梯形轨枕轨道钢轨波磨可能形成原因。研究结果表明:在振动频率230 Hz(R1 200 m)、225 Hz(R2 000 m)以及211 Hz(R3 000 m)处,内侧钢轨与梯形轨枕出现更为明显的共振现象,仿真计算波磨波长和现场实测数据接近;对比相同曲线半径下的普通轨道和梯形轨枕轨道振动频率的分布情况,得出钢轨波磨与轨道结构固有振动特性有关。轨道结构固有振动特性及车辆曲线通过速度是造成钢轨波磨形成的关键因素。     

轮轨异常振动对地铁车辆部件的影响分析

文章针对地铁车辆在长期服役过程中产生的轮轨异常振动问题,从直接影响轮轨关系的轨道不平顺、车轮多边形和钢轨波磨三个方面入手,分析了不同频段内、不同激扰源导致的轮轨异常振动对车辆部件的影响。结果表明:在低频段内,轨道不平顺激扰下,车辆部件的异常振动主要表现为车体和构架的异常振动,车体异常振动降低乘客的舒适性,构架的异常振动加速构架疲劳裂纹的形成;在中高频段内,车轮多边形和钢轨波磨的激扰下,固有频率为中高频率的部件容易被激发,产生异常振动,致使部件(例如一系钢弹簧)出现裂纹、松脱、断裂。文章建议利用车载故障诊断系统来监测全线路的振动情况,当监测到线路轨道不平顺出现异常时,可通过降低列车运行速度来缓解轮轨异常振动;当监测到钢轨波磨和车轮多边形磨耗时,可通过镟轮以及对波磨区间进行打磨等措施来缓解轮轨异常振动。     

地铁小半径曲线段钢弹簧浮置板轨道的钢轨波磨研究

针对我国部分地铁线路出现振动噪声加剧及钢轨异常波磨的现实情况,开展地铁钢轨波磨形成机理的研究。利用多体动力学仿真软件Simpack建立包含地铁车辆和轨道结构的车辆系统动力学模型,研究车辆-轨道系统动力学性能以及弹性轨道系统振动特性对波磨形成的影响。研究结果表明:车辆通过曲线半径300m的钢弹簧浮置板轨道时,产生欠超高的速度以及降低曲线超高均可以降低轮轨间作用力;内侧钢轨的轮轨磨耗指数和横向蠕滑力均大于外侧,尤其在速度为55km/h时,无论轮缘是否贴靠钢轨,内侧钢轨所受应力均相对较大,造成内轨磨耗加剧;从曲线内外侧钢轨和轨道板频谱特性可知,内侧钢轨与轨道板发生共振现象所对应的频率140Hz与现场测试得出的通过频率139Hz相接近。轮轨间横向滑动造成的钢轨磨耗和轨道结构的垂向振动可能是造成曲线钢轨波磨的主要原因。     

钢轨波磨对地铁车辆振动噪声的影响

以国内某地铁线路为研究对象,调查并测试了钢轨波磨不平顺,分析了钢轨波磨特征;对实际运行中的地铁车辆进行了振动与车内噪声测试,从时域和频域信号重点分析了分别安装普通扣件和先锋扣件钢轨波磨对车辆振动噪声水平及频谱特性的影响。结果表明,采用先锋扣件的轨道容易产生短波长钢轨波磨;钢轨波磨是导致车辆振动和车内噪声过大的关键因素。研究结果可为地铁线路波磨治理及车辆振动噪声控制提供参考。     

高速列车车轮多边形动力学试验与仿真研究

国内某列动车组的车轮存在18阶和19阶的车轮多边形,为研究车轮多边形对车辆振动行为的影响,对该车进行了线路跟踪试验,对关键部件的振动加速度进行了测量和分析.以线路跟踪试验条件为基础,采用SIMPACK建立动力学仿真模型,输入实测数据,从时域和频域方面对比线路试验与动力学仿真获得的各个关键部件的振动数据,并比对结果差异,分析产生的原因.结果 表明:构架垂向加速度的线路试验数据略大于仿真数据,轴箱垂向加速度总体差距较小;仿真和线路试验构架振动能量均集中在540 Hz左右,仿真试验轴箱振动能量集中在527 Hz左右,线路试验轴箱振动能量集中在542 Hz左右,均接近由19阶车轮多边形引起的振动频率(547.81 Hz),且两者振动能量起伏趋势大体相似.说明仿真试验基本可以还原线路试验,且能较为准确地反映车轮多边形对车辆振动行为的影响.     

