锤击固有频率法弹条扣压力无损检测仪研发及应用

针对铁路服役弹条实时扣压力不能定量检测问题，研究弹条扣压力激振频率采集测试技术，提出利用弹条扣件系统结构应力与固有频率的关联特性进行弹条扣压力检测方法。对服役弹条Ⅱ型扣件各阶模态和振型进行有限元分析，得到振动传感器最佳布设方向及位置；开展基于弹条在不同激励强度下的响应分析，提出锤击装置锤击力、方向及位置方案。研制弹条扣压力无损检测仪，阐述检测仪硬件主体构成和软件系统功能。通过开展实验室环境下声响与振动传感器采集固有频率对比试验，初步验证了检测仪具有较好的应用效果与推广前景。     

扣件系统频变和温变特性对钢轨振动特性的影响

为研究扣件系统刚度和阻尼的频变以及温变特性对钢轨振动特性的影响,针对钢轨-扣件系统,采用格林函数法推导钢轨任意位置的位移导纳,计算考虑扣件系统频变和温变特性后钢轨的点导纳和位移导纳,并与不考虑扣件系统的频变和温变特性情况进行对比。研究结果表明:在一定频率范围内,激振频率的增大会提升扣件系统的刚度,降低系统阻尼,进而增大钢轨的共振频率,并加剧钢轨大于钢轨共振频率的高频振动响应,不利于高频振动的纵向衰减,但对钢轨的pinned-pinned振动无影响;在一定温度范围内,温度的降低会提升扣件系统刚度和阻尼,有助于减弱钢轨小于共振频率的低频振动响应,却会加剧钢轨的高频振动,进而加剧钢轨振动辐射噪声。     

轨下支承参数对钢轨声振特性影响研究

钢轨辐射噪声是轮轨噪声的主要组成部分,轨下支承参数对钢轨的振动与声辐射有着较大的影响。为研究轨下支承参数对钢轨声振频域特性的影响,基于FEM/BEM方法,建立钢轨振动力学模型和声学边界元模型,分析轨下扣件支承间距、支承刚度和支承阻尼对钢轨声振特性的影响规律。结果表明:扣件支承间距对钢轨的声振特性影响不明显;在20~200 Hz之间,合理大小的扣件支承刚度可以有效地减少钢轨振动与声辐射;合理大小的扣件支承阻尼可以有效地减少钢轨振动的频率范围为20~2 000 Hz,合理大小的扣件支承阻尼可以有效地减少钢轨声辐射的频率范围为100~1 000 Hz;扣件支承阻尼对钢轨声振特性影响的频域明显要宽于扣件支承刚度。     

地铁小半径曲线轨道扣件参数对钢轨波磨的影响

针对地铁曲线线路中出现的钢轨波磨现象,基于地铁小半径曲线轨道上轮轨间蠕滑力饱和引起轮轨系统摩擦自激振动从而导致钢轨波浪形磨耗的理论,借助有限元方法,建立不同扣件类型的轮轨系统接触模型,并采用复特征值方法研究在车辆通过小半径曲线线路时轮轨系统的稳定性,研究不同扣件模拟方式及刚度对钢轨波磨的影响。对比计算结果可以发现:相比于使用弹簧阻尼单元,采用实体单元模拟扣件的模型结果更贴近现场数据;在轨下垫板与钢轨分别设置接触和固定连接的模型中,接触模型的仿真结果更加理想。由此可见,研究钢轨波磨时,接触模型是一种较为可取的仿真方式;一定范围内改变扣件的刚度对摩擦自激振动产生时对应频率的大小影响甚微,但扣件的垂向刚度值过小会使波磨现象更加严重。     

道岔稳定作业方法研究

道岔线路在钢轨、轨枕和扣件轨等方面均与正线存在差异,所以在进行道岔稳定作业时,其作业参数也应有别于正线。为研究道岔稳定作业所需的激振力,即稳定装置应当输出至道岔的激振力大小,首先要明确道岔的轨道横向阻力,但是因为目前无道岔稳定的施工经验可借鉴,通过类比方法,分析和计算出道岔横向阻力,并将稳定作业简化为单自由度振动模型,进一步分析了通过道岔传递至轨枕的激振力大小。另外,还计算了道岔稳定装置各液压缸的工作压强,以保证激振力有效地传递至道岔。     

