迷宫式约束阻尼钢轨减振降噪试验分析

为研究阻尼钢轨的减振降噪性能,以标准钢轨和迷宫式约束阻尼钢轨为研究对象,通过在消声室内测试标准钢轨和迷宫式约束阻尼钢轨的振动与噪声特性,实验结果表明:阻尼钢轨具有良好的减振降噪效果,阻尼钢轨在全频段内有效地抑制振动和噪声。在径向冲击荷载下,迷宫式约束阻尼钢轨相对于标准钢轨的振动加速度衰减量为5%~19%,振动时间衰减量都大于94%,总噪声级降低达9 d B以上;在轴向的冲击荷载下,迷宫式约束阻尼钢轨相对于标准钢轨的振动加速度衰减量为9%~21%,振动时间衰减量都大于92%,总噪声级降低达5 d B以上。实验结果为新型约束阻尼钢轨的优化设计提供了更加准确的实验依据。     

拉索式电涡流阻尼器力学模型及性能试验研究

提出一种新型的拉索式旋转电涡流减震系统,该系统由惯容器、弹簧和阻尼单元组成.为验证该减震系统的减震机理,建立了装配阻尼器的单层框架力学模型,分别进行了单层框架、导体盘为5 mm铜板、10 mm铜板、5 mm铁板、5 mm铜板与5 mm铁板复合时的惯容器和不同材质的导体盘在10、20、30、40 mm气隙下带电涡流阻尼器的振动测试,以分析导体盘与永磁体间的气隙大小、导体盘材质和导体盘厚度对阻尼器附加阻尼比的影响.试验结果表明:在铜板后附加铁板,阻尼增加至铜板的1.9倍、铁板的1.4倍,可最大化增加阻尼;气隙是影响电涡流阻尼的关键因素,当气隙增大时,阻尼比会迅速减小,调节气隙大小是改变结构附加阻尼比最有效和最容易的方法;阻尼器提供的阻尼比最大可达15.40%,证实了该阻尼器具有较强的耗能能力.     

应用电阻应变计的无缝线路纵向力测试原理及方案

针对无缝线路纵向力测试问题,在双向应变法原理的基础上,应用电阻应变计提出了一种新的无缝线路钢轨纵向力测试方案.综合考虑应变计热输出及同一钢轨断面温度非均匀分布的条件下,较为系统的阐述了基于电阻应变计的无缝线路纵向力测试原理,并对较为常用的既有测试方案的测试误差进行了对比分析.结果表明:钢轨断面温度的非均匀分布是测量误差的一个主要来源;采用电阻应变计测量无缝线路钢轨纵向及竖向应变时,必须考虑应变计的热输出以及钢轨纵向及竖向约束不同对相应的应变计热输出的影响;采用电阻应变计直接进行钢轨纵向力测量,无法将钢轨中的基本温度力及伸缩附加力进行分离;本文提出的测试方案不需附加补偿片,能够抵消荷载引起的弯曲应变,当两侧轨腰温差为2 ℃时,测量误差较之既有测试方案分别能够降低84.0%及60.3%.      

减振轨道结构钢轨波磨特征现场调查与分析

调查并分析了某地铁线路科隆蛋减振轨道钢轨波磨特征.该轨道结构直线段和曲线段大范围出现钢轨波磨.现场调查和大量测试结果显示,相近速度下,该轨道形式上所形成的波磨特征基本一致.波磨主波长为40~50 mm,次波长约为20 mm和200 mm.硬度测量选取了明显发生波磨的直线段钢轨和曲线段钢轨.测量结果显示发生波磨钢轨的硬度大于钢轨基体硬度.直线和曲线段上,波谷硬度均大于波峰硬度.经车轮碾压,钢轨表面发生硬化,曲线外轨硬度远大于曲线内轨和直线钢轨.     

基于约束阻尼层的高速客车车体弯曲振动的抑制

为了降低车体的弹性振动,将车体考虑为两端自由等截面欧拉梁,建立了铁道客车刚柔耦合系统垂向动力学模型,通过幅频特性分析计算了系统各部件固有模态以及车体模态损耗因子对车体弹性振动的影响。对车体表面局部进行约束阻尼处理,通过合理假设推导了含有约束阻尼层的车体模态损耗因子的计算公式。数值分析结果表明:车体一阶弯曲自振频率接近人体振动敏感区域,为减小车体弹性振动,必须首先降低一阶弯曲振动。良好的乘坐舒适性可以通过增加车体结构的损耗因子来实现,车体局部贴附约束阻尼层可以增加车体结构阻尼。为了使车体结构获得最大的损耗因子,阻尼材料应该贴附在弯曲变形最大的位置,并且约束层和粘弹性层贴附长度和厚度有一个最佳值。只要选择合适的阻尼材料,就能获得很好的减振效果,从而达到提高高速客车乘坐舒适性的目的。     

