减振轨道形式对地铁曲线上钢轨磨耗影响的仿真

针对地铁线路普遍存在的钢轨磨耗现象,运用Simpack数值模拟虚拟样机技术和有限元软件Abaqus,建立地铁车辆轨道耦合动力学模型,针对车辆行驶于4种减振轨道曲线线路时,对轮轨磨耗、减振器扣件地段加密措施、梯形轨枕枕下刚度和参振质量调整措施进行了仿真模拟计算分析．结果表明：对于抑制钢轨波磨,板下减振和枕下减振方式在小曲线半径曲线地段使用效果要优于既有刚度和间距条件下的减振器扣件和Vanguard扣件;对于抑制钢轨侧磨,板下减振和枕下减振方式的效果也相对较好;减振器扣件间距加密措施、梯形轨枕枕下刚度及参振质量的增加,对减磨有一定作用．     

地铁减振工程措施综述

随着城市的发展,地铁将成为城市交通的重要组成部分,这就产生了地铁运营的振动问题。世界各国在地铁中的减振工程措施有一般减振措施和特殊减振措施。对特殊减振要求地段主要采用浮置板式道床、弹性短轨枕式整体道床轨道、框架式轨枕、减振器扣件、D型可更换式弹性轨枕直接轨道、IST等工程措施。针对我国目前的现状,提出了几点建议。     

城市轨道交通轨道减振降噪设计研究

城市轨道交通的快速发展在创造良好的经济、社会和环境效益的同时,也不可避免地给城市带来了振动和噪声问题。通过对噪声源进行分析,得出轮轨噪声是城市轨道交通的主要噪声源。因此,合理选择轨道结构的型式是最为有效的减振降噪措施。通过对各种轨道结构减振型式的分析比选,得出轨道减振设计中合理、有效的减振降噪措施。     

地铁列车引起的振动对西安钟楼的影响

以西安地铁2号线6、号线通过钟楼工程为背景,针对铺设浮置板轨道和采取隔离桩两种减振措施,分6种工况分析了地铁2号线及6号线运营对钟楼结构的振动影响,预测了减振隔振措施的效果,并分别对不同工况进行三维动力有限元数值模拟.结果表明：不采取减振措施时,地铁振动会对钟楼造成影响;采用浮置板轨道对地表振动有明显改善;采用隔离桩对减少地表振动效果并不明显.     

钢轨波磨研究进展

为了解轨道车辆运营中普遍存在的钢轨波磨问题,分析了钢轨波磨的形成机理,阐述了钢轨波磨对车辆-轨道系统动力学性能的影响,综述了常见的钢轨波磨检测、监测与抑制方法,并展望了钢轨波磨的研究方向。研究结果表明:车辆-轨道系统耦合振动、轮轨反馈振动、轮轨自激振动和轮轨接触振动是形成钢轨波磨的主因,车辆-轨道结构、线路运营条件、轮轨材料、钢轨型面和车轮踏面轮廓等多方面因素相互耦合作用亦会引起钢轨波磨;重载、高速铁路和地铁钢轨波磨会影响车辆-轨道系统动力学性能和车辆与轨道零部件寿命,也会影响扣件、钢轨、轨枕、轨道板(道砟)和轴箱等零部件的振动特性,各零部件的阻尼、刚度等物理参数与运行条件不匹配时也会造成钢轨波磨,列车长时间运行在钢轨波磨路段时会导致车辆-轨道结构产生强烈共振,造成严重疲劳损伤,影响行车安全;检测与监测是研究和发现钢轨波磨的重要辅助手段,抑制钢轨波磨主要通过改善轮轨接触关系、钢轨打磨、提高钢轨表面材料硬度、添加相关摩擦调节剂和轮轨润滑剂、使用钢轨吸振器技术、优化轮轨系统结构以及调整列车运营规定等措施来实现;目前,钢轨打磨仍是消除和减轻钢轨波磨最直接、最有效和最经济的措施,应提升并改善钢轨打磨技术。      

