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.     

时速350km客运专线无砟道岔的合理轨道刚度研究

分析高速无砟道岔轨道刚度的组成特点,从舒适性、应力、变形、振动和部件刚度匹配5个方面提出了高速道岔刚度合理取值的评判,运用车辆-道岔空间耦合动力学理论建立了高速道岔轨道合理取值的确定方法。运用该方法分析了时速350 km客运专线无砟道岔轨道刚度的合理取值,结果表明:22.5～27.5 kN/mm的扣件系统刚度,270～330 kN/mm的轨下胶垫刚度,24～30 kN/mm的板下胶垫刚度最为合理。     

双块式无砟轨道合理刚度取值研究

为确定双块式无砟轨道的合理刚度,提出将准静态与动力响应分析手段相结合,根据应力、变形及振动水平控制指标,综合比选合理范围内的多种轨道刚度方案来确定双块式无砟轨道合理刚度的方法.分别运用有限单元法和车辆-轨道耦合动力理论建立双块式无砟轨道准静态计算模型进行应力与变形分析,开展无砟轨道扣件刚度对轮轨系统动力响应的影响分析.结果表明:对于250 km/h和350 km/h客运专线双块式无砟轨道,扣件刚度宜分别在35～45 kN/mm和20～25 kN/mm范围内取值.     

双块式无砟轨道动刚度特性及影响因素分析

轨道刚度足轨道结构动力特性的一个重要参量.由于轮轨间的动力作用,轨道刚度由动刚度来衡量更为合理.应用轨道结构的动力学频域分析方法,研究了双块式无砟轨道的动刚度特性及轨道参数对它的影响.双块式无砟轨道动刚度随频率变化幅度较大,在激振频率为81 Hz时达到最小值51 kN/mm,约为静刚度的0.8倍.扣件刚度、扣件阻尼对双...     

减振型板式轨道合理刚度动力分析

为了探明减振型板式轨道结构的合理刚度及其匹配关系,应用有限元分析软件建立了梁-实体动力学模型,并结合工程实际确定了轨下刚度和轨道板下刚度取值方案.在模拟落轴试验冲击荷载作用下,分析了减振型板式轨道结构的动力响应.结果表明,减振型板式轨道的扣件合理静刚度为30～50kN/mm,轨道板下板端胶垫刚度为0.07～0.18 N/mm3、板中胶垫刚度为0.06～0.15 N/mm3,此时可使各项动力学指标均处于比较合理的水平,有效降低轮轨动力冲击作用,起到较好的降噪减振效果.     

33 t轴重重载铁路轨道结构合理刚度研究

现有刚度研究多运用准静态方法进行分析并确定轨道结构的刚度取值范围,而没有考虑轨道刚度对轨道结构动力响应的影响,为改进既有方法,文章以车辆-轨道耦合动力学为基础,建立垂向分析模型,运用Matlab编写动力学仿真计算程序,采用敏感系数法分析轨道结构动力响应对轨道部件刚度变化的敏感度,从而得出轨道结构的合理刚度。以轨道综合动力响应最小建立目标函数,得出33 t轴重货车作用下有砟轨道结构的最优刚度匹配为:扣件刚度120 kN/mm,道床刚度175 kN/mm。     

基于动静态检测数据的轨道弹性状态评估及平顺性调整方法

轨道刚度检测是识别轨道弹性不良区段,评估轨道、桥梁和路基等结构动力性能的关键技术之一。为解决现有轨道弹性状态检测方法在检测效率与检测投入之间的不平衡,基于周期性动静态检测数据,提出基于动静态轨道几何不平顺差异的轨道弹性状态检测方法。此外,为解决弹性不良区段静态调整与有载不平顺不匹配问题,充分发挥动态检测数据的作用,提出基于动态数据的轨道弹性不良区段平顺性调整方法。通过刚度加载车试验和现场复核验证基于动静态高低不平顺峰值差来评判轨道弹性状态的有效性,在分析11条典型有砟轨道线路的动静态高低不平顺差异特征的基础上,提出动静态高低不平顺差超过2 mm的区段即可以判定存在轨道弹性不良病害。基于某条弹性不良线路区段的动态检测数据,采用本文提出的平顺性调整方法指导人工起道作业,结果表明动态高低不平顺幅值和标准差分别降低42%、51%,波长为32 m的周期性不平顺特征也得到明显改善。     

轨道不平顺半峰值和标准差的相关性分析

铁路提速要求线路具有良好的平顺性和均匀性,轨道不平顺最大值用于紧急补修评价指标,区段的标准差用于大型养路机作业的评价指标。在现代运输条件下,要求轨道管理同时兼顾峰值和标准差。利用轨检车动态检测数据,运用统计分析方法,分析检测结果的半峰值和标准差的关系,结果表明半峰值和3倍标准差的相关性很高。     

