轨道车辆设备箱体不同结构薄板性能对比研究

针对机车车辆设备箱体底板常用平板结构时存在刚度强度不足、易变形等问题,对比研究了平板和5种不同结构波纹板的力学性能。首先,基于Karman多项式推导了6种板型的均布力近似特征关系式。其次,根据波纹板线性和非线性近似固有频率关系式计算出了6种板型的固有频率近似值。然后,通过仿真验证了均布力和固有频率关系式的正确性。最后,对6种不同结构的箱体底板分两种类型进行强度、模态和疲劳仿真分析,得到半圆形波纹板作为设备箱体底板具有较好的性能,在实际工程运用中可予以考虑。     

钢弹簧浮置板轨道与隧道底板相互作用数值模拟

针对城市轨道交通穿越施工引起的轨道结构与隧道底板脱空的现象,采用ANSYS建立钢轨-钢弹簧浮置板道床-隧道底板的相互作用模型。考虑隧道底板变形方式、隧道底板最大变形值、Peck曲线沉降槽宽度、浮置板变形缝等影响因素,通过数值模拟计算轨道结构变形和内力、浮置板与隧道底板的脱空量和脱空范围,得出轨道结构与隧道结构相互作用的一般规律。计算结果表明:浮置板与隧道底板之间连接力弱,隧道底板发生不均匀变形时可能产生脱空;浮置板自身较大的刚度是其与隧道底板产生差异变形的主要原因,钢轨并不能对浮置板产生有效的约束;轨道与隧道结构的差异变形随隧道底板变形值的增大而增大,随沉降槽宽度的增大而减小;模型能够较全面地分析轨道与隧道结构相互作用问题,为计算穿越施工引起的既有轨道结构的变形、内力及其与隧道底板的脱空提供有效方法。     

铁路轨道刚度的确定方法

对轨道合理刚度问题进行分析,阐述轨道容许变形量与轨道部件容许应力相互平衡关系以及维修工作量与行车舒适性相互制约关系。给出三种确定轨道整体刚度的方法,钢轨允许应力法、轨道允许变形法和临界速度法。论述部件刚度合理匹配关系。从安全和控制维修的角度,提出基于合理变形确定轨道部件刚度的方法,即变形分配法。应用所提出的方法,对高速铁路轨道刚度问题进行探讨,建议采用轨道允许变形法和变形分配法确定高速铁路轨道整体刚度和部件刚度。给出我国高速铁路在车辆轮载作用下轨道刚度的建议值,轨道整体刚度100kN·mm-1、钢轨支座刚度37kN·mm-1、轨下垫板和道床刚度74kN·mm-1。     

隧道变形引起的钢弹簧浮置板轨道变形与脱空分析

穿越施工引起既有隧道及其上的轨道结构产生变形,给列车运营安全带来不利影响。将钢弹簧浮置板轨道视为弹性地基梁,建立钢弹簧浮置板轨道变形的控制微分方程。采用傅里叶级数法求解微分方程,得到关于未知级数系数的线性方程组,进而给出求解线性方程组的迭代方法。基于本文方法分析钢弹簧浮置板轨道与隧道底板相互作用规律。研究结果表明:浮置板自身的抗弯刚度使其与隧道底板存在变形差异,进而与隧道底板产生脱空;随着隧道底板变形的增大,轨道结构变形及脱空范围均增大;随着沉降槽宽度的增大,轨道变形与隧道底板逐渐趋近,脱空范围呈先增大后减小的趋势;钢弹簧刚度越大,间距越小,轨道与隧道底板越容易产生脱空,脱空范围越大。研究成果可为穿越施工中既有线轨道结构的安全评价提供理论依据。     

直线电机地铁轨道结构振动特性研究

以直线电机地铁系统的特点和动力学特征为依据,通过建立直线电机地铁系统横、垂向车辆-轨道耦合动力学仿真模型,计算了不同的轨道结构形式(长枕埋入式与板式)和不同板下支承刚度和阻尼情形下,直线电机车辆与轨道结构的动力响应,并进行了对比分析.结果表明,长枕埋入式轨道结构的车体垂向加速度略大于板式轨道,而板式轨道的钢轨横向加速度以及钢轨垂向位移则要略大于长枕埋入式,板下阻尼值的增大有利于轨道板减振,板下刚度对轮轨力、钢轨位移和电机气隙影响较小,当板下刚度增加时,轨道板的位移值变小但轨道板的加速度值变大.     