车辆段上盖开发轨道振动噪声控制技术研究

在总结地铁车辆段上盖开发振动与噪声特点的基础上,调研了全国多个城市车辆段上盖开发采取的措施,并对车辆段减振降噪控制措施使用的条件进行了研究。建议库内线首选控制车速不大于5km/h 和焊接接头的措施,困难时考虑采用在结构下部铺设减振垫或者减振扣件类措施;库外线首先考虑道砟加厚措施和减振接头夹板措施,困难时考虑采用铺设梯形轨枕或者减振垫,道岔区考虑采用加厚减振垫;试车线首选减振垫,困难时考虑采用钢弹簧浮置板。建议后期上盖开发工程充分考虑上盖振动及噪声影响区域,统筹考虑上盖开发的业态分布,采取综合的减振降噪措施,在工程实施中分阶段采取减振降噪措施,并对目前的道岔区有害空间的振动噪声进行优化。     

地铁弹性扣件失效对轨道结构振动特性的影响

运用基于车辆单元与轨道单元的车辆-轨道系统振动分析数值方法,研究地铁弹性扣件失效对轨道结构振动特性的影响。研究结果表明,列车通过弹性扣件失效轨道时,轮轨间相互作用增大,各动力学指标值成倍增长,且随着扣件失效数量增加,动力响应增幅明显;失效扣件临近轨道结构的支承反力急剧增大,加速了线路几何形位的恶化。此外,地铁弹性扣件刚度低、橡胶垫层易老化,随着行车密度的提高,扣件失效产生的动力影响更加显著。     

无碴轨道结构及其在轨道交通中的应用

介绍了目前国内外常用铁路无碴轨道结构,并结合城市轨道交通的特点,阐述了几种减振降噪型无碴轨道结构的特点及其应用情况。     

减振型装配式轨道设计方案理论与试验研究

为适应城市轨道交通大规模建设和满足减振需求，提出一种新型装配式无砟轨道结构，建立车辆-无砟轨道耦合动力分析模型和室内实尺试验模型，对减振型装配式轨道结构力学性能进行研究.研究表明：减振型装配轨道结构在列车动载作用下的系统动力响应指标均在安全限值范围内，满足行车安全性和舒适性要求；静载试验轨道结构混凝土最大压应变为-129.6με，远小于混凝土极限应变值；卸载后残余变形很小，轨道弹性较好，结构承载能力满足要求；在疲劳荷载作用下，结构整体受力变形较小，未见裂纹，抗疲劳性能良好；轨道振动从上往下逐层递减，频率为100～125 Hz，最大减振效果可达12.4 dB，结构减振效果显著且减振稳定性较好.     

地铁减振扣件轨下弹性垫刚度特性与寿命预测

为了研究地铁减振扣件弹性垫在服役过程中刚度敏感性和对线路环境振动的影响，以南京地铁多条运营线路中抽取的压缩型减振扣件为研究对象，开展了压缩型扣件轨下弹性垫服役刚度特性、常温下疲劳特性和热加速疲劳老化特性等多环境室内综合测试；基于测试结果对比分析了新旧压缩型扣件轨下弹性垫使用时间与刚度变化的相关性，得到了轨下弹性垫的时间-寿命特性曲线，提出了轨下弹性垫刚度变化百分比与使用时间的寿命预测模型。研究结果表明：在周期性轮轨载荷和线路温湿碱环境等综合作用下，地铁减振扣件轨下弹性垫的服役刚度随使用时间呈线性增加趋势，其弹性发生了性能退化；新的轨下弹性垫热加速疲劳老化刚度曲线与服役抽样轨下弹性垫的刚度曲线趋势基本一致，即轨下弹性垫的热加速循环老化试验能够模拟或演化轨道交通线路的热机械循环载荷等现场条件；基于Arrhenius寿命-应力热加速老化模型，轨下弹性垫服役应力和加速老化应力下的加速因子分别为1.99和1.36,进而可通过加速因子预测减振扣件轨下弹性垫的更换周期。     