谐振式浮轨扣件在高架桥上应用分析

为减少因地铁列车运行时钢轨产生的振动及其噪声辐射，研发一种改进型谐振式浮轨扣件系统，它充分利用其谐振质量及弹性元件的动力吸振和隔振特点，能有效地减少钢轨及道床的振动。介绍该系统试验中采用的轨道道床及钢轨的振动测试方法，以及在南京地铁1号线高架桥上分别采用DTVII2型扣件和谐振式浮轨扣件的轨道系统的减振效果。对比试验表明，谐振式浮轨扣件具有较好的吸收钢轨振动的能力，有很好的钢轨减振及道床隔振综合效果，就道床的振动水平而言，谐振式浮轨扣件道床相比DTVII2型扣件道床降低13dB左右，谐振式浮轨扣件的钢轨波磨也得到了很好的抑制作用。     

扣件胶垫频变动力性能对钢轨垂向振动特性影响分析

利用配有温度箱的万能力学试验机,结合温频等效原理与WLF方程的分数阶Zener模型,测试与表征Vossloh300钢轨扣件弹性垫板随频率非线性变化的黏弹性动力性能,并基于有限元方法研究考虑胶垫频变特性对钢轨垂向振动及传递衰减的影响规律。研究结果表明:在双对数坐标系下,扣件胶垫刚度和阻尼系数与频率近似呈线性正相关和负相关。胶垫阻尼频变主要增强中低频范围内的钢轨垂向振动,并能激发出钢轨1阶垂向共振频率;胶垫刚度频变能更准确预测钢轨1阶垂向共振频率;而胶垫频变特性对钢轨pinned-pinned共振频率无影响。考虑胶垫频变特性后,在1阶垂向共振频率以下,钢轨振动在激振点附近快速衰减,超过该频率钢轨振动主要沿钢轨纵向衰减。     

43 kg/m钢轨混凝土枕弹条扣件扣压力保持性能的研究

43 kg/m钢轨混凝土枕采用70型扣板式扣件，普遍存在着扣压力保持能力差、不易调整轨距、养护困难等诸多问题。通过分析病害产生的原因，研发采用了弹条Ⅰ型扣件的A型弹条、挡板座、平垫圈、螺母等部件，及配套的23号、29号轨距挡板替代既有43 kg/m钢轨70型扣板式扣件，提高扣压力保持能力，适用于曲线半径300 m及以上43 kg/m钢轨混凝土轨枕既有线路的扣件改造。经过铺设对比，病害明显减少。     

轨道结构的非线性有限元分析

实际轨道结构受载时的力学行为，属于典型的非线性力学问题。钢轨垫层刚度，钢轨抗扭刚度和扣件扣压力的大小是影响轨距扩大的主要因素。根据非线性有限元接触理论，建立了能准确反映扣件，钢轨与垫层的拧紧接触，以及受载车轮与钢轨侧向滑动接触的力学计算模型；并研究计算了不同扣件压力下，由于受载车轮与钢轨侧向滑动接触引起的轨距扩大问题。     

脉冲荷载激励下扣件弹条扣压力检测方法

为了更准确检测出高速铁路扣件弹条扣压力不足,提出了利用脉冲荷载激励下扣件弹条模态特征来快速无损检测扣压力的方法。通过对不同扣压力状态下的扣件弹条进行力锤激励试验,获得相应的弹条模态参数,进而得到扣压力与弹条固有频率的对应关系,最后通过测试弹条模态频率推算出其扣压力。结果表明：标准安装状态下的WJ-7型扣件弹条在0～1 200 Hz内共有两阶模态,分别为781.60、922.86 Hz;移动激励点得到的加速度导纳值有差异,但固有频率相同;不同扣压力下弹条第1阶模态振型特点主要为两侧肢的垂向振动,后肢承受较大扭矩;扣件弹条扣压力与弹条第1阶频率基本呈线性关系,实际线路中可通过测试弹条固有频率来得到扣压力。     