基于簧下设备弹性振动特性的轨道车辆动力学对比研究

以某地铁探伤车搭载的探伤设备为研究对象,采用模态叠加法将柔性搭载架的物理坐标转换为模态坐标,建立车辆刚柔耦合动力学模型。在得到簧下设备线性响应的基础上,分别研究车轮不圆顺和轨道不平顺引起的簧下设备弹性振动,并对比分析簧下设备对原参数车辆、无簧下设备车辆和簧下设备增加弹性橡胶关节车辆3种车辆动力学模型稳定性、平稳性和曲线通过性的影响。结果表明:当车轮不圆顺激扰频率与簧下设备垂向振动固有频率一致时,簧下设备的振幅响应最大;当车速高于某特定值时,轨道不平顺的随机激扰能够激发出簧下设备的弹性振动,其振动能量集中于簧下设备垂向和横向的固有频率,且能量集中频率不随车速的变化而变化;簧下设备导致车辆稳定性和曲线通过性降低,但不影响车辆的运行平稳性;通过对簧下设备增加弹性橡胶关节悬挂,能使车辆的稳定性和曲线通过性得到有效改善。     

浮置板轨道结构对地铁车辆轨道耦合系统动力性能影响分析

以北京地铁6号线车辆为样本,研究了浮置板轨道对于车辆轨道耦合动力学模型的影响。建模时将浮置板轨道考虑成柔性体,用有限元实体单元建模,并利用模态叠加法进行求解。仿真后得出如下结论:与轨道不平顺引起的冲击相比,采用浮置板轨道后所产生的枕跨冲击、过渡冲击、轨道板冲击并不明显。车辆在浮置板轨道上行驶时,其竖向悬挂系统能够较好地降低轮轨的冲击力;轨道垫板刚度的主要影响是频率在60~150 Hz范围内的振动,对低频振动影响较小。随着轨道垫板刚度的变大,轮轨垂向力和轮重减载率逐渐变大,但其对轮轴横向力和脱轨系数影响很小,对车体振动几乎没有影响。轨道垫板刚度的主要影响是频率在10 Hz左右的轨道板的振动,对浮置板钢弹簧支承力的影响较小,即对路基的减振效果影响较小。     

CRTSⅡ型轨道板上拱变形及对钢轨的影响

运营过程中发现CRTSⅡ型轨道板边角位置与砂浆层之间存在离缝,而现有研究除考虑宽窄接缝破损外,均未涉及宽窄接缝处上拱变形的情况。本文根据推板试验结果对砂浆层与轨道板的水平连接施加不同的约束方式,分析轨道板上拱的成因及其对钢轨变形的影响。研究结果表明:轨道板上拱主要由CA砂浆层的水平约束刚度不均匀引起;当轨道板各层温度均高于施工锁定温度处于升温状态时,轨道板的最大上拱变形纵向上出现在宽窄接缝处,横向上出现在板中;轨道板变形随着离缝区域的增大逐渐趋于平稳;变形传递系数在正温度作用下为0.63,在负温度作用下为0.31。     

基于剪力铰的浮置板轨道减振性能优化分析

采用弯剪弹簧阻尼单元模拟剪力铰对浮置板板端位移的约束作用,建立剪力铰连接条件下列车—钢弹簧浮置板轨道模型。采用模态分析法和Newmark-β法求解列车—浮置板轨道的动力响应,研究剪力铰对列车和轨道减振效果的影响,并通过不同剪力铰参数组合下的车轨动力响应分析,进行剪力铰参数组合的优化。结果表明:无剪力铰情况下,车轨动力响应在板端处均较其他位置处明显偏大,其中,板端处钢轨位移幅值较非板端处增大了57.6%,对列车长期运营及乘客舒适度造成不利影响;将剪力铰设置于浮置板板端位置,可减小板端轨道整体刚度的不连续,从而减小车轨动力响应;剪力铰的抗弯刚度可有效提高浮置板轨道的整体刚度,剪力铰的抗剪刚度则可有效降低板端位移差;通过对响应幅值的统计分析,得到在105~1012量级范围内剪力铰的抗弯刚度和抗剪刚度的最优组合为抗弯刚度5 000 MN·rad-1、抗剪刚度5 000 MN·m-1。     

