道岔区刚度及其合理匹配

道岔区轨道刚度均匀化是现代化铁路运营要求,我国传统的道岔区轨道刚度严重不均匀,加重了道床及道岔部件的损伤。依据道岔垫板种类,将岔区垫板划分为5种类型,通过对各种垫板组装后的刚度试验和结果分析,提出道岔区扣件刚度均匀化的建议;通过既有线提速道岔枕下基础刚度的现场测试和理论计算以及钢轨支点刚度计算,分析影响既有线道岔垂向刚度的主要因素,为道岔区轨道刚度均匀化改进提供依据。     

城市轨道交通9号道岔减振扣件设计与研究

针对城市轨道交通正线道岔区的中等减振需求,从扣件结构组装方式、锚固螺栓形式、胶垫材质、调高方式以及岔区刚度均匀化实现方式等方面进行研究,提出一种预埋铁座式的道岔减振扣件设计方案,并对扣件进行有限元分析和室内试验。该扣件橡胶胶垫采用耐油橡胶,整体结构采用可拆卸式设计,相比传统双层非线性减振扣件取消下层铁垫板,其具有更小的扣件安装高度和更高的横向稳定性。通过调整铁垫板下橡胶垫上的开孔方式以及表面钉柱排布形式,获得岔区各扣件节点的不同刚度,从而实现道岔区整体刚度均匀化。扣件组装疲劳试验、预埋铁座抗拔力试验及有限元分析结果表明,扣件铁垫板及其连接件等主要部件强度满足设计要求;落锤冲击对比试验结果显示,采用该扣件方案相比普通分开式扣件地面垂向振动Z振级VLz减少8.48 dB,该减振扣件满足城市轨道交通道岔区中等减振的使用要求。     

填充高阻尼材料增强网孔式橡胶弹性垫板的性能

刚度和阻尼是影响轨下弹性垫板减振性能的重要参数。针对一种新型网孔式橡胶弹性垫板,建立三维有限元模型研究其刚度和阻尼特性,以及网孔中填充高阻尼材料对垫板阻尼特性的影响。研究结果表明:相较于传统的沟槽式弹性垫板,网孔式弹性垫板具有更大的弹性,阻尼比略大,内部应力分布均匀,应力较低;在网孔中填充高阻尼材料可以大幅度提高垫板的阻尼比,改善垫板内部应力分布,还可通过改变填充物饱和度调整弹性垫板的垂向位移量,使垫板适用于多种刚度要求的轨道系统,拓展垫板的适用性。     

城市轨道道岔减振器的设计及应用

道岔轨道减振器是在地铁及轻轨道岔区使用的轨道减振产品,其结构形式上类似于普通剪切型轨道减振器,在不改变道岔原有设计的基础上通过加装该产品能够有效降低行车所产生的振动和噪声,效果比采用橡胶垫板减振的传统道岔显著。对于频率30Hz以上的振动,使用该类产品可降低噪声10～12dB。简要介绍其设计原理及在北京地铁10号线上的应用情况。     

重载铁路道岔区轨道刚度的分布及均匀化

针对重载铁路道岔区因轨道刚度分布不均匀而造成的轮轨动力冲击作用过大的问题,运用MIDAS软件建立75kg·m~(-1)钢轨12号固定辙叉道岔全长范围内的三维全尺寸有限元模型,研究道岔区全长范围内轨道整体刚度的分布。结果表明:道岔区里轨刚度的最大值为285kN·mm~(-1),较区间线路轨道刚度最大相差165kN·mm~(-1);道岔区基本轨刚度最大值为178kN·mm~(-1),较区间线路轨道刚度最大相差57kN·mm~(-1)。为实现岔区轨道刚度的均匀化,提出调整铁垫板下长大胶垫刚度的技术解决方案。现场试验表明,该方案可以使道岔区的里轨刚度最大降低约17%,基本轨刚度最大降低约16%,实现岔区的轨道刚度基本与区间线路的轨道刚度在同一水平上,基本消除了道岔区的轨道固有刚度不平顺,有效减少了轮轨动力作用。     

客运专线18号无砟道岔用硫化垫板的研究设计

介绍了一种无砟轨道道岔用硫化垫板.该垫板的结构属压缩型,在胶料配方上以天然胶为主体,采用碳黑原位接枝改性技术,能在满足刚度要求的前提下有效降低胶料硬度,并大幅度提高定伸应力.在产品设计上应用有限元分析,通过计算确定最佳型面,并提出双刚度设想,确保了扣件系统在受到冲击荷载或超载情况下的二次刚度保护,保证道岔中扣件节点刚度与轨道刚度匹配以及岔区刚度均匀.     