地铁波磨下胶垫频变对轮轨高频振动的影响

研究目的:为研究地铁钢轨波磨条件下扣件胶垫频变特性对轮轨系统振动响应的影响规律,本文首先测试并表征地铁扣件橡胶垫板的频变力学特性,然后建立地铁车辆-轨道垂向耦合动力学频域分析模型,并以某地铁实测钢轨波磨数据作为激励输入,计算和分析地铁扣件胶垫频变特性对轮轨系统高频动力响应的影响。研究结论:(1)在双对数坐标系下,扣件胶垫刚度(阻尼系数)随激振频率呈近似线性正相关(负相关);(2)考虑胶垫频变特性后,除钢轨振动加速度外,轮轨系统在波磨诱发频率范围内的动力响应均显著减小,但钢轨振动响应主频仍然在波磨诱发频带;(3)胶垫频变特性会增大轮轨系统在35～90 Hz以及700 Hz以上频段的振动响应,因此在预测地铁环境振动和高频轮轨噪声等问题时应考虑扣件胶垫频变特性;(4)本研究结论可为地铁钢轨波磨条件下轮轨系统的准确动力评估提供理论与试验依据。     

阜淮线淮河大桥明桥面线路爬行的原因分析及其整治

淮河大桥明桥面线路爬行的原因是：钢梁挠曲、梁轨温度异少伸缩；对钢轨的扣和压力不足；钢轨接头未冻结。整治措施是：采用K型分开式扣件；选择合适的K型扣件扭矩值；采用高强度螺栓冻结接头。     

地铁钢轨波磨引起的扣件病害分析与治理

地铁钢轨波磨引起轮轨关系恶化,导致扣件系统损伤,缩短车辆构架和钢轨使用寿命,危及运营安全。针对钢轨波磨引发的扣件弹条断裂问题,选取半径650 m曲线段进行测试。结果表明:该曲线段钢轨存在63 mm典型波长波磨,导致外部能量输入增大,弹条的振动能量及振动幅值过大;弹条与铁垫板在外部激励下接触挤压,长期高能量振动导致弹条损伤并滋生疲劳裂纹,最终导致弹条与铁垫板接触点应力集中以致脆性断裂。根据弹条断裂原因制定了合理的整治措施,并给出了钢轨波磨治理建议。     

钢轨的振动及其模态分析

通过对钢轨进行模态分析来研究钢轨的振动.对比分析了不同刚度扣件下钢轨的自振频率.通过研究钢轨自振情况下的应力分布来寻找更好的轨道减振措施.结果表明:扣件刚度越大钢轨的自振频率越大,但是变化不大;钢轨振动时其轨腰处应力较大,尤其是扣件位置.因此,研究通过在钢轨上采取措施来实现减少轨道振动这一方面的课题时,建议应将重点放在研究减少钢轨轨腰的振动上.     

基于模态分析的扣件弹条扣压力测试方法

为了提出一种方便高效的扣件弹条服役状态下扣压力的测试方法,首先建立扣件系统精细化的三维实体有限元模型,分析得到扣件弹条扣压力与其固有频率的对应关系,进而提出通过测试弹条工作振动模态从而推测出弹条扣压力的间接测试方法。研究结果表明:扣件弹条扣压力与弹程基本呈线性关系,其对应关系不随轨下胶垫刚度变化而改变,就Ⅲ型弹条而言,其扣压力同弹程之比约为1. 0 kN/mm;服役状态下弹条第1阶固有频率随扣压力变化近似呈线性变化,根据Ⅲ型弹条正常服役状态设计要求以及考虑最大残余变形的安全扣压力,可得在有效扣压力范围内弹条对应的第1阶固有频率为800～1 040 Hz;通过测试服役状态下扣件弹条工作模态频率,即可间接得到服役状态下扣件弹条的实际扣压力,为辨别扣件是否失效提供科学依据和有效便捷的测试方法。     

