曲线轨道不平顺对车辆动力响应影响仿真研究

研究目的:本文旨在通过现场实测和仿真计算研究曲线轨道不平顺对车辆动力特性的影响。首先,利用轨检车实测数据对我国提速线路轨道不平顺与车辆振动加速度之间的关系等进行了统计分析及相关分析,对武九线曲线段的轨道谱也进行了初步估计。其次,采用动力学仿真软件Adams/Rail建立车辆-轨道动力学模型,并以实测数据作为验证手段,分析了轨道不平顺类型、幅值和波长对车辆运行平稳性和安全性的影响,提出了对行车运行有不利影响的不平顺波长范围。研究结论:高低不平顺对列车垂向振动影响显著,轨向不平顺对列车垂向、横向振动均有显著影响,当列车以110 km/h运行时,为了避免列车在不平顺激励下产生共振,应该对2.5 m、3.72 m、20 m和28 m波长的轨道不平顺进行控制。     

线路条件对高速列车横向动态偏移量的影响

为研究不同线路条件对车辆横向动态偏移量的影响,从而为高速铁路限界的拟定提供理论依据,利用SIMPACK软件建立车辆一线路耦合模型,研究轨道不平顺、曲线超高对车辆最大横向动态偏移量的影响。结果表明：轨道不平顺会增大车辆的横向动态偏移量,在直线线路上车辆横向动态偏移量随列车速度的增大而增大;当列车速度为350km／h时,动态偏移量增大到22．7mm;在曲线半径为300m的线路上,轨道不平顺使动态偏移量分剐增大了10．1mm;对于相同的小半径曲线线路,列车通过速度越大,车辆横向动态偏移量越小,但会加剧欠超高。列车通过速度过低,车辆存在倾覆的危险;建议确定车辆动态限界时应考虑轨道不平顺、曲线线路超高以及列车通过速度的影响。     

轨道不平顺分析程序

轨道不平顺是引起车体振动加速度、轮轨作用力和轮轨噪声增大的主要因素之一。车体振动加速度的大小与轨道不平顺具有密切的关系。随着列车速度的提高,对车辆振动影响的轨道不平顺不利波长也随之增长。轮轨噪声中的滚动噪声与轨面短波连续不平顺具有密切关系。轨道不平顺分析程序对轨检车测得的轨道不平顺数据进行处理,得到功率谱密度分布函数。利用此分布函数分析轨道不平顺在各波长的分布;根据测得的车体振动加速度,对轨道不平顺与车体振动加速度进行相干分析,确定引起车辆振动加速度增大的不利波长,以便有针对性地对这些波长的轨道不平顺作重点养护。     

400 km/h高速铁路线路长波不平顺敏感波长及控制效果分析

随着高速铁路不断发展,400 km/h及以上高速铁路已成为铁路科技创新的重大需求,在更高速度运行条件下将面临着一系列车线动力学问题。为探讨更高速度条件下高速铁路线路长波不平顺敏感波长及线路平顺性管理控制问题,基于车线动力学理论,针对某一高速铁路车型,分别就高低不平顺对车体垂向加速度的影响、轨向不平顺对车体横向加速度的影响进行相干性分析与功率谱密度分析,得到了300～400 km/h速度条件下车体长波不平顺敏感波长;通过轨道静态中点弦实现了对特定速度条件下敏感波长的有效控制并提出对应的中点弦控制标准。综合对比发现：此高速动车组列车在300～400 km/h速度条件下,高低不平顺敏感波长范围为114～147 m,轨向不平顺敏感波长范围为60～79 m;线路长波不平顺对轮轨作用力影响较小,对车体振动加速度影响显著,可以通过静态中点弦测量管理有效控制轨道不平顺敏感波长;在400 km/h速度条件下,高低不平顺推荐采用80 m中点弦进行控制,Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ级矢高管理建议值分别为5,11和17 mm;轨向不平顺推荐采用60 m中点弦进行控制,Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ级矢高管理建议值分别为4,6和10 mm;在实际线...     