CRTSⅡ型板式轨道关键参数对高速车辆-轨道垂向耦合振动响应的影响

基于CRTSⅡ型板式无砟轨道关键参数对行车安全的影响,指导轨道结构的优化,利用有限元方法和轮轨系统耦合动力学原理,建立车辆-轨道-路基系统垂向耦合动力学模型,研究轨道结构关键参数对列车的振动特性和轮轨垂向作用力的影响规律。研究结果表明：轨道板厚度对行车平稳性基本无影响;当扣件刚度从20 kN/mm增加到100 kN/mm时,轮对和转向架的振动加速度分别增加43.94%和7.98%,轮轨垂向力增加29.83%;扣件阻尼从20 kN·s/m增大到100 kN·s/m时,轮对和转向架的振动加速度分别减小21.64%和7.09%,轮轨垂向力减小9.48%,车体变化不大;为保证行车的安全性和平稳性,扣件阻尼和混凝土支承层厚度应尽可能取较大值。     

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。     

道床刚度对钢轨接头动力响应影响研究

有砟轨道在施工阶段存在大量的钢轨接头会加剧轮轨间冲击和振动，造成钢轨伤损，影响轨道平顺性，不利于工程车辆行车安全，合理的道床刚度能减缓钢轨接头处轮轨间的冲击作用，改善临时轨道结构的受力和变形。基于多体动力学理论，以21 t轴重平车为研究对象，建立车辆-钢轨接头耦合动力学模型，研究钢轨接头区轮轨动力响应，分析道床刚度对轮轨冲击的影响规律。结果表明：钢轨接头区的轮轨冲击较为显著，其轮轨垂向力比非接头区增大约1.4倍。随着道床刚度增加，轮轨垂向力呈非线性增加趋势，钢轨和轨枕的垂向加速度和垂向位移均呈减小趋势，道床刚度为170 kN/mm时，轮重减载率最大值为0.63，接近我国规范的允许限值0.65；道床刚度小于45 kN/mm时，钢轨和轨枕的位移均超出了我国规范允许值（2.5 mm和2.0 mm）。因此，施工阶段应对道砟进行合理的捣固，宜将道床刚度控制在45～170 kN/mm。     

高速铁路轨道不平顺幅值控制研究

研究目的:快速、舒适和安全是高速铁路得以实现的三大要素.由于高速铁路列车与轨道的相互作用很复杂,轨道几何形位难控制,从而造成轨道与设计线形的变化,出现轨道几何不平顺,反过来又会影响列车行驶的安全和舒适度.本文通过建立列车垂向振动整车模型,考虑轨道结构的弹性,以轨道不平顺值作为激励,建立运动方程.用变换矩阵法求解系统的刚度、阻尼、质量矩阵,以Newmark积分法经matlab编程逐步求解.提出车体垂向加速度和轨道高低不平顺幅值.研究结论:通过建立整车模型和对运动方程的求解,探讨了轨道高低不平顺对列车垂向加速度的影响;通过与国内外相关标准的比较,提出在时速300 km/h时应满足的轨道最大高低不平顺幅值,即:当车体垂向加速度满足不平顺舒适度值0.15 g时,轨道高低不平顺幅值应控制在8 mm以内;满足计划维修目标值0.25 g时,轨道高低不平顺幅值应控制在14 mm以内;满足安全管理目标值0.35 g时,轨道高低不平顺幅值应控制在19 mm以内.     

提升钢弹簧浮置板轨道稳定性的抑振调频装置研究

在轨道板上安装抑振调频装置是提高钢弹簧浮置板轨道稳定性的有效措施。基于有限元方法与车辆-轨道耦合动力学理论，建立考虑抑振调频装置的车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型，计算分析抑振调频装置刚度、阻尼和预紧力3个关键参数对钢弹簧浮置板轨道自身稳定性、减振效果及行车平稳性的影响。结果表明：抑振调频装置可有效抑制浮置板轨道振动，调节轨道板固有频率；轨道板位移频响幅值随抑振调频装置刚度、阻尼的增大呈指数规律减小，受预紧力影响不明显，当刚度在0～10 kN·mm^-1、阻尼在0～100 kN·s·m^-1范围变化时，抑振调频装置的调节效果显著且易实现；增大抑振调频装置的刚度、阻尼和预紧力均可有效降低轨道系统和车辆的振动加速度，但各自的作用不同，刚度最为明显，其次是阻尼，预紧力较小；在钢弹簧浮置板轨道上设置刚度为6.5 kN·mm^-1、预紧力为2 kN、阻尼为60 kN·s·m^-1的抑振调频装置后，基底加速度较减振扣件轨道和未安装抑振调频装置的浮置板轨道分别降低了74.5%和15.6%，有效提高了轨道系统的稳定性。     

轨道垫层振动特性的试验研究

城市轨道交通对振动噪声问题有较高的要求。WJ-2型扣件的轨下刚度较大，为了降低轨下和铁垫板下垫层刚度，采用了弹性橡胶垫层。在实验室和现场对弹性垫层的减振和隔振性能进行了试验，得出在保证轨道结构稳定的前提下，将轨下垫刚度降低至25～30kN/mm，铁垫板下垫层刚度降低至200～250kN/mm，则可降低高架桥桥面的振动能量达60%以上，从而达到降噪和减小轨道结构动力作用的目的。     

