地铁车辆轮轨耦合振动特性研究

轮轨耦合振动模态是系统固有属性,掌握轮轨间的耦合振动特征对减少车轮不圆磨耗和钢轨波磨有必然性和现实性。文章建立了详细的地铁车辆轨道耦合动力学模型,利用扫频分析方法,研究了车辆和轨道参数对轮轨耦合振动特性的影响。结果表明,车辆和轨道间的轮轨耦合振动主要表现为轮轨间P2耦合振动和由转向架轮对间钢轨局部变形引起的高频轮轨耦合振动,如轮对间钢轨的1阶、2阶和3阶弯曲振动等。轮轨P2耦合共振频率主要在30～100 Hz,钢轨受扣件刚度和簧下质量影响最为显著,随着扣件刚度的增加,轮轨P2耦合共振幅值和频率均增加。钢轨“Pinned-Pinned”振动和转向架轮对间钢轨的3阶弯曲模态是影响轮轨高频耦合振动的主要因素。当振动频率小于1 000 Hz时,轮对间钢轨的3阶弯曲是轮轨高频振动的主要驱动力,其主要受轴距、扣件阻尼和轨枕间距影响较为显著。     

轮轨系统高频振动响应

在特对异纳特性研究基础上，分析了轮轨耦合系统在轮轨表面粗糙度激励下的加速度响应，结果表明，轮轨高频振动主要以钢轨振动为主，轮对只在高频较窄频域振动强烈，并且车轮横向振动振幅超过垂向对应值。降低轮／轨导纳可以有效降低轮／轨高频振动响应，轮轨导纳合理匹配有利于轮轨系统响应的合理分配。     

地铁轮轨噪声的统计能量分析

采用统计能量分析法,建立了地铁轮轨噪声预测模型,预测了某地铁的轮轨噪声,得出了如下结论:当地铁以60 km/h的速度运行时,轮轨总辐射噪声主要分布在中心频率为500～4000 Hz的一个较宽的频率范围内,其中钢轨辐射噪声主要分布在中心频率为500～4000 Hz的较宽频率范围内;车轮辐射噪声主要分布在中心频率为1 250～4000Hz的中、高频范围内.从二者对总噪声的贡献来看,钢轨是主要的辐射源,车轮次之.轮轨、钢轨、车轮的辐射总声压级分别为86、85、81 dBA.     

城市轨道交通支承块式无砟轨道轮轨噪声研究

在已建立的轮轨噪声预测模型STTN的基础上,对城市轨道交通列车在支承块式无砟轨道上运行时的轮轨噪声进行了预测分析,并对城市轨道交通列车在支承块式无砟轨道上运行时产生的轮轨噪声与在有砟轨道上运行时的轮轨噪声进行了比较。列车以70km／h的速度运行时,轮轨噪声主要分布在中心频率约为500—2000Hz的范围内,其中钢轨辐射的主要是中、高频噪声,车轮辐射的主要是高频噪声,而支承块则辐射中、低频噪声。对总噪声贡献最大的是钢轨,而支承块及车轮的贡献几乎可以忽略。轮轨噪声随运行速度的增大而显著增大,其中车轮噪声受运行速度的影响最为显著,钢轨次之,支承块最小;在轨道旁,支承块式无砟轨道轮轨噪声比有砟轨道的大2．8—4．5dB（A）,因此必须采取切实有效措施,将支承块式无砟轨道的轮轨噪声降到有砟轨道的水平甚至更低。     

动车组高频异常振动成因轮轨耦合试验分析

我国高速铁路出现多次因高频异常振动引起的零部件裂纹等现象,经分析车轮多边形和钢轨波磨是引起轮轨高频异常振动的主要原因,通过对轮轨系统模态测试和耦合振动测试,发现车轮、构架、钢轨、轨道板等存在与车轮多边形或钢轨波磨频率相对应的固有频率成分,轮轨系统固有频率是车轮多边形和钢轨波磨产生的重要原因。     

高速铁路轮轨冲击振动的特征及其控制原理

高速行车条件下，轮轨间的冲击振动显著增强，成为不容忽视的问题。本文应用车辆－轨道耦合动力学理论，并借助于所编制的轮轨相互作用仿真软件ＶＩＣＴ分析系统，详细研究了钢轨焊接接头，波浪形磨耗钢轨、擦伤车轮、偏心轮以及不圆顺车轮等常见轮轨激扰所导致的轮轨冲击振动在高速行车条件下的形态特征，给出了各类冲击振动随列车运行速度的变化规律。在此基础上提出了控制高速铁路轮轨冲击振动的一般原则。     