钢轨波磨对地铁车辆动态行为影响试验研究

调查并测量了某地铁线路科隆蛋减振轨道钢轨波磨的情况,现场测试了该地铁车辆通过严重波磨轨道时车辆各部件子系统的振动特性,分析了钢轨波磨对车辆动态行为和车辆运行品质的影响情况。研究结果表明:地铁车辆通过波磨严重的科隆蛋减振轨道时,车辆各部件垂向振动剧烈;40mm主波长波磨通过频率在轴箱、构架、和车体地板的垂向振动频谱中均有十分明显的体现,该波磨对车辆的动态行为和运行品质有很大影响;经典的垂向舒适度指标已不能很好地用于评价频率较高的短波长波磨对列车运行品质的影响,建议在后续的研究中,结合实际情况制定出高频振动显著的客车运行平稳性评价标准。     

基于线路实测载荷谱的转向架部件振动疲劳分析

为分析轨道交通车辆转向架零部件疲劳断裂的原因,基于某地铁车辆线路试验数据,以转向架实测谱为输入激励,使用频域疲劳分析方法对部件进行振动疲劳寿命分析,同时也采用实测应力进行寿命分析,并与频域疲劳分析方法做对比。其中,分析了正常与异常载荷谱对部件疲劳的影响,探讨转向架零部件结构疲劳失效原因,分析结果可供相关设计与优化参考。     

高速铁路钢轨波磨对弹条疲劳寿命的影响

为研究高速铁路钢轨波磨对扣件弹条寿命的影响，建立了车辆-轨道耦合动力学模型、扣件弹条瞬态有限元模型、扣件弹条疲劳寿命预测模型，仿真计算了列车高速通过波磨波长60～160 mm、波深20～160μm的钢轨波磨区段时扣件弹条的动态响应及疲劳寿命。结果表明：列车通过波磨钢轨时，钢轨对扣件的作用力及钢轨垂向位移变化曲线均发生明显的高频波动，其波动频率与钢轨波磨引起的激励频率一致，导致弹条动应力大幅增加；当波磨波深相同、波长在80 mm和130 mm时，波磨通过频率与扣件弹条固有频率接近，从而产生共振，导致扣件弹条动应力明显增大而疲劳寿命明显降低；同一波长下，随着波磨波深增加，扣件弹条动态响应加剧，疲劳寿命大幅降低。     

轮轨非均匀磨耗对地铁车辆振动的影响研究

对存在明显钢轨波磨和车轮多边形线路的地铁车辆振动行为进行了试验研究。结果表明,钢轨波磨处的振动加速度主频通常为一个固定频率;由车轮多边形引起的振动加速度的主频为车轮多边形的通过频率;在车辆加速或减速段轴箱振动加速度的主频随车速呈线性变化;由车轮多边形引起的振动明显高于钢轨波磨引起的振动。     

地铁车辆异常振动问题分析与改进

随着地铁车辆制式不断变化和运营速度不断提高，地铁车辆噪声及振动问题愈加突出。文章针对武汉地铁7号线车辆异常振动的问题，以ATO(载客运营)模式在正线开展车辆振动测试，分析车辆运行时大功率设备、车辆悬挂系统及轮轨关系对车辆振动的影响规律，并基于轮轨关系提出相应的改进措施和优化策略。经分析，轨道波磨引起的80～120 Hz振动频率和车轮失圆引起的15～20倍车轮转频是导致车辆异常振动的根本原因，因此，针对此问题将轮对镟修策略由传统的故障修优化为预防修，并进行了跟踪试验。经试验验证，优化后的轮对镟修策略能有效抑制车辆异常振动，乘坐舒适度指标衰减幅值最大达64.6%,能够显著延长轮对维护周期，降低生产成本。     

高速铁路钢轨波磨对沿线声环境的影响

针对铁路钢轨异常波磨问题,在某高铁线路两侧对未发生异常波磨和发生波磨路段进行了噪声测试.发生波磨与未发生波磨区段的测试对比结果表明:(1)对于300 km/h动车组,动车组通过时段的等效声级远轨侧前者比后者增加2～4 dB(A),近轨侧前者比后者增加5～7 dB(A);315 Hz及以下的低频噪声基本不发生变化,在630 Hz、1 250 Hz处出现增量峰值,峰值增量接近10 dB(A).(2)对于250 km/h动车组,动车组通过时段的等效声级变化不明显[1.0 dB(A)以内];315 Hz及以下的低频噪声基本不发生变化,在500 Hz、1 000 Hz处出现增量峰值,峰值增量2～3 dB(A).(3)根据理论计算,对于250 km/h动车组,一阶振动频率约在490 Hz左右;对于350 km/h动车组,一阶振动频率约在600 Hz左右,与现场噪声峰值出现频率的实测结果非常接近.     

