钢弹簧浮置板轨道垂向动态特性及对轮轨力的影响研究

钢弹簧浮置板(steel spring floating slab, SSFS)作为一种高等减振轨道广泛铺设于我国地铁线路中,在服役过程中,该轨道在部分线路中出现了钢轨波磨问题,而轮轨动态行为对波磨形成具有较大的影响。为研究该轨道垂向动态特性及其对轮轨瞬态力的影响,建立SSFS轨道的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,分析在有、无车辆加载下轨道垂向位移导纳特性,模拟钢轨宽频不平顺激扰下轮轨垂向瞬态接触力的响应。结果表明:(1)无车辆加载作用下,SSFS轨道在100 Hz以下(22 Hz、43 Hz、68 Hz等)振动模态表现为钢轨和浮置板共同垂向弯曲,在100~1 400 Hz中高频段表现为钢轨相对浮置板弯曲;(2)车辆加载后,轨道导纳出现59 Hz的P2共振,及64 Hz和72 Hz的轨道整体弯曲振动峰值;(3)柔性轮轨耦合后轨道导纳受到轮对作用影响在364 Hz、489 Hz、623 Hz处出现新峰值,其中,364 Hz、489 Hz为车轮振动模态引起,623 Hz为双轮对干涉引起的钢轨弯曲模态;(4)车辆瞬态通过含60~220 mm波长钢轨不平顺的轨道时,轮轨瞬态垂向接触力在约70 Hz响应最显著,这是由轨道的整体弯曲振动模态被激发引起,该振动是SSFS轨道出现160~200 mm波长波磨的原因。

钢弹簧浮置板轨道减振性能现场对比测试

为研究随机列车荷载作用下钢弹簧浮置板轨道(steel spring floating slab track,简称SSFST)上线运营后的减振效果,选取某地铁线路同一区间、同一曲线段内的普通无砟轨道及钢弹簧浮置板轨道典型测试断面,在同一天内开展了现场对比测试。研究结果表明:钢弹簧浮置板轨道减振效果的线上评估结果与列车、轨道的实际运营状态直接相关;在不同列车的随机激励作用下,Z振级相对插入损失(ΔVL_(Z,max))相差超过10 dB,且部分测试样本无法满足特殊减振的设计需求;为获得保守的评价结果,应选择轮、轨平顺状态良好的运营区段开展对比测试;通过合理的养护维修,使运营列车及轨道保持良好的运行状态,是减振轨道区段满足振动控制需求的关键。

钢弹簧失能下车辆-浮置板轨道耦合系统动力特性研究

在列车荷载作用下浮置板轨道会发生钢弹簧失能,为研究此问题对车辆-浮置板轨道系统动力特性的影响,基于车辆-轨道动力学理论,建立车辆-浮置板轨道耦合动力学模型,研究不同钢弹簧失能数量、位置、组合形式对车辆-浮置板轨道系统动力响应的影响。结果表明:当钢弹簧失能数量相同时,同一块浮置板的振动响应板中位置大于板端位置;钢弹簧失能1个时,板中位置钢轨、浮置板位移最大值分别比板端位置大0.49 mm和0.22 mm,加速度有效值分别比板端位置大13.34%和21.42%;单侧连续失能钢弹簧数量≥2个时,列车荷载作用下钢轨和浮置板垂向位移最大值均分别超出《浮置板轨道技术规范》规定的限值4 mm和3 mm;车体在频域上的振动响应主要集中在10 Hz内,钢弹簧失能会导致车体振动响应在频域上增大;单侧钢弹簧失能2个比双侧失能2个的钢轨位移最大值、加速度有效值分别增大17.75%、2.22%,比正常状态下钢轨位移、加速度分别增大37.08%,10.84%。钢弹簧失能增加了系统的振动响应,影响减振效果,应注意及时检修。

车辆载荷下钢弹簧浮置板轨道振动特性分析

建立车辆-钢弹簧浮置板轨道垂向耦合振动有限元模型,分析车载作用下的浮置板轨道和车辆垂向振动特性。结果表明,钢轨和车体垂向振动在浮置板1阶弯曲频率(10 Hz)、P2共振频率、部分阶次的轮对弯曲频率及车轮辐板模态频率处存在明显峰值,其中车体振动在车体浮沉频率(1 Hz左右)处也存在明显峰值。扣件刚度和阻尼的影响主要在轮对1阶弯曲频率以内的车辆-轨道系统耦合振动行为,扣件阻尼在高频处对轨道垂向振动也有较大影响。钢弹簧刚度和阻尼主要影响浮置板1阶弯曲频率附近的车辆和轨道响应,对车辆运行平稳性影响显著。车辆悬挂参数及车体和构架质量对轨道振动基本无影响,簧下质量通过P2共振以及系统约束下的轮对1阶弯曲和辐板对称伞形模态影响轨道振动。增大一系悬挂刚度和阻尼以及二系悬挂阻尼会增大中高频的车体垂向振动加速度,二系悬挂刚度主要影响车体浮沉频率附近的车体垂向振动。车体、构架和簧下质量对车体浮沉运动、浮置板1阶弯曲和P2共振处的车体振动加速度峰值有影响。

