道岔区敷设橡胶弹簧浮置板轨道的动力仿真分析

道岔区剧烈的轮轨冲击引起的振动超标问题十分突出。由于良好的弹性和阻尼特性,橡胶弹簧能够有效地起到隔振作用,且与钢弹簧相比造价更低,因此在道岔区敷设橡胶弹簧浮置板轨道为解决振动超标问题提供了有效途径。为探明道岔区敷设橡胶弹簧浮置板轨道的可行性,基于车辆-轨道耦合动力学理论和有限元分析理论,建立车辆-道岔-浮置板刚柔耦合模型和环境振动计算模型。与既有研究相比,不仅分析了地铁列车直/侧逆向通过9号道岔时的安全性指标、平稳性指标和轨道结构形位变化指标,而且计算了在9号道岔区敷设橡胶弹簧浮置板轨道的减振效果。经检算,可得出以下结论:当地铁列车直/侧逆向通过敷设橡胶弹簧浮置板的9号道岔区时,轮轨垂、横向力和脱轨系数的最大值分别为166,30 kN和0.4,均在相关技术标准允许的范围内,能够确保列车的安全运营;列车直/侧逆向通过道岔时的车体垂、横向加速度和Sperling指标计算结果最大值分别为0.14,0.64 m/s^(2)和2.58 m/s^(2),满足列车平稳运行要求,在9号道岔区敷设橡胶弹簧浮置板对列车乘坐的舒适性影响不大;列车直/逆向通过道岔时的钢轨位移最大值为3.78 mm,未超过相关技术标准要求;在9号道岔区敷设橡胶弹簧浮置板减振效果达到18 dB,能够满足高减振需求。以上成果可为在道岔区敷设橡胶弹簧浮置板的相关工程及研究提供理论指导。

考虑高分子材料频变特性的钢轨吸振器设计评价方法

高分子弹性材料是钢轨吸振器的组成之一,其刚度和阻尼参数具有频变特性。为探明该特性对吸振器的减振降噪效果的影响,以某款钢轨吸振器为例,首先对其刚度和阻尼参数进行科学测试和表征,然后基于车辆-轨道耦合动力学理论和边界元理论分别建立车辆-钢轨吸振器-轨道耦合动力学模型和钢轨辐射噪声计算模型,研究吸振器频变效应对抑制目标频率处振动和降低钢轨辐射噪声的影响。最后,基于以上研究,提出在钢轨吸振器参数选取时采用其固有频率处对应的刚度和阻尼参数来近似替代频变参数的方法并验证其准确性。研究结果表明:在宽频激励的作用下,钢轨吸振器的刚度和阻尼参数有明显的频变特性,若在进行吸振器的参数选取时采用低频常量参数,则会高估其在工作频率的减振和降噪效果达4dB以上。分数阶Zener模型的参数K0、K∞、τ变化与钢轨吸振器的减振降噪效果呈正相关,其中,K∞的影响最大,τ次之,K0最弱,而分数阶数γ与钢轨吸振器的减振降噪效果呈负相关。与钢轨吸振器采用低频常量参数的设计方法相比,用吸振器固有频率处的常量刚度和阻尼参数近似替代频变参数的方法,可以兼顾工程上的应用简便和准确度高的特点。以上研究对钢轨吸振器的设计和减振降噪效果评价方法具有一定的指导意义。

DZ Ⅲ型扣件铁垫板上横向力传递规律及影响因素分析

为探明DZ Ⅲ型扣件系统铁垫板以上较为复杂的列车横向荷载的传递规律,通过室内试验测得DZ Ⅲ型扣件系统铁垫板以上部分的横向荷载-位移曲线,研究扣件系统铁垫板以上横向传力规律。建立三维有限元模型,在仿真结果与试验验证的基础上,分析列车横向力在扣件系统铁垫板以上的传递过程,并由此展开各类影响因素对扣件系统铁垫板以上横向传力以及横向刚度影响规律的研究。研究结果表明:DZ Ⅲ型扣件的横向传力过程具有明显的非线性特征,传力曲线本身存在2个明显的拐点(剪切-滑移拐点和滑移-贴靠拐点)。以这2个拐点为界限,可以将横向力传递过程分为垫板剪切、轨底滑移和轨底贴靠3个阶段,轨距块的摩擦力、轨下垫板的摩擦力以及轨距块的支承力分别为3个阶段横向力的主要传递方式。轨距块与轨底间的摩擦因数以及轨下垫板与轨底间的摩擦因数分别是影响2个拐点的关键因素,前者的摩擦因数由0.1提高至0.3,会使剪切-滑移拐点的横向位移增大50%,但不影响拐点处横向刚度的大小。后者的摩擦因数由0.2提高至0.6,会使滑移-贴靠拐点处的横向割线刚度提高75%。垂向荷载的存在有利于提高滑移-贴靠拐点后的横向刚度,且会削弱垫板摩擦因数对横向力传递的影响。