高速列车制动区段钢轨波磨抑制方法

为研究高速列车制动区段制动结构/轨道结构对轮对-轨道-制动系统摩擦自激振动的影响，首先，结合现场调研，建立CRH3高速列车轮对-轨道-制动系统有限元模型；然后，采用复特征值法研究考虑轮轨粘滑和制动滚滑作用下的轮对-轨道-制动系统的摩擦自激振动特性；进而探究制动结构中表面织构对整个系统摩擦自激振动特性的影响；最后，对轨道结构中扣件参数进行参数化分析，并采用最小二乘法和粒子群算法求得抑制钢轨波磨的扣件参数的最优解.研究结果表明：高速列车在制动区段时，轮轨粘滑和制动滚滑作用导致的轮对-轨道-制动系统摩擦自激振动的主要频率为526.75 Hz，与现场波磨特征频率接近，说明轮对-轨道-制动系统的摩擦自激振动可能是该区段钢轨波磨的主要诱因；采用具有表面织构的闸片或制动盘能有效抑制制动区段的钢轨波磨，其中沟槽型闸片的抑制效果最佳；当扣件的垂向刚度为65.5 MN/m，横向刚度为46.0 MN/m，垂向阻尼为84.0 kN·s/m和横向阻尼为23.5 kN·s/m时，可以抑制高速列车制动区段的钢轨波磨.     

城市轨道交通轨道振动噪声成因及整治措施研究

随着我国基础设施建设水平的不断提高,各大城市的轨道交通运营线路数量不断增加,给人们的出行提供了更便利和多样化的选择。与此同时,城市轨道交通运行引发的轨道振动噪声问题日益显现,严重影响着城市轨道交通沿线周围居民的工作、生活和身心健康,也加剧了轨道结构的病害程度。以我国城市轨道交通线路轨道振动噪声问题为研究对象,根据现场调研总结归纳出轨道振动噪声的产生原因,并提出针对性的整治方案,对轨道减振降噪的整治措施进行了评估分析,探讨了整治方案的合理性,并提出轨道减振降噪的运维建议。     

地铁曲线地段钢轨横向稳定性控制措施研究

城市轨道交通线路列车发车间隔短、运行时间长的特点,对轨道结构产生高频的冲击荷载,易导致相关结构伤损的发生。尤其在半径曲线地段,存在未被平衡的横向力,钢轨产生较大的横向变形,导致轨距扩大与钢轨磨耗的产生,极大影响到行车安全。为探究钢轨横向稳定性的控制措施,本文建立了钢轨结构受力分析模型,分析曲线半径大小、扣件横向刚度与道床横向阻力等因素对钢轨横向稳定性的影响,以期为线路的养护维修提供理论支撑。     

城市轨道交通振动与噪声

随着经济的发展 ,城市轨道交通的振动和噪声问题越来越引起人们的重视。叙述了轨道结构振动的产生原因及环境振动的评价指标 ,分析了铁路噪声的组成及对环境噪声的评价标准。通过对国内外资料的分析 ,认为轮轨噪声是城市轨道交通噪声的主要组成部分 ,要对轨道交通减振降噪 ,降低轨道结构的振动是关键。最后提出对轨道交通减振降噪的一些建议。     

高架轨道结构振动特性分析

目前高架轨道是城市轨道交通的主要结构型式之一,为分析其结构振动特性,通过建立高架轨道垂向振动解析梁模型和有限元模型,采用动柔度法计算高架桥速度导纳和轨道速度导纳,并分别考虑桥梁支座刚度、桥梁截面形状对高架桥振动的影响以及高架桥基础和扣件刚度对轨道结构振动的影响。结果表明,桥梁支座刚度和截面形状在低频段对高架桥的振动有较大的影响,在高频段影响较小;高架桥结构对轨道的振动在20 Hz以下有明显的影响,在20 Hz以上基本没有影响;提高扣件刚度有利于减小轨道的竖向振动,但同时增大了轨道的固有频率。     

高速铁路桥上无砟轨道减振层刚度的动力学影响分析

为了降低高速铁路桥上结构的振动与噪声水平,以我国CRH2型高速车辆和32 m跨度高速铁路简支箱梁及CRTS I型板式无砟轨道为对象,建立高速车辆-无砟轨道-桥梁耦合振动分析模型,分析比较了不同行车速度下无砟轨道减振层刚度对车轨桥系统动力响应的影响,为桥上减振型板式轨道动力学参数设计提供参考。计算结果表明,桥上采用减振型板式轨道可显著降低轨道板垂向振动加速度,在本文计算条件下其最大加速度幅值较无减振层时减小了57%以上;减振型板式轨道能稍微降低轮轨动力作用,可减小简支箱梁垂向振动加速度20%左右;较低的减振层刚度增大了轨道板垂向振动位移,不利于高速行车安全,而过大的减振层刚度不能有效降低轨道结构振动,综合考虑后建议桥上减振型板式轨道弹性垫层刚度在100~200 MN/m3之间选取。     