考虑剪力铰与钢弹簧变刚度下浮置板轨道减振特性研究

针对浮置板轨道中浮置板端部位移偏大的问题,研究剪力铰设置与钢弹簧变刚度两种方式对浮置轨道位移的改善效果。将剪力铰简化为剪切弹簧阻尼单元,根据浮置板挠度分布及钢弹簧间距调整浮置板下钢弹簧刚度,基于振型叠加法和龙格-库塔法数值计算研究不同剪力铰刚度与钢弹簧刚度下浮置板轨道的减振特性。研究表明,设置剪力铰可以有效减少浮置板端部的位移差,但主要对端部3 m左右范围内的浮置板位移改善较为有效,剪力铰刚度并非越大越好,刚度取值应使浮置板和钢轨的位移波动幅度尽可能小。在钢弹簧总刚度不变的前提下,根据浮置板挠度分布调节钢弹簧刚度对浮置板位移和端部位移差的改善效果不大,但可以有效减少钢轨位移及其波动幅度,且长型浮置板轨道下的减振效果更好。适当扩大钢弹簧间距从而增大弹簧刚度可以改善浮置板轨道的位移响应,但间距过大时浮置板位移会出现剧烈波动。研究可为浮置板轨道的减振设计提供一定参考。

随机轮轨动态激励对钢弹簧浮置板轨道减振性能影响分析

为分析随机轮轨不平顺对钢弹簧浮置板轨道减振性能影响,该文采用随机模拟的方法,研究了不同轨道不平顺状态下随机车轮不圆顺在浮置板轨道插入损失评估结果方面的随机特性,以及轨道不平顺发展对插入损失评价结果的影响。研究结果表明:不同轨道不平顺状态下,随机车轮不圆顺作用下隧道壁最大Z振级的插入损失离散超过10 dB,且随着轨道不平顺的发展,插入损失的样本均值和标准差均明显减小;分频插入损失统计结果显示,轨道不平顺的发展对频率低于6.3 Hz的插入损失影响更加显著,对于20 Hz以上频段的统计均值的影响并不明显。

地铁车辆以磨耗车轮通过钢弹簧浮置板轨道时的较好平稳性速度

[目的]为使地铁乘客获得较好的乘车体验,探究轨道线路铺设浮置板时车体平稳性较好的通过速度区间。[方法]利用仿真软件建立了地铁车辆-浮置板轨道-路基的动力学模型,分析了标准车轮及磨耗车轮通过地铁有无钢弹簧浮置板轨道时的车体振动状况。对比了不同速度条件下,增设浮置板前后车体垂向平稳性指标时域及频域的变化;对比了车体在浮置板轨道系统下,车体以磨耗车轮与标准车轮通过时,车体的垂向振动加速度等参数时域及频域的变化规律。[结果及结论]不同速度时,浮置板会使列车的平稳性指标增大,相比无浮置板时平均增长了5.8%;横向平稳性指标在速度低于60 km/h时,其对平稳性指标有减小作用。浮置板系统中,磨耗车轮的存在会加剧车体垂向振动,这种现象在列车高速行驶时表现更突出。地铁车辆通过轨道时的垂向振动加速度频率主要集中在低频区段的0~10 Hz,横向振动加速度频率区段主要集中在0~30 Hz。地铁车辆通过存在浮置板路段且速度在48~60 km/h区间时,磨耗车轮的车体垂向平稳性指标在1.8左右,横向平稳性指标在1.1左右,数值均较低,即车体振动及横向运动较小,平稳性较好。

地铁隧道钢弹簧浮置板轨道减振性能测试与分析

地铁轨道振动对周边环境产生负面影响,为减缓轨道振动影响,某城市地铁建设工程隧道段采用了一种钢弹簧浮置板轨道以削弱其振动影响。为评价其减振效果,在铺设了浮置板轨道段和普通轨道段的隧道测试地铁线车辆在四种工况下引起的隧道壁振动加速度和轨道位移值,论文对浮板轨道及普通轨道在减振特性及减振效果上的差异进行了比较分析。通过实验结果分析得出采用评价模式对城市新建地铁隧道选择轨道形式及减振效果评价具有参考意义。