转向架非主体结构件模态频率规划与设计验证

针对转向架非主体结构件进行模态频率规划及试验、仿真的方法以解决共振疲劳问题。首先梳理了车轮多边形、钢轨波磨、轨枕通过、P2共振等轮轨激振频率作为频率优化的边界条件并与IEC 61373中的试验频率范围进行了差异对比，给出了构架上设备大于100 Hz和轮对上设备大于250 Hz的模态频率一般建议，并建议基于线路主激振频率按1.414或1.19作为频率间隔参考系数进行模态频率优化。另外对比了某转向架天线梁实测振动量级高于IEC 61373的功能振动试验，说明了车轮多边形对振动量级的影响很大，建议优先采用实测振动量级进行试验并给出了试验方法，并针对缺少实测数据的情况给出了一种基于IEC 61373标准放大的试验量级。最后给出了采用Workbench进行仿真计算的方法，结合转向架管夹座优化示例，通过模态频率计算、随机振动仿真对比分析了结构优化方案的选择，从而实现提高结构寿命的目标。     

基于多轴振动环境再现的地铁车辆排障器寿命评估研究

车辆服役过程中，由于轮轨间的高频激励，极易引发结构共振疲劳问题。文章针对某地铁车辆排障器的疲劳开裂问题，开展了排障器的振动疲劳试验，发现了线路上通过频率为93 Hz的钢轨波磨是引发结构共振疲劳的主要原因。针对试验研究方法存在的传感器布置数量有限、成本较大等问题，文章从仿真分析角度，提出了一种基于多轴振动环境再现的地铁车辆排障器寿命评估方法。首先，建立了基于虚拟激励法的排障器随机振动模型，该模型可以很好地再现排障器的实际振动环境；然后，通过遗传算法对模态阻尼比进行优化，使得仿真和实测响应结果具有较好的一致性，验证了建模方法的正确性；最后，利用多核并行计算的方法实现了排障器任意位置的全程损伤和疲劳寿命计算，显著提高了仿真计算的效率。结果表明：排障器焊缝拐角处为其结构的薄弱位置，其全程工况损伤值为6.25E-03，疲劳寿命为0.60万km，远低于设计使用寿命的360万km，通过上述方法评估出来的排障器最大损伤位置与结构实际破坏位置相同，进一步证明了此方法的正确性。     

钢轨波磨对车辆-轨道动态响应的影响

在对我国某地铁A型车、轨道结构、行车速度以及钢轨波磨状态等进行现场调查的基础上,根据车辆-轨道耦合系统动力学理论,建立车辆-轨道垂向耦合动力学数值分析模型,计算分析波磨波长、波深和行车速度对轮轨相互作用及车辆运行稳定性的影响,并且以轮重减载率限值标准为判定依据,计算分析了不同波长情况下波磨波深的建议控制值。研究结果表明:轮轨作用力随波磨波深和行车速度的增加而呈线性增长,随波磨波长的增加而减小;钢轨波磨和行车速度对车体振动响应的影响可以忽略,而波磨和行车速度对轮对振动响应影响十分明显,整体表现为波磨深度和行车速度越大轮对振动加速度越大,波磨波长越长轮对振动加速度越小;以0.65的轮重减载率限值标准为判定依据,分析20～60mm波长范围内波深控制指标,建议波长为20、30、40、50、60mm短波钢轨波磨波深分别达到0.05、0.04、0.06、0.06、0.09mm时进行打磨处理。     

地铁钢轨波磨引起的扣件病害分析与治理

地铁钢轨波磨引起轮轨关系恶化,导致扣件系统损伤,缩短车辆构架和钢轨使用寿命,危及运营安全。针对钢轨波磨引发的扣件弹条断裂问题,选取半径650 m曲线段进行测试。结果表明:该曲线段钢轨存在63 mm典型波长波磨,导致外部能量输入增大,弹条的振动能量及振动幅值过大;弹条与铁垫板在外部激励下接触挤压,长期高能量振动导致弹条损伤并滋生疲劳裂纹,最终导致弹条与铁垫板接触点应力集中以致脆性断裂。根据弹条断裂原因制定了合理的整治措施,并给出了钢轨波磨治理建议。     