高速铁路板式轨道轮轨噪声特点

在已建立的轮轨噪声预测模型STTIN的基础上，对高速列车在板式轨道上运行时的轮轨噪声进行了预测分析，并对高速列车在板式轨道上运行时产生的轮轨噪声与在有碴轨道上运行时的轮轨噪声进行了比较。发现钢轨辐射的主要是中、高频噪声，车轮辐射的主要是高频噪声，而轨道板则辐射中、低频噪声；钢轨、车轮和轨道板对总噪声的贡献各异，其中钢轨贡献最大，轨道板最小；无碴轨道钢轨近旁噪声与有碴轨道相比高出约6．2dBA，铁路边界处近地面噪声高出约3．5dBA，可见，板式轨道噪声明显高于有碴轨道。     

轮轨噪声预测与控制方法综述

通过建立轮轨噪声预测模型,给出了车轮、钢轨辐射噪声声压级谱计算式。利用有关文献中的数据,对轮轨噪声进行了预测。从轮轨接触表面的不平顺、车轮、钢轨和声源等角度讨论了轮轨噪声的控制。     

城市轨道交通车辆轮轨系统噪声辐射分析

采用轮轨噪声预测软件(TWINS模型),研究了某城市轨道交通车辆轮轨系统的振动与声辐射特性,分析了引起系统振动和声辐射的主要原因。研究结果表明:R模态为轴向模态,会导致车轮沿轴向的大幅振动;车轮和钢轨的辐射声功率随着速度的增加而增加,钢轨辐射声功率显著大于车轮的声辐射功率;隧道状态下的声学相应显著大于自由场状态下声学相应,底架区域自由场和隧道状态下的声学相应差异不大。     

客运专线板式轨道轮轨噪声分析

在已建立的轮轨噪声预测模型STTIN的基础上,对高速列车在板式轨道上运行时的轮轨噪声进行了预测分析,并对高速列车在板式轨道上运行时产生的轮轨噪声与在有砟轨道上运行时的轮轨噪声进行了比较.发现钢轨辐射的主要是中、高频噪声,车轮辐射的主要是高频噪声,而轨道板则辐射中、低频噪声;钢轨、车轮和轨道板对总噪声的贡献不同,其中钢轨贡献最大,轨道板最小;无砟轨道的轨道旁噪声级与有砟轨道的相比高出约6.2 dB,铁路边界处近地面噪声级高出约3.5 dB,可见板式轨道噪声明显高于有砟轨道.     

地震荷载作用下轮轨系统振动特性分析

为了分析轮轨系统在地震荷载激励下的动力响应,根据振动力学和有限元理论,利用ANAYS结构分析软件,建立三维轮轨系统接触的有限元模型,模型中考虑轮轨之间的实际接触状态,计算在地震荷载激励下的轮轨系统的振动特性。结果表明:地震荷载下轮轨接触应力是静力时的1.8倍,并且轮轨出现短暂的分离,接触区域的等效Mises应力有不同程度增大,车体加速度超出限值14.3%。     

轮轨滚动噪声激扰模型研究

为解决轮轨高频非线性接触问题和预测轮轨滚动噪声,需研究轮轨表面粗糙度的时域模型。在基于线性化理论的轮轨表面粗糙度频域表示方法的基础上,为满足轮轨非线性接触的要求,采用时频转换的方法建立轮轨表面粗糙度时域输入模型,并以Sato轮轨表面粗糙度谱为例,运用所建立的轮轨噪声预测模型及开发的轮轨噪声预测分析软件对轮轨滚动噪声辐射进行了仿真计算,将得到的轮轨滚动噪声频谱特征及其时域特点与工程实际监测结果进行对比分析,证明模型是可靠的。     

北京地铁钢轨波磨测试分析

针对北京地铁钢轨异常波磨问题,对地铁5号线各种轨道结构形式进行钢轨振动加速度测试,对地铁4、5号线全线进行车厢内噪声测试,在地铁5号线选择4种扣件形式进行钢轨模态测试.结果表明:对于剪切型减振器扣件,在300Hz左右轮轨的共振效应,是该扣件区段产生钢轨波磨的主要原因;钢轨波磨引起的轮轨接触面不平顺,是产生车内异常噪声的...     

