铁路轨道横向不平顺区轮轨动力响应的研究

基于结构离散化原理，建立了一个综合考虑轨道结构与车辆结构参振的非线性轮轨横向动力工蛇行波作为激振泊并用于探索轨道横向不平顺（轨距、方向）的动态作用规律。支测试验结果验证了本文所建立的轮轨横向动力分析模型的合理。     

120km/h A型地铁车辆轮轨横向低动力作用研究

根据120 km/h A型地铁车辆及实际运营线路特点,文章从车辆和轨道相互作用的角度,运用车辆-轨道耦合动力学模型及理论,借助SIMPACK动力学分析软件,分析轨道的整体刚度和阻尼、地铁车辆的悬挂参数对轮轨横向动力作用的影响规律,据此提出实现该型地铁车辆的轮轨横向低动力的措施。结果表明,合理选择轨道的整体刚度和阻尼及地铁车辆的悬挂参数,能有效地降低轮轨横向力,减少轮轨磨耗。     

轨下支承失效对轨道结构动力性能的影响

通过建立车辆轨道耦合动力学模型,分析了普通整体道床、弹性支承块与浮置板三种轨道结构轨下支承失效后的动力响应。结果表明:轨下支承失效对列车通过时轮轨系统动态响应的影响较大;随着轨下支承失效个数的增加与列车运行速度的提高,轨道结构的位移、支座反力、轮轨力的动力响应都将显著增加。     

用简化模型分析轮轨系统横向动力响应

根据轨道结构轮轨相互作用特点，建立了冲击荷载作用下轨道结构横向振动简化模型，在一系列假定的基础上，利用MATLAB的Simulink语言编制轮轨动力作用程序，通过改变钢轨扣件横向刚度和道床横向刚度，观察其对轮轨系统横向振动特性及钢轨磨损的影响。结果表明：对曲线地段轨道结构横向刚度进行合理取值，能有效地降低轮轨相互作用以及延缓轮轨磨损。     

减轻列车轮轨横向动力作用的技术措施

基于铁道车辆-轨道耦合动力学理论及仿真分析系统，分析了机车车辆悬挂参数、结构参数及轨道结构参数对轮轨横向相互作用的影响，在此基础上提出了降低轮轨横向动力作用的技术措施：（1）一系水平定位刚度（纵向和横向刚度）对轮轨横向动力作用影响较大，刚度值选取的基本设计原则是，在充分满足运动稳定性的前提下，尽可能降低刚度值；（2）二系水平（包括纵向和横向）刚度对轮轨横向动力作用影响不明显，设计时，应更多地考虑机车车辆的平稳性；（3）簧下质量对轮轨横向动力作用影响较大，较小簧下质量，将使轮轨横向动力作用得到显著的降低；（4）较低的扣件横向刚度、扣件垂向刚度及道床横向刚度等参数值将有利于降低轮轨横向动力作用。     

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。     

轨道刚度对列车走行性能的影响

列车运行品质不仅取决于机车车辆本身的动力学性能，而且还受到来自轨道方面因素（如轨道弹性、轨面几何不平顺等）的影响。本文从车辆／轨道相互作用整体系统的角度，动用车辆－轨道耦合动力学理论，首次研究了轨道结构各部件刚度对列车走行性能的影响规律。结果表明：轨道刚度对机车车辆走行部的振动行为有较大影响，但对车体平稳性的影响不明显。     

线路道岔轨下刚度改变对轮轨动力性能影响研究

运用车辆-轨道耦合动力学理论,通过建立轨道道岔垂向几何及刚度不平顺激扰车辆模型,模拟计算了列车与道岔线路的相互作用。详细比较了在不同速度下,道岔轨下弹性改变前后列车对道岔的动力作用性能,并进行了试验验证。结果表明:道岔轨下增加弹性以后可大大减轻列车通过道岔时轮/轨垂向相互作用,有效地改善道岔线路和车辆的动力性能,提高设备的安全和使用寿命。     

弹性钢轨扣件轨道的轮轨作用力分析

采用弹性钢轨扣件是城市轨道交通轨道减振的最基本措施.为分析弹性钢轨扣件轨道的轮轨作用力,通过建立地铁车辆一弹性扣件动力分析模型,分析了扣件刚度、列车运行速度等对轮轨作用力的影响.对于弹性钢轨扣件的轨道结构,合理降低扣件刚度,可减小轮轨动力冲击和扣件支点反力,提高减振效果.通过现场测试获得弹性扣件轨道的钢轨垂直力,验证了理论分析结果.     

有砟轨道与无砟轨道动刚度特性差异研究

轨道动刚度是不同激振频率的荷载作用下,轨道抵抗变形的能力,由于有砟轨道与无砟轨道两种轨道的组成差异造成两者间存在较大动刚度差异。随着行车速度的提高、中高频段激振荷载的增加,有砟轨道与无砟轨道间的动刚度差异逐渐增大,这对于行车平顺性与结构耐久性会造成较大影响,但目前缺乏轨道动刚度的相关研究。为研究有砟轨道与无砟轨道间的动刚度差异,根据两种轨道的结构特点,建立相应的ANSYS有限元模型,通过对比分析,得出两种轨道的轨道动刚度在中低频段存在较大差异,轨下动刚度在全频段存在较大差异。为保证有砟-无砟轨道过渡段的行车平稳性与结构耐久性,需要考虑两种轨道间的动刚度过渡设计。此外,轨道动刚度特性分析可以指导高速铁路高低不平顺控制,从而保证行车平顺性。     

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。     

轨枕吊空对轨道结构动力性能的影响

运用车辆一轨道耦合动力学理论,模拟计算轨枕吊空状态下轮轨系统的动力响应,比较分析列车运行速度和吊空轨枕数量埘轨道结构动力性能的影响,并对时域与频域内室内模型试验线进行测试分析和验证.结果表明:轨枕吊空破坏了轨道结构支承的连续性,轮轨间相互作用加剧,并随吊空数量的增加与列车运行速度的提高而显著增大;同时,轨枕吊空将影响其前后毗邻的正常轨道结构的动态特性,形成线路几何与动态不平顺,影响车辆运行平稳性与乘坐舒适度.钢轨与轨枕频响函数测试表明,由于轨枕吊空改变了该区段轨枕间距和轨下支承刚度,削弱了道床对线路所提供的阻尼,使得轨道结构的动力性能也产生了显著变化.     