城市轨道交通高架线路敷设阻尼钢轨噪声特性

为研究城市轨道交通高架线路敷设阻尼钢轨前后列车通过时段噪声变化规律,以敷设了阻尼钢轨的广州某高架线路为研究对象,通过对高架线路敷设阻尼钢轨前后轨道旁、距行车轨道中心线7.5和30 m处测点进行现场噪声试验,分别从时域统计、频谱和插入损失等方面分析了高架线路改造全过程,包括换轨前、换轨后、刚敷设阻尼钢轨及敷设阻尼钢轨运营半年后列车通过时段噪声变化规律。分析结果表明：换轨和敷设阻尼钢轨作为源头上的降噪措施具有一定的降噪效果,噪声源强处2种措施分别降噪1.1、2.9 dB(A),敷设阻尼钢轨能降低钢轨Pinned-Pinned振动辐射产生的噪声;换轨前高架线路列车通过噪声能量主要集中在100~3 000 Hz,分别在100~125 Hz和2 000 Hz附近出现第1、2个峰值,换轨后、刚敷设阻尼钢轨及敷设阻尼钢轨运营半年后的列车通过噪声能量主要集中在500~2 000 Hz,峰值频率出现在800 Hz附近;高架线路整个施工改造过程中60 Hz以下低频噪声变化较小,60 Hz附近的频率为轮轨系统的固有频率,高架线路改造并未使轮轨系统固有特性发生较大改变;敷设阻尼钢轨运营半年后相比刚敷设阻尼钢轨时,在距轨道中心线7.5和30 m处,1 000 Hz以上高频噪声变化较小,桥梁局部结构振动产生的辐射噪声(100~300 Hz)出现了一定的增大。     

基于迭代RMSE法的约束阻尼板动力特性分析

忽略约束阻尼结构阻尼层黏弹性材料虚刚度及参数频变特性会对计算该结构模态损耗因子带来误差.本文在修正模态应变能法（RMSE法）的基础上，结合迭代算法，分析了黏弹性材料虚刚度及参数频变特性对约束阻尼板的振型、固有频率和模态损耗因子的影响，探讨了约束阻尼板阻尼层厚度和约束层厚度对结构模态损耗因子的影响规律.分析结果表明：本文方法计算的固有频率和模态损耗因子与相关文献中的试验实测值吻合良好；不考虑黏弹性材料参数频变特性，各阶模态振型形状基本不变，但部分振型的相位相反；阻尼层剪切模量直接影响到结构固有频率，忽略其频变特性会导致在低阶时计算结果偏大17.2%，高阶时偏小7.6%；低阶模态时，忽略黏弹性材料频变特性的模态损耗因子误差最大可到56.0%；约束阻尼板模态损耗因子随阻尼层厚度增加而增大，随约束层厚度增加先增大后减小.     

地铁先锋扣件地段钢轨波磨成因

为了研究先锋扣件地段钢轨波磨的成因并给出应对措施，基于摩擦自激振动引起钢轨波磨的理论，建立了包括导向轮对、轨道系统的自激振动有限元模型，使用复特征值法研究了轮对-轨道系统的动态稳定性；通过参数敏感性分析寻找影响钢轨波磨的主导因素，提出抑制乃至消除钢轨波磨的措施. 研究结果表明:轮轨间饱和的蠕滑力引起的轮对-轨道系统频率为319 Hz的自激振动是导致内侧钢轨严重的波磨的主要原因，模型预测的波磨波长为51.4 mm，与实测数据非常接近；参数敏感性分析表明，先锋扣件中的橡胶支承块的弹性模量和阻尼系数越大，钢轨波磨发生的可能性越低；采用弹性模量和阻尼系数有利于抑制乃至消除钢轨波磨，将阻尼系数提高到0.000 1可显著抑制钢轨波磨.      