广珠线轨道板生产线布置及工艺研究

介绍广珠线轨道板生产线布置方式,在箱梁制梁场内设计轨道板生产线优点,平板式台座法生产工艺特点、震动方式特点,总结广珠线轨道板生产采用新工艺布置的各种特点,基建、设备、人员投入比较。     

车下设备悬吊方式对车体振动的影响

利用有限元Ansys和多体动力学Simpack软件建立了高速轨道车辆三维刚柔耦合动力学模型,研究了车下设备采用弹性和刚性2种悬吊方式对车体振动的影响。仿真结果表明,设备采用弹性悬吊方式可以有效降低车体弹性振动,尤其是对振动能量贡献最大的一阶弯曲振动,但对刚体模态低频振动的影响不大。同时将滚动振动试验台数据和仿真数据进行对比,二者能够有效吻合,验证了理论模型的正确性。本文研究的结果为车下设备悬吊方式设计提供了理论依据,为工程应用提供参考。     

钢轨-弹性支承块式道床-隧道底板相互作用数值模拟

为研究轨道与隧道结构相互作用规律,建立弹性支承块式轨道与隧道底板相互作用的有限元模型。考虑隧道底板变形方式、最大变形值、沉降槽宽度等影响因素,通过数值模拟计算轨道结构的变形和内力、钢轨与道床板的脱空、道床与隧道底板的脱空。结果表明:由于支承块、道床板、隧道底板之间连接力弱,隧道结构的不均匀沉降可能引起支承块与道床板、道床板与隧道底板间的脱空;钢轨对道床板的约束作用不明显,道床板与隧道结构存在变形差异的原因主要在于道床板自身的刚度;隧道底板最大变形发生在道床板变形缝处时,相比于发生在道床板中部,钢轨与道床板更容易产生脱空;沉降槽宽度越大,轨道与隧道结构的差异变形越小,而轨道结构内力随沉降槽宽度增大呈先增大后减小的趋势。采用实际工点的参数进行计算,得到道床板与隧道底板脱空量为0.8 mm,与实测脱空量1.1 mm相比基本一致。     

无砟轨道路基地段曲线超高设置方式的研究

利用有限元方法,分别建立空间耦合精细化静力模型及车辆-轨道-路基动力协同仿真模型,对路基曲线地段无砟轨道采用不同超高设置方式后的力学特性进行对比研究,为无砟轨道超高设置方式的合理应用提供依据。分析结果表明:(1)采用支承层设置超高可减小结构变形及支承层本身受力,但轨道板纵、横向应力会明显增大;(2)采用支承层设置超高时,超高量变化对无砟轨道受力变形影响较明显,结构纵、横向应力随超高量的增加而增大;(3)支承层设置超高具有较好的减振效果,无砟轨道结构动态变形较小。     

悬挂式单轨列车通过曲线段的动力性能

基于多体动力学理论和模态叠加法建立了悬挂式单轨交通系统车桥耦合动力学模型,分析了轨道梁布置方式、曲线半径和跨度对车桥动力响应的影响。分析结果表明:列车通过单线桥曲线段时,不同轨道梁布置方式对车桥动力响应影响显著,单线桥曲线段轨道梁布置在曲线内侧可同时降低车辆和桥梁结构的横向位移;轨道梁跨中横向位移随跨度和曲线半径增大而增大,导向轮径向力可抑制轨道梁因受车辆重力作用产生的横向变形;为减小车辆与桥梁结构的横向位移,悬挂式单轨交通系统小半径曲线段桥梁跨度宜为15 m。     

轨道车辆乘员二次碰撞伤害的研究

结合我国铁道车辆客室设施与布置,参考欧洲和美国的轨道车辆乘员伤害仿真、试验和评价标准,采用Madymo HybridⅢ 50百分位假人对轨道列车碰撞事故中乘员二次碰撞的过程进行了计算机仿真和伤害分析,比较了不同客室布置方式、不同接触刚度、不同的座椅间距等对乘员伤害的影响.研究表明,同向布置、合适的座椅靠背刚度和座椅间距能减小乘员的HIC值和碰撞的相对速度,从而减小乘员伤害.客室的内装材料也应从被动安全防护的角度加以考虑.     