无砟轨道扣件刚度突变对高速列车动力的影响

研究目的:无砟轨道结构的弹性主要来源于扣件系统,在高速铁路无砟轨道施工或维修过程中,扣件系统可能出现安装不当或新旧轨下垫板不合理过渡的情况,从而在相邻的扣件间形成较大的刚度差或称刚度突变,静态条件下难以发现,但可能对高速行车的平稳性和安全性产生不利的影响。本文应用轮轨系统动力学理论和ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立了车辆-无砟轨道-路基系统垂向耦合振动模型,根据扣件刚度实际检测的范围,考虑不同的扣件刚度突变工况,计算分析扣件刚度突变对高速车辆及轨道动力特性的影响。研究结论:经过计算分析表明:(1)当扣件刚度局部发生突变时,车体加速度最大值和最小值基本不变,即扣件刚度突变对行车平稳性的影响不大;(2)扣件刚度突变对轮重减载率即行车安全性的影响明显,尤其是列车速度超过300 km/h时,扣件刚度突变直接导致轮重减载率超标;(3)该研究成果可为高速铁路无砟轨道扣件刚度在施工或维修中加强检测、建立严格的控制标准提供理论依据。     

提速列车与曲线轨道的横向相互动力作用研究

基于机车车辆—轨道耦合动力学理论,仿真计算典型的提速机车车辆通过不同曲线轨道时的轮轨动态横向相互作用性能指标,包括提速客货列车通过山区铁路小半径曲线强化轨道、160 km.h-1提速客运列车及120 km.h-1提速货运列车通过不同半径曲线轨道。根据现行动力学性能评定规范,对轮轨相互作用性能指标进行了综合评估分析。理论分析结果表明:提速后列车通过曲线轨道时轮轨横向动态相互作用加剧,动力性能指标的最大峰值均出现在圆曲线上,并且客运机车车辆的曲线通过性能接近,货车车辆的曲线通过性能要优于货运机车的性能。为了确保列车提速后的行车安全性,山区铁路的小半径曲线轨道须采取加强措施,提速客运列车以160 km.h-1和提速货运列车以120 km.h-1速度运行时的最小曲线半径分别取1 400 m和1 000 m。     

二系横向止挡刚度特性对高速动车组曲线通过横向舒适性的影响研究

二系横向止挡作为轨道车辆转向架二系悬挂关键零部件,对车辆动力学性能有一定影响,其刚度特性对高速列车曲线通过时的舒适性影响较大。对采用不同刚度特性参数的二系横向止挡的动车组,在线路不同曲线条件下进行试验,通过分析高速动车组平稳性、稳定性和安全性指标的变化规律,研究二系横向止挡刚度特性对高速动车组动力学性能的影响。线路试验结果表明,止挡刚度对车体的横向振动加速度影响较大,而对转向架稳定性及轮轨动态相互作用性能指标的影响甚微。     

弹性长枕无砟轨道动刚度垂向耦合动力及能量分析

本文探索弹性长枕无砟轨道动刚度的变化规律、轨道动力刚度改变对车辆-轨道耦合系统中各构件动力响应及其与车辆、轨道子系统中能量(动能、势能)变化的关系。利用车辆-轨道耦合及哈密顿原理,列出耦合系统总动能、势能和阻尼做功方程并作一阶变分,按对号入座法得出耦合系统总质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵,再用Wilson-θ法求解微分方程。通过计算结果分析得出:轨道垂向动刚度与车速的变化规律;扣件刚度、枕下支撑刚度、道床板下(路基)支撑刚度各自对轨道动刚度的影响程度及其与耦合系统中各构件垂向位移、加速度之间的关系;车辆、轨道子系统势能(动能)与轨道动刚度之间的关系,势能(动能)也可作为评价轨道振动的依据。     

区间轨道结构动力学响应研究

基于双层叠合交叉梁系空间动力学模型 ,利用自行开发的计算机仿真计算程序 ,分析确定了区间轨道结构的动、静力计算长度 ,并就各种参数对轨道结构的动力影响规律进行了研究。     

嵌入式连续支承轨道系统刚度测试方法对比分析

嵌入式连续支承无砟轨道系统采用高分子材料连续支承、弹性锁固钢轨,有别于传统扣件式轨道系统.目前,国内尚无嵌入式轨道系统刚度试验国家标准或行业标准,只能借鉴TB/T 3396.3—2015《高速铁路扣件系统试验方法第3部分:组装静刚度的测定》.为此,中铁检验认证中心有限公司制定CRCC/T 007—2018《嵌入式连续支...     

高速铁路有砟轨道结构动力特性分析研究

根据我国新建高速客运专线和200 km·h-1既有线提速改造的实际情况,以有砟轨道结构为研究对象,进行轨道结构动态响应有限元建模与轨道不平顺影响的动力分析、落轴冲击数值计算和不同垫层隔振性能分析、无缝线路钢轨振动特性谐波响应分析及室内实尺模型试验,研究轨道结构动态特性.