线路不平顺对桥上CRTSⅡ型板轨道振动的影响

研究目的:轨道不平顺引起的列车振动和轮轨相互作用力随着列车速度的提高成倍增大。对车辆-轨道-桥梁耦合振动而言,桥梁变形和轨道不平顺相互叠加形成轨面位移,因而轨道不平顺对系统动力响应的影响更加显著。本文针对轨道不平顺对客运专线高架轨道结构振动特性的影响进行研究,分析三种实测中长波轨道不平顺状态,即路基有砟轨道不平顺、桥上有砟轨道不平顺以及隧道无砟轨道不平顺对高架轨道结构振动响应产生的影响。研究结论:(1)在相同运营条件、相同养护条件下,不同轨道结构的不平顺状态对轮轨冲击作用力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度的影响不同,但对桥梁振动加速度的影响较小;(2)在客运专线轨道中长波不平顺激励下,钢轨振动频率主要分布在20～250 Hz范围内,轨道板、桥面板垂向振动频率分布在20～150 Hz范围内,轨面不平顺度的波长成分是影响轨道结构振动频率分布特性的一个主要因素;轮轨力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度受随机不平顺的短波长成分的影响显著;(3)除了轨道结构类型的影响,轨道不平顺功率谱大小与波长特性对轮轨力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度也产生了显著的影响,建议在进行轨道不平顺控制时将轨道不平顺谱纳入高速铁路客运专线轨道质量的评价指标当中;(4)本研究成果对加深认识我国高速铁路轨道不平顺对高架轨道结构振动特性的影响具有一定的理论意义和实用价值。     

轨道复合不平顺对提速列车运行影响的研究

轨道几何形位不平顺是影响轮轨动态作用力和行车平稳性的主要因素之一,是当前高速重载和提速线路的主要研究内容.利用动力模拟仿真计算多种类型轨道单一不平顺、复合不平顺和随机不平顺激扰下提速车辆的动力响应,并着重分析轨道复合不平顺对提速列车运行安全性和平稳性的影响.对各种轨道不平顺条件下车辆动力响应的计算结果进行分析对比,找出相对不利的轨道不平顺类型及其波长和幅值,为现场控制各种类型轨道不平顺、制定提速线路轨道养护维修和不平顺管理标准提供理论依据.结果表明,方向和水平复合不平顺对车辆运行的安全性和平稳性的影响较大,是需要重点控制的轨道不平顺类型.     

轨道横向不平顺对无缝线路变形的影响

为研究轨道横向不平顺对无缝线路变形的影响,建立三维轨道框架非线性有限元模型,计算轨道框架处于内外轨温差、单轨单节点轨向不平顺、单轨双节点轨向不平顺、双轨双节点轨向不平顺等不同工况条件下的钢轨节点位移,分析轨道横向不平顺与轨道框架稳定性之间的关系。分析结果表明,当钢轨发生单轨双节点同向偏移时,钢轨节点位移变化最显著。在线路养护维修中应注意轨道的横向不平顺,特别是同侧钢轨发生2次同向不平顺。     

列车提速下32 m PC简支T梁的横向刚度加固方案研究

对既有单线铁路32m标准预应力混凝土简支T梁在列车提速条件下的几种横向刚度加固方案进行研究。采用车桥系统动力相互作用分析的方法，考虑轨道不平顺和车辆蛇行运动影响，针对铁道专业设计院提出的几种加固方案，计算了不同列车速度下桥梁与车辆的动力响应。分析影响桥梁横向振动的主要因素，指出进行桥梁加固时应注意采取的措施，并对各加固方案进行了分析比较。     

既有线提速路基动应力分析

通过对既有线提速区段路基的调研和试验,得出结论,动应力与轴重、速度及线路平顺性有关。列车提速时,轴重增加和轨道不平顺对路基动应力影响最大。路基面动应力在横向呈马鞍分布,动应力沿深度方向衰减较快。采用当量折算和Boussinesq公式推算出的提速后路基动应力与实测值接近。在既有线提速改造中,重点应消除路基病害,提高基床特别是基床表层的强度和稳定性。     

轨面不平顺对高架支承块轨道结构振动特性影响试验研究

针对轨面不平顺对高架支承块轨道结构振动特性的影响进行现场试验,分别从时域和频域对比分析不同轨面不平顺状态下轨道结构的振动响应,重点考虑10～1 000 Hz频率范围内的振动.分析结果表明:轮轨冲击力和轨道结构振动加速度幅值随轨面不平顺幅值的增加而增大,同时也受到轨面不平顺类型和波长分布的影响;轨面不平顺引起的钢轨振动频率主要分布在50～1 000 Hz的范围内,承轨台、桥面板垂向振动频率分布在40～200 Hz的范围内,轨面不平顺的波长分布是影响轨道结构振动频率分布特性的主要因素之一;降低谐波型轨面不平顺幅值0.2mm,可以减小钢轨垂向振动水平14.1dB.建议将轨面不平顺谱加入轨道质量的评价指标中.     