道岔竖向刚度算法探究

采用解析解法计算道岔竖向刚度可清晰的反应力在结构上的传递过程。算法中钢轨及扣件系统刚度计算采用文克尔地基梁模型,铁垫板及板下胶垫刚度计算采用有限长梁初始参数法,然后串联两者,通过迭代求得道岔竖向刚度。以12号可动心轨道岔为例,对比解析解和数值解计算结果可得,两者刚度变化规律基本相同,尖轨前端在直向过岔时,里轨由于帮轨作用刚度增加约9.7%,基本轨由于铁垫板长度增加,刚度增加约1.2kN/mm;导曲线部分,由于共用垫板钢轨的距离变大,帮轨作用下降,轨道刚度减小。但由于解析解算法的不连续性,计算结果图不平滑,有平台和突变的情况。     

双弹性垫板刚度对扣件减振性能影响研究

为了研究垫板刚度对地铁中大量使用的双弹性垫板扣件减振性能的影响,通过对简化模型的理论推导,以及采用实验室测试和数值模拟相结合的方法,得出:板下垫板刚度越大,则轨道板位移频响越大,轨下垫板刚度大小对轨道板振动位移频响基本没有影响;轨下垫板刚度以及板下垫板刚度越大,则轨道板振动加速度频响越小。因此,设计开发双弹性垫板的扣件,应该根据轨道板位移控制和加速度控制综合考虑。     

道岔轨下刚度不均匀对轮轨系统动力特性的影响分析

本文应用刚柔多体混合建模理论,建立道岔区车辆和钢轨动态空间仿真模型,在模型中考虑了道岔区尖轨和心轨部位轨道的几何不平顺,考虑了由于道岔区钢轨断面分布不均匀、道岔结构特征产生的结构不均匀以及轨枕长度的变化、轨下基础弹性分布等参数变化引起的轨道竖向刚度不均匀,研究了这种轨道竖向刚度不均匀和几何不平顺对列车不同速度下的轨道结构系统动态刚度的影响,以及在不同的速度下对列车通过道岔时车辆的振动响应、轮轨作用力和道岔区轨道结构各部分振动的影响,并分析竖向刚度不均匀对列车运行通过道岔区平稳性变化的影响规律,为研究道岔区轨道结构刚度优化提供理论依据.     

75kg/m钢轨12号高锰钢固定辙叉单开道岔刚度均匀化设计研究

重载铁路道岔的不均匀刚度势必加剧轮轨相互作用,影响列车运行稳定性的同时引发严重的道岔部件伤损。在充分考虑扣压件、铁垫板及板下胶垫、钢轨类型、滑床台等影响因素的基础上,应用有限元法建立了75 kg/m钢轨12号固定辙叉单开道岔的轨道刚度计算模型。轨道刚度分布规律的分析结果表明,道岔横向和纵向均存在较大的刚度不平顺。为消除这种不平顺,探讨了均匀道岔轨道刚度分布的扣件刚度设置方式,在采取相应均匀化措施后,直、曲基本轨下整体刚度沿线路纵向基本呈水平分布。运用超弹性有限元方法对固定辙叉重载道岔的板下胶垫进行设计,优化方案既保证了胶垫强度又便于刚度调整的实现。     

面向振源控制的车辆段轨道减振降噪关键技术

在车辆段用地范围内进行TOD开发,实现城市轨道交通与商业、住宅等各类物业的有机融合,需要采取有效的减振降噪措施。目前,降噪措施仍以控制传播途径和控制受振体为主,而车辆段内钢轨接头多,道岔多,小曲线半径多,振动噪声问题还比较突出。基于振源控制的轨道减振降噪设计理念,优化轨道减振扣件刚度和轮轨间表面粗糙度,并将轨道不平顺质量指数TQI值控制在6～7,可有效改善轮轨间关系;研发了50 kg/m钢轨冻结接头、臂展式阻力枕、轨温检测等轨道无缝化关键技术,实测道床等效横向阻力达14 kN/m;建立了车辆段咽喉区道岔群无缝线路计算模型,提出了咽喉区道岔群强度和稳定性计算方法,完善了无缝线路设计理论体系。研究结果表明,采用减振降噪技术消除了道岔有害空间,优化轮轨关系,降低轮轨冲击振动,从振动源头降低振动噪声,钢轨垂向振动噪声降低约13 dB,传递至隧道壁可降低约4 dB。     

遂渝线无碴道岔前后轨道刚度过渡段动力学设计

研究目的:本研究主要是为了弄清楚遂渝线无碴轨道综合试验段区间轨道刚度和岔区轨道刚度特性,为提高列车过岔的舒适性及延长轨道结构的使用寿命,本文提出了区间轨道与岔区轨道间轨道过渡段的设置及其设计。研究方法:本研究应用车辆-轨道耦合动力学模型与理论,分析了遂渝线区间及道岔区无碴轨道刚度的特性。研究结果:区间轨道与道岔区轨道间存在着较大刚度差,遂渝线无碴轨道综合试验段无碴道岔区的轨道刚度约是区间线路的2~3倍,应设置轨道刚度过渡段。研究结论:道岔前后轨道刚度差可采用分级过渡的方法,每一级刚度取18孔轨枕间距左右,将钢轨挠度变化率控制在0.3 mm/m以下,由此确定的过渡段结构动力学性能良好。     