道岔区轮轨力转移与分配特性研究

道岔区复杂的轮轨接触状态决定了其轮轨力特性与一般线路相比存在较大的差异。利用空间轮轨接触几何关系理论和Hertz非线性弹性接触理论，研究道岔区车轮与同侧并列的2股钢轨同时接触的2点接触问题。依据2点接触时轮轨弹性压缩量计算每一接触点上的轮轨力，由此确定车辆侧向和直向通过时的轮轨2点接触范围以及轮轨力转移和分配特性。结果表明：2股钢轨上轮轨力转移和分配特性不仅与钢轨外形、轨顶高度和宽度有关，而且与车辆过岔方式有关；考虑轮轨2点接触后的计算方法，消除了单点接触轮轨力计算中轮轨接触点从一股钢轨转移到另一股钢轨上时引起的轮轨力突变，使得轮轨力变化更为平顺和真实。     

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.     

高架轨道轮轨噪声预测分析

随着我国城市轨道交通的快速发展,高架轨道作为一种经济、实用、安全、快速的交通模式,在城市轨道交通建设中得到越来越广泛的运用,但由此带来的振动噪声对周围环境的影响也变得十分突出。通过建立轮轨噪声预测模型,运用有限元法分析箱型梁、U型梁阻抗,对高架轨道轮轨噪声进行预测分析。讨论了桥梁截面型式、行车速度、轨道扣件刚度、桥梁结构阻尼、桥梁支座刚度对高架轨道轮轨噪声的影响。分析结果表明,行车速度和扣件刚度对轮轨噪声有较大影响,在200 Hz以下,轮轨噪声总体上随着扣件刚度的增大而增大;在200~800 Hz范围内,轮轨噪声随着扣件刚度的增大反而减小;在800 Hz以上,扣件刚度对轮轨噪声无明显影响。桥梁截面型式仅在低频部分对轮轨噪声有较大影响,而桥梁结构阻尼、桥梁支座刚度则对高架轨道轮轨噪声影响甚微。     

动车组车轮多边形磨耗形成与发展过程仿真研究

针对动车组车轮多边形磨耗愈发严重的问题,基于车辆-轨道耦合动力学模型、轮轨接触模型、Archard磨耗模型和循环迭代模型,建立车轮多边形磨耗长期磨损迭代模型;模拟我国某型高速动车组20阶车轮多边形的发展过程,结果与实际情况吻合,证实模型的准确性.基于长期磨损迭代模型,研究车辆运行速度、轮轨模态振动特性和轨道参数对车轮多...     

铁路曲线上轮轨磨耗影响参数的仿真研究

运用SIMPACK虚拟样机技术,从线路设计及养护维修的角度出发,对铁路曲线上车辆速度、轨底坡、曲线超高及钢轨涂油对轮轨磨耗的影响进行仿真计算和分析。分析结果表明:为降低轮轨磨耗及保证行车安全,车辆速度以比线路条件决定的最高行车速度略低为宜;曲线超高过低或过高均会增大轮轨磨耗,由于小半径曲线上设置的超高一般偏大,故而适当降低小半径曲线的超高对于降低轮轨磨耗是有利的;轨底坡的适当增大可使得轮轨磨耗有一定降低,但效果不明显,且轨底坡过大会加剧轮轨磨耗;对钢轨进行适当的涂油可有效降低轮轨磨耗,但应进行严格控制,涂油太多对于降低轮轨磨耗反而不利。     

道床板隔振系统参数优化及其减振性能研究

针对地铁道床板隔振系统的振动特性和动力响应进行了分析研究,并通过对道床板隔振系统的动态参数进行优化设计,提出了较为完善的技术参数。优化分析结果表明:在选取的参数范围内,其隔振系统的第一阶固有频率都在10 Hz以上,可避开车轮和车轴经过轨道扣件的频率段。如道床垫刚度取0.018 N/mm3,道床板厚度取200 mm,扣件竖向刚度取4.0 k N/mm,则隔振系统的前三阶模态频率分别为14.38Hz、14.57 Hz和16.62 Hz,均在14~17 Hz之间;而在30~35 Hz之间无振型,可有效避开转向架经过轨道扣件的频率。