钢轨断面全轮廓磨耗的激光视觉动态测量

钢轨磨耗直接影响铁路运行安全,为了替代目前手工测量方式,提高测量精度和效率,研究并设计了线激光钢轨断面全轮廓视觉测量系统来实现钢轨磨耗动态测量.首先通过计算激光视觉测量模型完成激光测量单元的结构设计,然后采用平面标定法对测量头进行精确标定,获取激光平面与传感器成像平面之间的映射关系,将拍摄的钢轨轮廓光条图像还原为实际钢轨断面轮廓;利用钢轨同一截面两侧轮廓中轨头踏面轮廓相同的特征获取钢轨断面全轮廓数据,采用ICP精确配准将钢轨两侧测量轮廓合并,其中轨头踏面轮廓采用欧式聚类和距离分割方法提取;最后以双侧未磨损轨腰轮廓及其特征点为基准,将测量钢轨全轮廓与标准钢轨轮廓进行配准对比,获取钢轨磨耗值;将线激光钢轨磨耗测量单元装载于自行研制的轨道测量小车上进行现场测量试验.研究结果表明:该测量系统标定精度可达4.922×10^-3 mm,测量速度可达21.6 km/h,与钢轨磨耗尺测量值对比垂直磨耗、侧边磨耗平均偏差约为0.023 mm和0.093 mm,对同一对象多次重复测量最大偏差小于0.05 mm,该测量精度满足公务要求,提高了测量效率,便于铁路测量数字化管理.     

地铁钢轨波磨对车辆和轨道动态行为的影响

采用钢轨波磨测量仪测量了钢轨波磨特征, 采用加速度和位移传感器测量了钢轨打磨前后车辆和轨道零部件的振动加速度, 分析了钢轨波磨对车辆和轨道零部件振动的影响, 建立了车辆-轨道耦合动力学模型, 研究了钢轨波磨对轮轨相互作用力的影响, 确定了钢轨打磨限值。研究结果表明: 钢轨波磨主波长为30~40 mm, 次波长为16 mm; 钢轨轨头和弹条在650~800 Hz的振动和轴箱在670~800 Hz的振动与30~40 mm波长对应的车辆通过振动行为一致, 因此, 短波钢轨波磨导致地铁车辆和轨道零部件振动过大, 是车辆一系钢弹簧和轨道扣件弹条疲劳断裂的主要原因; 钢轨打磨可以有效解决疲劳断裂问题, 打磨前钢轨轨头、弹条、轨枕和道床振动加速度均方根分别为243.4、309.3、17.1、2.6 m·s^-2, 打磨后振动加速度均方根下降为51.5、8.8、1.5、0.5 m·s^-2; 轮轨垂向力和横向力均对钢轨波磨波长非常敏感, 当钢轨波磨波深为0.1 mm时, 35、80 mm波长对应的轮轨垂向力分别为307、109 kN, 横向力分别为56、25 kN; 当车辆运营速度为90~120 km·h^-1时, 根据轮重减载率限值标准, 35 mm波长钢轨波磨波深为0.05~0.08 mm, 根据轮轨垂向力限值标准, 35 mm波长钢轨波磨波深为0.03~0.06 mm, 建议30~40 mm短波钢轨波磨波深达到0.05 mm时进行打磨处理。     

过度磨耗钢轨的打磨廓形设计方法

针对过度磨耗钢轨的打磨，提出一种以圆弧切点为关键参数的钢轨廓形设计方法；以轮轨接触位置为优化区域，以钢轨磨耗和打磨材料去除量作为优化目标函数，以廓形边界范围、凹凸性、脱轨系数和轮轨横向力为约束条件，建立磨耗钢轨打磨设计廓形多目标函数；集成多元模拟退火寻优算法进行求解；为了得到能代表重载线路曲线区段的钢轨廓形，作为优化的输入数据，采用最小二乘距离算法、算术平均算法、加权平均算法和散点重构算法得出4种钢轨代表廓形；使用Pearson相关系数、Kendall秩相关系数和Spearman秩相关系数计算出4种算法的钢轨代表廓形与实测廓形接触点概率分布曲线的相关性，取相关性最高的代表廓形为等效重载线路曲线区段的实际廓形；对某重载线路过度磨耗钢轨的经济性打磨廓形以及采用圆弧型廓形设计方法的优化廓形进行分析。分析结果表明:优化廓形与现场打磨廓形相较，截面廓形磨削量减少69.56 mm2，下降64.98%，脱轨系数小幅增大，轮轨横向力基本不变，轮对横移变化较小，曲线通过性能相近，80万次通过量下的磨耗面积增加2.19 mm2，钢轨的磨耗速率略微增大，整体仍延长了钢轨寿命。      