轨道系统钢轨振动衰减率动力测试研究

研究目的:钢轨振动衰减率是轨道结构动力分析的重要内容,可反映振动沿钢轨纵向传播的特性。本文采用试验的方法,对比分析剪切型减振器、DTVI_2扣件两种轨道结构型式下的钢轨振动衰减率,并进一步分析北京地铁特殊钢轨波磨的成因及整治措施。研究结论:(1)在大于400 Hz频率范围内,剪切型减振器扣件比DTVI_2扣件具有更大的振动衰减率;(2)剪切型减振器扣件在160~250 Hz频段的振动衰减率较低,大部分低于0.1 dB/m,在该频段不能提供足够的阻尼抑制轮轨相互作用引起的剧烈振动,这是钢轨异常波磨快速发展的主要原因之一;(3)针对性地调节轨道系统振动频率特性以避开轨道共振峰值点,并提高系统动态阻尼抑制钢轨振动,是有效整治异常波磨发展的重要改进措施;(4)本研究成果可为整治北京地铁异常钢轨波磨提供依据。     

钢轨吸振器对地铁钢轨波磨抑制作用的研究

钢轨波磨一般认为是由钢轨自激振动引起。文章通过研究曲线半径R=1 100 m区段的地铁钢轨波磨机理,发现其产生原因是该区段列车牵引力过大,使轮轨之间产生滑动,从而引起轮轨系统的摩擦自激振动,导致钢轨波磨。在此基础上研究设计了一种能减少地铁钢轨波磨的钢轨吸振器,理论研究证实,安装吸振器的钢轨能够有效抑制钢轨波磨的产生和发展速率。     

谐振式浮轨扣件在高架桥上的应用分析

为减少因地铁列车运行时钢轨产生的振动及其噪声辐射,研发一种改进型谐振式浮轨扣件系统,它充分利用其谐振质量及弹性元件的动力吸振和隔振特点,能有效地减少钢轨及道床的振动。介绍该系统试验中采用的轨道道床及钢轨的振动测试方法,以及在南京地铁1号线高架桥上分别采用DTⅦ2型扣件和谐振式浮轨扣件的轨道系统的减振效果。对比试验表明,谐振式浮轨扣件具有较好的吸收钢轨振动的能力,有很好的钢轨减振及道床隔振综合效果,就道床的振动水平而言,谐振式浮轨扣件道床相比DTⅦ2型扣件道床降低13 d B左右,谐振式浮轨扣件的钢轨波磨也得到了很好的抑制作用。     

基于连续弹性基础梁模型的扣件动刚度测试方法

为确定服役状态下的轨道扣件动刚度,将钢轨视为置于连续弹性基础上的简支梁,推导扣件动刚度计算式,提出基于连续弹性基础梁模型的扣件动刚度测试方法,对某服役状态下的高铁线路轨道扣件动刚度进行测试。结果表明:扣件动刚度由钢轨1阶弯曲振动的频率和参振长度、钢轨的单位长度质量和抗弯刚度以及扣件的支承间距决定,当轨道结构确定时扣件动刚度可通过测试钢轨1阶弯曲振动频率求得,其计算式在振动频率小于450 Hz时计算结果的误差小于10%;某高铁线路CRTSⅡ型板式无砟轨道服役状态下的扣件动刚度为36.5kN·mm^-1,约为垫板静刚度的1.62倍。     

轮轴激振装置

<正>运行中的铁道车辆之所以会产生车体垂向弹性振动,主要是因为轨道的高低不平顺引起的振动,由车轮与钢轨的接触位置传输到转向架,并传递到车体所致。为再现车体垂向弹性振动,日本铁道综合技术研究所制作了对轮轴位置的激振装置——轮轴激振装置。图1所示为轮轴激振装置的概况及试验时的状况。图2所示为设置了本装置的高频车辆激振试验装置。高频车辆激振试验装置内的地坑钢轨上,设置切口,被激振的轮轴由于钢轨形状相同的激振装置的支承部(图1-a的模拟钢轨)支承