移动荷载作用下路基上板式轨道动力学特性分析

利用ANSYS软件分别建立了轨道板与混凝土底座对缝及错缝布置的板式轨道结构有限元模型,研究了在各种速度的移动荷载作用下两种轨道布置方式的动力学响应以及路基刚度对轨道的影响。研究结果表明:对于两种布置方式,钢轨位移和钢轨支点压力差别较小;CA砂浆动应力和轨道板垂向位移有一定的差别;路基表面动应力和路基面垂向位移差别较大。     

250km/h客运专线无砟道岔的合理轨道刚度

研究目的:我国正在进行大规模的客运专线建设,其中时速250 km的客运专线占有相当大的比重.无砟道岔作为客运专线的重大基础设备,其轨道刚度影响动车组过岔时的安全性和平稳性,需进行合理设置.根据线路运营条件,运用理论分析,开展客运专线无砟道岔轨道刚度取值研究,为确定我国250 km/h客运专线无砟道岔的合理轨道刚度提供理论指导.研究结论:从列车运行品质、道岔应力状态、振动水平、变形大小和部件刚度匹配5个方面提出岔区合理轨道刚度的评判准则,并基于车辆一道岔空间耦合动力学理论和轨道变形分析建立岔区合理轨道刚度的确定方法,对我国时速250 km客运专线无砟道岔轨道的合理刚度进行了研究,结果表明:36～44 kN/mm的扣件系统刚度,290～330 kN/mm的轨下胶垫刚度,40～50 kN/mm的板下胶垫刚度最为合理.     

梯形轨道-普通整体道床过渡段布置方式研究

梯形轨道与普通整体道床的过渡部分,由于两种轨道结构形式的轨下基础刚度存在差异,从而影响行车平稳性和钢轨使用寿命。采用线性增加梯形轨道纵向轨枕下减振胶垫个数,作为梯形轨道-普通整体道床过渡段设置方式,建立车辆与过渡段轨道耦合动力学模型,分析不同过渡段设置方式钢轨垂向位移和车体垂向加速度的变化。计算表明,在两种轨道形式连接处梯形轨道的纵向轨枕下,采9个减振胶垫,以等间距0.625 m布置的过渡段设置方式较为合理。     

极端温度作用下桥上CRTSⅡ型无砟轨道受力特性

为研究极端温度作用下高速铁路简支梁桥与CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道相互作用,以5～32 m简支梁为例,建立考虑钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板、滑动层、摩擦板、端刺,以及梁体、墩台等构件的桥上CRTSⅡ型无砟轨道系统精细化仿真模型,研究高温和严寒等极端温度条件下系统的受力与变形特征,探讨不同轨道伸缩刚度、滑动层摩擦因数和砂浆黏结力对系统受力与变形的影响.研究结果表明:在高温条件下,轨道板代替钢轨承受了更多伸缩力,轨道板轴向力最大值出现在主端刺处,易导致上拱破坏;正温度梯度作用下,轨道板上、下表面最大纵向应力差达10.1MPa,将引起翘曲变形导致端部砂浆层脱黏;在极寒条件下,轨道板最大纵向拉力出现在右端刺处,最大值达3.9 MPa,轨道板易发生断裂;底座板初始裂缝对轨道板及底座板的受力分布与变形产生不利影响;滑动层可有效减小梁轨之间的相互作用,适当增大砂浆黏结力有利于减小轨道板-底座板离缝和砂浆脱黏等病害的发生几率.     

低速磁浮车辆导向方式及其横向动态特性

为了获得低速磁浮车辆导向设计的基本参数和设计原则,开展了磁铁模块导向性能的静态分析与动态仿真研究。对不同导向方式下磁铁模块导向力、导向刚度以及垂向和横向力耦合度的大小进行比对分析,结果表明:在被动导向方式下采用磁铁横向对中布置和在主动导向方式下采用磁铁横向错位布置可以得到良好的车辆导向性能,而且后者更优;横向位移及其速度反馈主动导向可显著增加导向力和导向刚度,极大地改善模块动态导向性能,基本实现模块垂向和横向力解耦。建议低速磁浮车辆采用磁铁横向错位布置和横向位移与速度反馈主动导向方式。