三维弹塑性轮轨滑动接触热机耦合分析

为提高轮轨滑动接触热响应分析的准确性,基于Johnson-Cook材料模型,充分考虑含摩擦因数在内多种材料属性的温度相关性、3种热传递方式和轮轨实际廓形,建立了全比例三维弹塑性轮轨滑动接触有限元模型,采用完全耦合法对滑动接触状态下的轮轨进行热机耦合分析;研究了车轮以1 m·s-1速度沿钢轨滑行0.1 s时的轮轨温度场和应力场分布特性,分析了轴重、相对滑动速度对轮轨接触区温度场的影响,得到了热影响层深度、热影响层宽度、轮轨表层温度随轴重、相对滑动速度的变化关系。分析结果表明:轮轨最大等效应力发生在次表层接触斑中心处,车轮表层最高温度发生在接触斑后半部分中心处,车轮表层最高温度为848 ℃,钢轨表层最高温度为768 ℃,钢轨表层最高温度低于车轮表层最高温度;轮轨热影响层很薄,车轮热影响层深度约为4.22 mm,钢轨热影响层深度约为3 mm;轮轨热影响层深度随轴重增大无明显变化,而宽度随轴重的增大而增大,轮轨热影响层深度随相对滑动速度的增大而减小,而宽度随相对滑动速度增大无明显变化,轮轨表层温度随轴重和相对滑动速度的增大而增大,且相对滑动速度对轮轨热响应影响更大。全比例三维弹塑性轮轨滑动接触有限元模型及热机完全耦合法能够更加准确地预测轮轨滑动接触热响应,对合理开展轮轨热损伤和热疲劳研究具有重要意义。      

基于轮轨接触参数的固定辙叉设计方法

为了更好地设计固定辙叉结构,改进轮对与辙叉间的相互作用关系,提出了以接触参数为基础的设计方法,并对60 kg/m钢轨12号固定辙叉心轨及翼轨顶面的各部位尺寸进行优化.结果表明:将此固定辙叉心轨顶宽20 mm处降低值增大至4 mm,取消翼轨顶面1∶20横坡,并将翼轨顶面抬高范围改为从辙叉咽喉至心轨顶宽50 mm处,可较好的改善其轮轨关系,验证了本文设计方法的可行性和有效性.     

基于冲击响应谱的高速火箭橇滑轨路谱分析

为了评估高速火箭橇滑轨的平顺性,提出了一种基于轨道动态响应测量进行动态路谱分析的方法.该方法视火箭橇试验系统为橇轨耦合系统,以滑轨的动态响应作为火箭橇的基础激励条件,通过分析冲击响应谱获得滑轨的路谱特性.试验时选取火箭橇经过滑轨上该点时的加速度响应作为火箭橇的基础激励,得到火箭橇基础激励的加速度响应谱,再将加速度响应谱变换为位移响应谱,最后利用该点的火箭橇通过速度将位移响应谱变换为空间谱,即动态路谱.将该动态路谱作为高速火箭橇滑轨的输入进行实测分析,结果表明:谱密度值为10~10-4 mm2m,不平顺周期集中在0.01~2.50 m-1,采用动态路谱分析方法得到的滑轨不平顺特性与霍洛曼滑轨特性基本一致,可以作为高速火箭橇的随机激励条件.      

高速铁路辙叉区钢轨打磨廓形设计方法

以心轨顶宽20、35、50 mm处的辙叉区钢轨关键截面作为研究对象,基于NURBS曲线理论建立辙叉区钢轨廓形重构方法;以关键截面钢轨廓形上若干型值点为设计变量,以打磨材料去除量的减少和脱轨系数的降低为目标,以钢轨廓形几何特征和降低钢轨滚动接触疲劳为约束条件,设计出18号道岔辙叉区钢轨经济性打磨廓形;建立了轮轨接触有限元模型和车辆-轨道耦合动力学模型,进行了轮轨接触应力与动力学指标计算。分析结果表明：优化的打磨廓形接触点分布均匀,具有良好的轮轨接触几何特性;钢轨打磨材料去除量在2号截面处降低了17.2%;各截面Mises应力分别降低了8.7%、8.3%和11.5%,轮轨接触应力降幅分别为12.9%、15.8%和18.0%;列车逆侧向过岔时,轮轨横向力与车体横向振动加速度分别降低了10.3%和15.6%,脱轨系数与轮重减载率分别降低了8.1%和10.6%,疲劳因子降低了12.2%。可见,优化廓形在保证列车运行安全性的同时,提升了列车运行的平稳性以及辙叉区钢轨的使用寿命。     