30t轴重重载铁路轨道刚度研究

重载铁路轨道的刚度由钢轨、支点间距和轨下支承刚度共同决定,合理的轨道刚度对延长轨道结构的使用寿命、减少现场养护维修工作量、提高线路的经济效益有着重要的实际意义。本文结合大秦线重载铁路扣件弹性垫层的使用情况,探讨了在30 t列车轴重作用下,不同钢轨类型及不同道床支承状态所对应的弹性垫层刚度范围。分析认为:30 t轴重重载铁路轨道宜使用68 kg/m钢轨或75 kg/m钢轨;对于新建重载有砟轨道线路弹性垫层刚度选取范围为120~160 kN/mm;对于既有有砟轨道重载改造线路弹性垫层刚度选取范围为100~140 kN/mm;对于刚性道床重载无砟轨道线路弹性垫层刚度选取范围为40~60 kN/mm。     

弹性分开式扣件弹性垫板静刚度测试评价方法

研究目的:为探索弹性分开式扣件弹性垫板静刚度的合理测试和评价方法,本文首先通过单因素试验分析各因素对弹性垫板静刚度测试结果的影响规律,提出弹性垫板合理的静刚度测试方案,然后结合弹性分开式扣件服役状态,给出其轨下和板下弹性垫板静刚度评价建议。研究结论:(1)扣件弹性垫板的静刚度测试应包含预加载和正式加载两部分,首先以3～5 kN/s的加载速率对弹性垫板进行不少于2次的预加载(预加载最大载荷应高于静刚度荷载范围至少10 kN),紧接着以1～2 kN/s的加载速率进行3次正式加载,并在静刚度测试荷载范围两端点保持荷载90 s(荷载小于100 kN时可缩短至60 s),记录位移稳定时的数据来计算弹性垫板的静刚度;(2)弹性分开式扣件轨下和板下弹性垫板应采用不同的评价标准对其静刚度进行评价,其中轨下垫板通过测试20～70 kN荷载范围内的割线刚度进行评价,板下垫板应根据扣件实际服役状态所受荷范围的割线刚度进行评价;(3)本研究成果可应用于弹性分开式扣件轨下和板下垫板静刚度的测试与评价。     

移动式线路动态加载试验车轨道刚度检测技术

移动式线路动态加载试验车是铁路线路工程领域的新型试验平台,利用加载车可以开展轨道刚度的连续检测。本文从加载力、轨道变形测试两个关键因素出发分析了加载车轨道刚度检测的可靠性,结合现场测试数据,介绍了轨道刚度测试的重复性和刚度薄弱区段的测试效果。     

高速铁路线路轨道维修技术的探讨

对高速列车在运行中存在的突出问题进行研究,分析轨道不平顺与车辆轮对相互作用对高速列车的幅值、波长、谐振频率的影响;研究轨道不平顺的类型,在正确地测得各种轨道不平顺的数据后,对轨道不平顺状态作出科学评价;用轨道质量指数等不平顺幅值的统计指标拟定250 m区段的轨道连续不平顺状态,利用动态检查得到的高低、轨向、轨距、水平、平面扭曲等综合指数,以250 m线路区段为一个单元作为轨道平顺性评定、判断和维修管理的基本长度单元;用基本长度单元的标准差对各项不平顺进行评价,标准差超差时,则运行状态不良,无论个别局部轨道不平顺的超差是多少,都要进行维修。这样能突出不平顺严重地段的统计特征,比较科学地权衡需要进行维修的区段。     

沪宁城际高速铁路轨道质量指数分布规律研究

轨道质量指数(Track Quality Index,TQI)是评价轨道质量状态的重要指标。为了更加科学有效地利用TQI来指导现场的养护维修,需要了解其分布情况。统计分析发现,沪宁城际高速铁路动态不平顺TQI超限主要出现在检测速度不大于180 km/h的数据中,而且集中分布在苏州、无锡、常州、镇江的道岔段。对于检测速度大于180km/h的数据,进行了分布函数的拟合及检验,结果表明:在置信度为95%的情况下,TQI服从对数正态分布;根据近十年的TQI的统计,发现除道岔区段外,TQI年平均值为3.65 mm,标准差为0.44 mm,TQI值大于5 mm的百分比年均值为0.5。     

有砟轨道动刚度特性研究

为充分了解轨道动力特性,对有砟轨道动刚度展开研究。通过建立有砟轨道力学模型,分析0~2 000 Hz范围内轨道动刚度的振动特性,得出:轨道动刚度相对于轨道静刚度是随激振频率变化的,轨道动刚度在低频段受激振频率变化影响较小,在中、高频段内轨道动刚度振动幅值随激振频率变化而变化,是系统的固有特性,需通过对构件刚度、阻尼等参数调节。阻尼系数对轨道动刚度的幅值有影响,但不改变轨道的共振频率。质量阻尼系数对轨道动刚度波动范围及幅值的影响小于刚度阻尼系数的影响。阻尼系数增大,轨道动刚度波动幅值增大。