钢轨扣件失效对列车动态脱轨的影响

建立了非对称车辆/轨道耦合动力学模型,分析轨道扣件失效对车辆动态脱轨的影响,考虑离散轨枕支承对车辆/轨道耦合作用的影响,通过假设轨道系统刚度沿纵向分布发生突变来模拟扣件组失效状态,推导了考虑钢轨横向和垂向以及扭转运动的轮轨滚动接触蠕滑率计算公式,利用Hertz法向接触理论和沈氏蠕滑理论计算轮轨法向力及轮轨滚动接触蠕滑力,采用新型显式积分法求解车辆/轨道耦合动力学系统运动方程,通过数值分析计算,得到轮轨横垂向力之比、轮重减载率、脱轨危险状态的持续时间和轮对踏面上轮轨接触点位置的变化。连续5个钢轨扣件不同程度失效对列车动态脱轨的影响的数值模拟结果表明,如果失效因子从0.8增大到1.0,即钢轨扣件经历从接近完全松脱到完全松脱,钢轨扣件失效对列车动态脱轨影响呈指数规律。     

轨下连续支承纵向轨枕轨道计算分析

目前工程实践采用的纵向轨枕结构轨下垫和纵向轨枕枕下减振垫的布置模式,一般为2-1-2-1布置(每布置2个扣件布置1个枕下垫)即轨下点支承纵向轨枕轨道模式,文章基于现有的纵向轨枕模型提出设想,设计运用一种新型橡胶减振垫用于填补在钢轨下部,使得钢轨与橡胶减振垫接触并以此分散作用于钢轨上的轮轨力,从而达到减振的效果,建立两种不同的纵向轨枕结构形式的力学简化模型,借助于有限元理论编制程序,对轨下连续支承纵向轨枕轨道和点支撑纵向轨枕轨道进行钢轨和轨枕的受力以及位移大小进行比较,得出纵向轨枕连续支承轨道结构在分散钢轨力和减小钢轨位移具有一定的效果。     

轮对结构和扣件刚度对钢轨波磨的影响

为研究地铁线路小半径曲线轨道上钢轨波磨的形成机理和影响因素,基于轮轨摩擦耦合自激振动导致钢轨波磨的观点,建立了小半径曲线轨道上由动车轮对-钢轨-轨枕组成的轮轨系统有限元模型.采用复特征值分析和瞬时动态分析研究了轮轨系统的稳定性和动态特性.计算结果表明:在饱和蠕滑力作用下,轮轨系统存在较强的摩擦自激振动趋势,即产生钢轨波磨的趋势;动车轮对上齿轮箱的安装位置对系统的自激振动影响较小;扣件横向刚度对自激振动的影响较小,垂向刚度对自激振动的影响较为明显;不稳定振动随扣件垂向刚度的增加呈现先增大后减小的趋势,当其垂向刚度约为20 MN/mm时,钢轨波磨最容易发生.     

整体道床轨道扣件刚度对钢轨声功率特性的影响

为了研究整体道床轨道扣件刚度对钢轨垂向振动声功率特性的影响,建立了平面半轨道模型,利用谱元法计算了钢轨导纳,建立了轨道周期子结构模型,利用谱传递矩阵法计算了轨道衰减率;结合钢轨导纳和轨道衰减率计算结果,得到了单位简谐点激励作用下的钢轨声功率级,分析了扣件刚度对钢轨相对声功率级的影响. 研究结果表明:在单位简谐点激励作用下,中低频范围内的钢轨声功率级随着频率的增大而提高,在1/3倍频程中心频率800 Hz处,钢轨声功率级出现峰值;钢轨声功率级随着扣件刚度的减小而增大,但主要影响的频率范围为400 Hz以下;扣件刚度减小越多,钢轨声功率级增大越显著;扣件刚度的减小使得钢轨声功率级在钢轨弯曲共振频率处增加量最大,这是因为在该频率下钢轨导纳幅值增加量和轨道衰减率减少量均较大.