地铁曲线地段钢弹簧浮置板轨道钢轨波磨成因及控制方法

随着地铁列车行驶速度与行车密度不断提高,越来越多的线路出现了钢轨波磨现象,引起了严重的环境振动噪声问题。为研究曲线地段钢弹簧浮置板轨道钢轨波磨的成因,对某地铁线路钢轨波磨情况以及轨道动力响应进行了现场测试,建立曲线地段轮对-钢弹簧浮置板轨道系统有限元模型,探究轮轨间摩擦系数、扣件刚度以及隔振器垂向刚度对钢轨波磨的抑制作用。结果表明,钢弹簧浮置板曲线地段波磨波长为30~50 mm,列车通过该波磨区间时会引起416~694 Hz的振动;轮轨系统位于曲线地段时的不稳定振动主要发生在内轮与内轨之间,导致内轨产生更为严重的钢轨波磨,412.56 Hz的不稳定振动是引起钢弹簧浮置板地段产生钢轨波磨的重要原因;随着曲线半径减小,钢轨波磨产生的可能性增大,特别是列车通过半径小于600 m的曲线时,轮轨间摩擦自激振动十分容易发生;降低轮轨间摩擦系数、增大扣件刚度与隔振器垂向刚度均可有效降低轮轨系统发生自激振动的趋势,从而抑制钢轨波磨的产生与发展;考虑轨道结构减振的需求以及负阻尼比的增长幅度,应优先选择增大扣件刚度的措施来抑制钢轨波磨的产生与发展。

基于流固耦合的浸水钢弹簧浮置板减振效果分析

为养护维修浸水情况下的浮置板轨道,基于流固耦合理论建立浸水条件下钢弹簧浮置板振动模型,分析浮置板和基础结构间存在积水情况时,车致振动影响下不同浸水深度浮置板轨道的减振效果。结果表明:钢弹簧浮置板的板底积水影响浮置板结构的减振性能;当积水深度小于板侧空间高度的1/2时,隧道壁在其峰值频率63 Hz的振动已经增大5 dB左右;当积水深度达到板侧空间高度全满时,隧道壁加速度级在63 Hz处增大13.4 dB,增加约30.7%;隧道壁在63 Hz和80 Hz的振动级插入损失也分别增大13.36 dB和13.67 dB;浮置板板侧空间有1/2及以上的高度浸水,峰值频率对应的浮置板、隧道壁的垂向振动级较正常情况分别大5d B、10dB以上时,建议及时排水。

市域快线新型钢弹簧浮置板轨道设计与施工

钢弹簧浮置板轨道是城市轨道交通中常用的振动控制措施之一,具有良好的减振性能。针对时速120km/h、大轴重的市域快线工况,本文提出了一种在单块预制浮置板中设置内置式隔振器与端部共享隔振器的组合布置方案,并采用数值模拟方法对该方案下车辆运行的安全性、平稳性以及轨道结构的稳定性和减振效果等动力学指标进行评估,结果表明,本文所提出方案能够满足设计要求。此外,本文简述了新型隔振器组合布置方案的施工步骤及设计施工要点,对类似轨道工程项目具有借鉴意义。

地铁钢轨表面短波不平顺对钢弹簧浮置板道床减振效果的影响测试研究

随着地铁线路运营时间的延长,部分区段钢轨表面出现不均匀磨耗,形成波长迥异的钢轨不平顺。钢弹簧浮置板道床具有良好的减振效果,被应用于各地铁线路。为研究钢轨表面短波不平顺对钢弹簧浮置板道床减振效果的影响,分别在直线段与曲线段选取钢弹簧浮置板道床测试断面和普通整体道床测试断面进行钢轨表面短波不平顺测试及振动测试。结果表明:直线段钢轨表面状态良好及钢轨表面短波不平顺地段钢弹簧浮置板道床的减振效果分别为24.3 dB及24.4 dB,曲线段钢轨表面状态良好及钢轨表面短波不平顺地段钢弹簧浮置板道床的减振效果分别为20.5 dB及20.3 dB,钢轨表面短波不平顺对钢弹簧浮置板道床的减振效果影响较小。