轨道不平顺作用下动车组安全运行速度限值研究

为研究无砟轨道轨向和高低不平顺对车辆-轨道耦合系统的动态影响,确定各不平顺值下的限速标准,分别建立CRH2A型车和CRH5型车计算模型。通过3σ原理将不平顺样本的10 m弦测值拟合为正态分布,取其μ±3σ的值为该样本不平顺值。计算不同速度等级、不同程度高低和轨向不平顺值时,两种车型的动力响应。研究结果表明:多数工况下CRH5型车所确定的不平顺限值小于CRH2A型车,说明CRH2A型车动力学性能更优;轨向不平顺主要引起车辆横向扰动,高低不平顺主要引起车辆垂向扰动,说明某方向上的不平顺激励主要对同方向造成扰动;列车对于横向的激励较垂向激励更为敏感,因此轨向不平顺限值通常要小于高低不平顺限值;计算得到各动态不平顺值对应的限制速度,利用轨道动静态几何不平顺之间的关系转化得到各速度等级下轨道静态几何尺寸容许偏差管理值,对规范内容有一定的补充。     

轨道随机不平顺对高速铁路列车运行性能影响分析

轨道几何不平顺不仅是列车动力响应的主要原因,也是列车运行安全性和平稳性的重要因素。基于SIMPACK多体动力学仿真软件,分析4种基本随机不平顺对高速列车直线运行性能和曲线运行性能的影响,对比不同激励类型下列车的安全性和平稳性指标,并推导出最不利影响激励和线路位置,为现场控制基本轨道不平顺,制定轨道养护维修和不平顺管理标准提供理论依据。分析结果表明:方向和高低随机不平顺分别对列车的横向加速度以及垂向加速度影响较大,轨距随机不平顺对曲线地段列车脱轨系数作用最大,方向随机不平顺对列车在直线和第二段缓和曲线处脱轨系数影响较大,同时在两段缓和曲线处轮重减载率也急剧增大,水平随机不平顺对两个缓和曲线地段处列车的脱轨系数影响较大。     

线路不平顺对SS9型提速机车横向晃动的影响分析

针对SS9型客运机车运行中的非正常横向晃动，在动态数据采集的基础上，分析了线路不平顺波长对提速机车横向非正常振动的影响。     

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。     

再论构架蛇行波作为车轨(桥)时变系统横向振动激振源的合理性

车轨(桥)时变系统横向振动计算中的一个关键是此系统横向振动激振源的确定.迄今为止,国内外研究大多以轨道横向不平顺为此系统横向振动的激振源.但是引起此系统横向振动的因素很多,诸如轨道横向不平顺、车轮踏面锥度、轮轨缺陷及制造误差、车辆质量及其载重的偏心.仅考虑轨道横向不平顺,显然忽视了其他很多因素的作用,而这些因素的作用无法包含在轨道不平顺中.15年前,曾庆元院士就提出了以构架蛇行波作为车轨(桥)时变系统横向振动激振源的思想.本文再次从数学、力学角度对此思想进行了论证,并结合大量详实的经试验验证了的计算结果及近年来作者在车振实测及列车脱轨研究方面所积累的一些印证材料,充分说明了此思想的合理性及正确性.     