基于车辆响应的高速铁路周期性轨道短波病害时频特性分析

对基于同步压缩小波变换提取瞬时频率的方法进行改进,使之可完整、准确地提取振动信号的瞬时频率曲线,避免因时频聚集性较差以及交叉项的干扰带来的问题。采用该方法对高速综合检测列车轴箱加速度数据进行时频分析,提取钢轨短波不平顺的瞬时频率,根据其变化特性精确定位钢轨疑似波磨和打磨痕迹区段。结果表明:轴箱加速度波形均呈现周期性;分析区段的振动数据中包含150和75mm 2种波长呈现倍数关系的强振动数据,现场测试发现该处存在较强的钢轨波磨现象,波磨波长为150mm,同时现场还存在波长为75mm的钢轨周期性打磨痕迹;75mm的钢轨周期性打磨痕迹引起轮轨系统的非线性振动,振动频率达到1 125Hz,与扣件固有频率562Hz呈倍频关系,导致扣件产生强烈的共振,从而引发轮-轨接触共振,造成钢轨表面产生塑性变形,形成塑流性波磨,在列车的反复作用下,该处产生150mm波长的波磨。     

吊弦振动频率及幅度对疲劳寿命的影响分析

推导吊弦的振动方程,用数值方法求解振动方程,模拟位移,横截面作用力和弯矩的动态变化规律。根据吊弦的应力时程、利用MATLAB数值计算程序分析影响吊弦疲劳寿命的因素(如振幅和频率)。数值计算结果表明:吊弦疲劳寿命的对数值随着频率和振幅的增加呈现出线性降低的趋势。     

构架弹性振动对疲劳寿命影响研究

近年来国内地铁车辆转向架构架多次发生弹性振动问题,弹性振动对构架疲劳寿命的影响已引起高度关注。现对国内某型地铁车辆转向架构架动应力进行测试并对数据进行时域和频域分析,得到了构架上发生弹性振动测点的动应力特点;在建立构架有限元模型的基础上,计算了构架自由振动频率,结果表明构架实际线路运用中弹性振动频率与其某阶固有频率一致;对测试数据采用去除振动主频率的方法,得到去除弹性振动后测点的动应力时间历程及分布特性,结合雨流计数法、S-N曲线并应用Miner线性疲劳累计损伤理论,得到发生弹性振动和去除弹性振动情况下构架上不同部位测点的等效应力幅值及疲劳寿命,进而获得构架弹性振动对疲劳寿命影响特性。研究结果表明,发生弹性振动后,构架局部位置疲劳寿命将大幅下降,可降至原设计寿命的1/3。     

轨道系统钢轨振动衰减率动力测试研究

研究目的:钢轨振动衰减率是轨道结构动力分析的重要内容,可反映振动沿钢轨纵向传播的特性。本文采用试验的方法,对比分析剪切型减振器、DTVI_2扣件两种轨道结构型式下的钢轨振动衰减率,并进一步分析北京地铁特殊钢轨波磨的成因及整治措施。研究结论:(1)在大于400 Hz频率范围内,剪切型减振器扣件比DTVI_2扣件具有更大的振动衰减率;(2)剪切型减振器扣件在160~250 Hz频段的振动衰减率较低,大部分低于0.1 dB/m,在该频段不能提供足够的阻尼抑制轮轨相互作用引起的剧烈振动,这是钢轨异常波磨快速发展的主要原因之一;(3)针对性地调节轨道系统振动频率特性以避开轨道共振峰值点,并提高系统动态阻尼抑制钢轨振动,是有效整治异常波磨发展的重要改进措施;(4)本研究成果可为整治北京地铁异常钢轨波磨提供依据。     

地铁车辆轴箱吊耳断裂机理分析及优化

针对某型地铁车辆轴箱吊耳的异常断裂问题,在车辆实际运行线路进行了轴箱吊耳振动加速度和动应力测试;利用测试结果进行了时域频谱分析及传函分析,确定了轴箱吊耳结构的振动特性;进行了结构模态分析和疲劳寿命计算,表明轴箱吊耳的固有频率与轴箱传递率峰值所对应的频率范围重合,轴箱吊耳结构受到来自轴箱的振动激励,在根部处发生共振导致疲劳寿命不足而提前断裂.最后,通过对整体结构进行形貌优化,提高轴箱吊耳疲劳寿命,使其满足运营时间要求.