基于变速及曲线车轨耦合频域解析模型的地铁减振轨道动力特性研究.pdf

第34卷,第6期
中国铁道科学
Vol 34 No 6
2013年11月
CHINA RAILWAY SCIENCE
November, 2013
文章编号:1001-4632(2013)06-0131-03
博士学位论文摘要
基于变速及曲线车轨耦合频域解析模型的
地铁减振轨道动力特性研究
李克飞2,刘维宁(博导)
(1.北京交通大学土木建筑工程学院,北京10004;:2.北京市轨道交通建设管理有限公司,北京100037
关键词:地铁;减振轨道;动力特性;车轨耦合模型;频域;变速:曲线
中图分类号:U231.2:U213.212文献标识码:A
doi:10.3969/j.issn.1001-4632.2013,06.22
地铁振动是个复杂的系统问题,涉及列车类减振器扣件以及 Vanguard先锋扣件的工作频率均
型、轨道结构、线路状况和行车速度等诸多因素。在30Hz附近,较普通扣件有10~20dB(加速度
在轨道结构周期性频域解析模型的基础上,结合地级)的减振效果;梯形轨道工作频率在40Hz附
铁现场锤击试验和振源测试,建立变速及曲线车轨近,较普通扣件有10~15dB(加速度级)的减振
耦合频域解析模型,研究地铁减振轨道的动力特效果,较Ⅳ型轨道减振器扣件在300Hz以上有减
性,主要研究内容和结论如下
振效果;钢弹簧浮置板轨道工作频率在10Hz附
(1)在轨道结构周期性频域解析模型的基础近,较普通扣件有10~25dB(加速度级)的减振
结合地铁现场锤击试验,计算轨道结构在单位效果,较Ⅲ型轨道减振器扣件在20~50和80
脉冲荷载下的频响函数,分析轨道结构的动力响应200Hz频段有15~25dB(加速度级)的减振效
主频;通过改变轨道结构参数,研究轨道扣件刚果,但在低频段(<10Hz)减振效果不如Ⅲ型轨
度、阻尼和轨道支撑间距等对减振轨道动力特性的道减振器扣件及 Vanguard先锋扣件。
影响。研究结果表明:轨下支撑刚度对钢轨共振频
(3)首次在频域内求解了变速移动荷载作用下
率影响较大,枕下支撑刚度对轨道系统共振频率影轨道动力响应的解析解,以及移动荷载作用下曲线
响较大,而轨下支撑阻尼和枕下支撑阻尼仅能改变轨道动力响应的解析解。进而加入整车模型,得到
各共振频率点的响应幅值,不能改变其位置;轨枕变速及曲线车轨耦合频域解析模型。该模型考虑了
支撑间距仅对 pinned-pinned共振频率影响较大,离散支撑轨道结构、轨道不平顺和轮轨接触等因
时其他共振频率影响较小。
素。模型求解过程在波数一频率域内完成,可以较
(2)结合地铁现场振源测试,对不同类型减振好地分析轮轨间的相互作用。通过计算结果及其与
轨道振源的差别和特点进行对比分析,研究不同类实测结果对比,验证和完善了该解析模型
型减振轨道的减振效果。结果表明:采用Ⅲ型和N
(4)利用变速及曲线车轨耦合域解析模型,
型减振器扣件的轨道,钢轨振动在300~400Hz有对影响减振轨道动力特性的扣件刚度、列车加速
明显的能量集中,能量约为其他类型轨道的10倍;度、列车初速度和曲线半径等参数进行分析。结果
结合车辆轮对动力特性分析,证明采用Ⅲ型和Ⅳ型表明:在变速移动列车荷载作用下,随着扣件刚度
减振器扣件的轨道与车辆轮对在300~400Hz时发的逐渐增大,钢轨振动加速度逐渐减小,说明降低
生共振,致使轮轨接触不良,接触应力超过钢轨表扣件刚度在衰减轨道与基础间振动传递的同时,增
面屈服极限,从而产生钢轨波磨;Ⅲ型和Ⅳ型轨道大了轮轨间的相互作用力,加剧了钢轨振动,从而
收稿日期:2013-01-20;修改日期:2013-02-26
基金项日:国家自然科学基金资助项目(51008017);北京市博士后工作经费和北京交通大学优秀博士生创新基金资助项目
(2011YJS261)
作者简介:李克飞(1986-),男,江苏徐州人,博土后。
中国铁道科学
第34卷
部分揭示了轨道采用减振器扣件后钢轨波磨频发的易产生轮轨共振,部分揭示了曲线轨道钢轨波磨频
原因;随着列车加速度的增大,钢轨振动加速度响发的原因;随着减振器扣件刚度的增大,钢轨振动
应略有增大,频谱值略有增大,频谱分布基本不响应逐渐减小,再次证明降低减振器扣件刚度可以
变;随着列车初速度的増大,钢轨振动加速度响应増大轮轨间的相互作用力;随着列车速度的增大,
增大明显,频谱峰值点保持不变,但频谱中出现与曲线轨道的钢轨振动响应增大明显,列车速度变化
列车初速度相关的周期性极值频率点;在移动列车对钢轨在150~250Hz附近的振动影响较大;随着
荷载作用下,曲线轨道的钢轨振动响应大于直线轨曲线半径的减小,曲线轨道的钢轨振动响应略有增
道,且曲线轨道的钢轨振动响应频谱更为丰富,说大,曲线半径变化对钢轨在50Hz附近的振动影响
明列车在曲线轨道上运行时,相对于直线轨道较容较大。
Study on the Dynamic Characteristics of Metro Vibration Mitigation
Track Based on Frequency-domain Analytical Model of Coupled
Vehicle Track in Variable-speed and Curved Sections
(Abstract of the Ph. D. Dissertation)
LI Kefei],2, LIU Weining ( Doctor Supervisor)
(1. School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China;
2. Beiing MTR Construction Administration Corporation, Beijing 100037, China
he metro-induced vibration can be seen as an indicate that: the rail support stiffness has great
integrated system, involving train, track struc-influence on the resonant frequency of the rail; the
ture, track routes and vehicle speeds etc. Based on resonant frequency of the whole track system high
the frequency-domain periodic analytical model of ly depends on the sleeper support stiffness; the
the track structure, the dynamic characteristics of damping of the rail support and sleeper support on
the vibration mitigation tracks are studied, combi-
ly has something with the response amplitude o
ning with in situ hammer excitation tests and vi-the resonant frequencies. Besides, the p