200km/h动车组运行条件下轨道动力试验分析

目前,我国铁路既有繁忙干线开行时速200 km及以上动车组列车。为了评价动车组在既有提速干线运行的轨道动力状况,在京沪线沪宁段进行了现场轨道动力试验。分析不同速度下动车组通过不同线路条件时的运行情况和所引起的轨道动力响应,并与机车的运行特征进行比较。结果表明:动车组在既有线有碴线路上运行时,速度达到184~231 km/h,通过焊接接头、普通钢轨、缓和曲线等线路条件,运行良好,各项动力学指标均较为合理。随着速度的提高,横向稳定性在允许范围内有所降低,线路上存在的焊接接头、纵向弹性及平顺状态是影响动车组运行状态的主要因素,从而为评价动车组的运行状态、考察轨道状态、制订养护管理计划提供有价值的参考。     

再论构架蛇行波行为车轨（桥）时变系统横向振动激振源的合理性

车轨（桥）时变系统横向振动计算中的一个关键是此系统横向振动激振源的确定。迄今为止，国内外研究大多以轨道横向不平顺为此系统横向振动的激振源，但是引起此系统横向振动的因素很多，诸如轨道横向不平顺、车轮踏面锥度、轮轨缺陷及制造误差、车辆质量及其载重的偏心。仅考虑轨道横向不平顺，显然忽视了其他很多因素的作用，而这些因素的作用无法包含在轨道不平顺中，15年前，曾庆元院士就提出了以构架蛇行波作为车轨（桥）时变系统横向振动激振源的思想。本文再次从数学、力学角度对此思想进行了论证，并结合大量详实的经试验验证了的计算结果及近年来作者在车振实测及列车脱轨研究方面所积累的一些印证材料，充分说明了此思想的合理性及正确性。     

A-1-A轴式动车安全通过小半径曲线限速分析

针对某A-1-A轴式动车组,采用多刚体系统动力学软件SIMPACK建立了该动车的动力学模型,对不同速度、超高、不平顺和曲线半径工况下动车通过小半径曲线动力学性能进行仿真分析,得出了动车通过不同半径曲线时理论最高通过速度。结果表明:动车通过小半径曲线时,最高限速主要受外轨超高、曲线半径、不平顺及横向力极限值等多因素的影响,当横向力在安全限值内时,其它指标均能满足要求,因此,动车通过具有不平顺小半径曲线限速按照最大轮轴横向力极限值进行评定;增加超高,可略提高动车曲线通过速度;增大曲线半径和改善线路不平顺,均可提高动车曲线通过速度。当线路条件很差时,不平顺是影响动车动力学性能的主要因素,减速不能改善运行安全性,应维修线路。     

轨道高低长波管理探讨

随着列车速度的提高,以往列车轮轨间作用不明显的长大轨道几何不平顺(长波)现象逐渐开始影响到提速列车的运行安全和旅行舒适度。西安铁路局宝鸡工务段管内陇海线西宝提速区段,常兴至降帐区间2006年11月份至12月曾发生多起晃车,现场用道尺、20m弦绳实测无超限,而人工肉眼观测检查发现存在长大高低不平顺和长大方向不平顺,这对长大轨道不平顺检测管理提出新的要求。本文结合轨道坡度测量探讨了高低长波的检测。     

提速情况下磁浮轨道结构振动响应及传递特性研究

中低速磁浮交通提速是目前研究趋势，但速度的提升会影响车辆运行稳定性。为探究提速后轨道的动力响应及其适应性，通过建立中低速磁浮车-轨-桥耦合动力学模型，对更高速度下轨道的振动响应进行仿真分析，并以长沙磁浮快线为对象，测试100～140 km/h速度区间内轨道的振动加速度及振动位移。研究结果表明：轨道各结构的振动响应存在差别，沿着F轨-轨枕-轨道梁逐渐减弱，车辆对轨道的垂向冲击大多被F轨的振动及弹性变形吸收，而横向冲击则更多地传递至下方的轨枕和轨道梁；随着车辆运行速度的提高，轨道的振动加速度响应逐渐加剧，轨道梁横向振动加速度较之垂向振动加速度增加更为明显，而轨道的振动位移响应则基本未表现出与速度的相关性；当车辆的运行速度提升至140 km/h后，轨道梁的垂、横向最大振动加速度分别为2.37 m/s²和0.96 m/s²,速度提升至160 km/h时，轨道梁的垂向最大振动位移为3.55 mm, F轨内外磁极面最大高度差为0.44 mm,均在规定的限值范围内，轨道的振动响应满足要求。