基于非线性超声的CL60车轮和U75V钢轨磨损检测方法

针对早期轮轨滚动磨损变化过程难以通过无损手段进行表征的问题,提出了非线性超声技术对不同磨损程度的CL60车轮与U75V钢轨试样进行检测评估;建立了基于轮轨试样表面磨损特征的Murnaghan模型,并利用非线性超声有限元仿真,通过塑性变形层厚度变化情况模拟不同程度的摩擦损伤,分析了其相对非线性系数变化规律及其产生原因。试验结果表明：轮轨的早期磨损会导致材料表面产生塑性变形层,随着塑性变形的加剧,材料损伤将以微裂纹为主,车轮角加速度越大,轮轨间相对滑动作用时间越短,塑性变形层越薄,且CL60车轮较U75V钢轨磨损程度更为严重;CL60车轮试样在车轮角加速度分别为10、250、1 500 r·min^-2时,对应的相对非线性系数分别为12.19、8.43、5.68,U75V钢轨试样在车轮角加速度分别为10、250、1 500 r·min^-2时,对应的相对非线性系数分别为7.57、6.09、5.04,与CL60车轮试样相比,U75V钢轨试样的相对非线性系数变化缓慢。可知,相对非线性系数与塑性变形层厚度呈正相关,微裂纹产生的非线性效应比塑性变形层更强,相对非线性系数增幅更大,因此,可通过材料的相对非线性系数变化判断材料的磨损阶段。     

高速列车动力学性能研究进展

为更深入全面了解高速列车系统动力学研究现状,综述了高速列车动力学性能对车辆运行稳定性、安全性和平稳性的影响,总结了列车安全评价方法和动力学试验方法在车辆动力学中的应用,基于轮轨间作用力,分析了轮轨磨耗对列车动力学性能的影响,概括了车-桥耦合模型、弓网系统以及列车空气动力模型在车辆系统动力学中的研究内容。分析结果表明：车轮异常磨耗会导致舒适性下降,合理的车轮镟修能有效降低车轮非圆化和车辆系统关键部件的振动,降低车内振动噪声,增加列车运行稳定性、安全性和平稳性;合适的轮对定位刚度和抗蛇行减振器的刚度和阻尼有利于提高列车蛇行运动稳定性和转向架运动临界速度;钢轨波磨严重时会导致钢轨扣件松动,缩短车辆构架和钢轨的使用寿命;通过合理的钢轨廓型打磨可消除曲线波磨,改善轮轨关系;行波效应对车辆安全性影响很大,与相同激励下的各项参数相比,车速为350 km·h^-1、行波速度为300 m·s^-1时的脱轨系数、轮重减载率和轮轨横向力都有所降低;横风作用下受电弓气动抬升力增大,影响接触网安全,增大弓头阻尼和弓头刚度可改善弓网受流特性。     

基于电机动力吸振的高速列车蛇行运动控制

复兴号CR400BF高速动车组动力转向架的牵引电机采用特有的四点弹性架悬方式, 在电机和构架之间安装有横向液压减振器和横向止挡, 首次采用牵引电机作为动力吸振器来控制转向架蛇行运动稳定性和蛇行频率, 从而避免引起车体弹性模态共振; 考虑悬挂参数和轮轨接触非线性, 建立了复兴号动车组非线性多刚体动力学仿真模型, 通过悬挂模态计算和动力学时域仿真, 分析了关键参数对动车蛇行运动的影响规律; 基于将电机作为动力吸振器的原理, 优化了电机节点横向刚度和横向减振器阻尼; 考虑动车组运营中的轮轨匹配随机因素, 组合400种轮轨随机匹配状态, 仿真分析了动车的动力学性能; 开展动车组长期线路动力学跟踪试验, 研究了动力转向架蛇行运动演变规律。仿真与试验结果表明: 牵引电机弹性架悬下的构架横向加速度频谱图从以蛇行频率为主频的单峰值变化为主频在蛇行频率两侧的双峰值, 说明电机起到了动力吸振器的作用; 将电机作为动力吸振器能够提高动车蛇行运动稳定性, 具有不同等效锥度的典型轮轨匹配下非线性临界速度超过500 km·h^-1; 动车蛇行运动最高频率被控制在6 Hz附近, 远离车体中部菱形弹性模态频率8.5 Hz, 避免了转向架蛇行运动激起车体弹性共振; 动车组在轨道随机不平顺激扰下, 构架端部横向加速度小于0.5g, 平稳性指标小于2.5, 轮轴横向力和脱轨系数等运行安全性指标满足要求。