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。     

扣件纵向阻力对地铁道岔力学特性的影响研究

研究目的:扣件是地铁道岔关键传力部件,其纵向阻力对道岔各钢轨的受力与位移有着重要影响。为明确不同扣件轨下垫板、不同纵向阻力下地铁道岔的纵向力学特性,对其扣件进行试验及数值模拟分析。研究结论:(1)相比橡胶垫板,采用聚酯垫板时,道岔基本轨纵向位移减小13%以上,尖轨纵向位移减小2%左右,道岔各钢轨纵向受力变化不大;(2)随着扣件纵向刚度的增加,道岔结构的纵向位移和基本轨纵向受力逐渐减小,虽然导轨温度力略有增大,但增幅很小,不会影响结构安全性;(3)在地铁道岔中采用聚酯垫板并适当增大扣件纵向刚度是合理的优化方向;(4)本研究成果可用于地铁道岔扣件轨下垫板选型以及阻力优化设计。     

地铁轨下胶垫参数对轨道垂向振动影响研究

以往地铁线路轨下结构研究过于简化,只考虑轨下弹性垫板单一变量对轨道动力学的影响,没有综合考虑刚度和阻尼参数对轨道结构动力学性能的影响。在车辆-轨道耦合系统动力学理论基础上,运用动力学软件SIMPACK建立地铁车辆-板式无砟轨道模型,分析轨下弹性垫板刚度在30~70 MN/m,阻尼在60~80 k N·s/m范围内变化对板式无砟轨道结构动力学性能的影响。研究显示,轨下垫片刚度敏感的动力参数顺序为轨道板垂向加速度、钢轨垂向加速度、轨道板垂向位移、钢轨垂向位移和轮轨力。     

北京新机场线车辆段上盖物业开发轨道减振降噪设计

结合北京轨道交通新机场线一期工程磁各庄车辆段上盖物业开发工程,阐述该工程车辆段轨道振动与噪声特点,对车辆段库内、库外不同区域分别采取了相应的减振降噪措施。在采用车辆段轨道减振降噪成熟技术(在咽喉区碎石道床铺设高效减振垫,咽喉区小半径曲线设置阻尼钢轨)的基础上,研发了适用于车辆段库内无缝线路的50 kg/m钢轨冻结接头夹板,采用夹板与高强螺栓联结钢轨,使轨端密贴,实现了库内无缝化;研发了适用于库内50 kg/m钢轨的高等级减振扣件(减振效果大于8 dB)。该设计降低了上盖物业开发减振降噪措施的前期投入,为今后轨道交通上盖物业开发轨道减振降噪设计提供了新思路。     

轨道交通列车过岔振动特性研究

建立了列车过岔有限元模型,利用轨道振动微分方程原理,定性研究城市轨道交通中不同轨下刚度和列车速度在道岔辙叉区对轨道振动特性的影响.分析了心轨尖端、心轨跟端及辙叉区共用垫板中心等特殊部位处的轨道振动特性.结果表明:列车速度的变化对钢轨最大竖向加速度和岔枕最大竖向加速度的影响较大;而辙叉区轨下刚度的变化对钢轨最大竖向位移、岔枕最大竖向位移及岔枕最大竖向加速度有较大的影响.     

高速铁路轨道振动与轨道临界速度的傅里叶变换法

将傅里叶变换法应用于轨道结构动力分析中。首先对轨道结构振动方程进行傅里叶变换,求解傅里叶变换域中的振动位移,再通过快速离散傅里叶逆变换得到轨道结构的振动响应。建立轨道结构连续弹性单层梁模型和双层梁模型,用傅里叶变换法求得列车通过时高速铁路的轨道临界速度,分析轨枕垫板和弹性扣件的刚度与阻尼、轨道基础刚度及道砟和轨道基础阻尼对轨道振动的影响。研究表明:轨道基础刚度对轨道临界速度有着重要的影响,轨道临界速度随轨道基础刚度的增加而提高;轨枕垫板和扣件阻尼及道砟和轨道基础阻尼对轨道振动非常敏感,阻尼的存在能极大地减小轨道强振动的发生。     

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.     

基于刚柔结合建模技术的道岔区轮轨动力学仿真分析

采用刚柔结合建模技术,将轨道视作柔性体,车辆视作刚性体,结合有限元软件和多体动力学软件联合仿真,研究在动荷载作用下,轨道几何及刚度不平顺对道岔区轮轨动力特性的影响。结果表明,道岔区刚柔结合体模型基本反映了道岔轨道在车辆经过时产生的振动规律以及轨下不平顺对轮轨系统振动特性的影响;由计算得到的轨道动刚度分布规律也可为道岔区轨下刚度平顺化设计提供参考。