时速120km地铁钢弹簧浮置板轨道曲线段减振效果测试分析

为掌握高速行车条件下钢弹簧浮置板轨道在曲线段的减振效果,开展时速120km地铁曲线段轨道振动现场测试,研究在不同曲线半径条件下普通轨道与钢弹簧浮置板轨道的振动特性,分析钢弹簧浮置板轨道减振效果变化规律。结果表明:与2000m大曲线半径线路相比,地铁列车通过750m小曲线半径线路时,普通轨道的隧道壁垂向振动最大Z振级平均值增大9.1dB,钢弹簧浮置板轨道的隧道壁垂向振动最大Z振级平均值增大11.71dB;在750m小曲线半径线路条件下,钢弹簧浮置板轨道减振效果为5.69dB;在2000m大曲线半径线路条件下,钢弹簧浮置板轨道减振效果为8.30dB;钢弹簧浮置板轨道在大曲线半径线路条件下减振频率范围更宽、减振效果更好。

贵阳市轨道交通2号线二期钢弹簧浮置板道岔施工技术

城市轨道建设的目的是改善一些大城市日常交通拥堵现象。近年来随着轨道交通的大力发展,越来越多的要求也在逐步提高,尤其是城市轨道交通大部分要穿过一些人口聚集区,比如机场、大型商场、医院、商务办公区等,这就对其运营产生的振动噪声提出更高要求,目前,我国针对不同地段减振方式各有不同,如一般减振、中等减振、高等减振、特殊减振方式。钢弹簧浮置板道床是利用内置式阻尼钢弹簧隔振器将道床顶升至一定高度来达到减振效果。

地铁工程中的钢弹簧浮置板整体道床施工工艺

为提高钢弹簧浮置板整体道床施工质量,为乘客提供安全、舒适的出行服务,结合地铁工程实例,着重研究了钢弹簧浮置板整体道床施工工艺,阐述主要施工工序及具体施工方法,总结钢弹簧浮置板整体道床施工注意事项,以供相关技术人参考参考。

钢弹簧浮置板轨道减振效果现场与实验室测评研究

为研究分析钢弹簧浮置板轨道减振特性,现场对比测试隧道壁和基础位置的振动特性和减振效果,通过电磁式激振器施加冲击激励对实验室基础位置插入损失进行测评研究,并结合现场测试规律进一步估算出隧道壁位置减振效果。研究表明:振动从基础传至隧道壁后大幅衰减,普通整体道床轨道最大Z振级衰减11.2 dB,钢弹簧浮置板轨道最大Z振级衰减20.0 dB;测点位置和车次对钢弹簧浮置板轨道减振效果评价具有较大影响;实验室测评钢弹簧浮置板轨道在6.3 Hz~12.5 Hz不具有减振效果,在16 Hz以上频段减振效果较好;基础位置的减振效果为7.5 dB,估算隧道壁位置Z振级插入损失为16 dB左右。

城市地铁轨道工程小曲线钢弹簧浮置板整体道床施工技术

当前,在地铁道床减振工作中,钢弹簧浮置板轨道因具有缓解噪声污染、提高轨道工程运行稳定性等多重优势而被广泛应用。目前,基于钢弹簧浮置的轨道振动控制技术在轨道工程中得到了越来越多的使用。针对这一现状,本文结合重庆地铁18号线路施工,对小曲线钢弹簧浮置板整体道床施工工艺进行了论述,并对其施工注意事项进行了详细说明,目的在于促进我国城市地铁建设事业的发展。

钢弹簧浮置板轨道振动模态影响因素分析

钢弹簧浮置板轨道多用于城市轨道交通建设中,有良好的减振和降噪效果,现分析浮置板轨道不同参数对减振和降噪效果的影响。文章以某轨道交通工程为例,基于ANSYS有限元软件对钢弹簧浮置板轨道进行模态分析,根据实际数据进行建模、网格划分约束边界条件,研究不同参数变化对浮置板轨道固有频率的影响。研究表明,钢弹簧刚度越小,钢弹簧浮置板轨道的固有频率越小,其中钢弹簧刚度影响最明显,尤其是对浮置板轨道第1阶振型的影响尤为明显;浮置板弹性模量越小,钢弹簧浮置板的固有频率越小;浮置板密度越大,钢弹簧浮置板轨道的固有频率越小。

预制钢弹簧浮置板道床顶升精度探析

城市轨道交通线路在经过密集居民区、医院、精密实验室、剧院等特殊路段时,车辆运行发出的振动和噪音会严重影响周边环境和居民生活,因此在轨道工程轨道施工中,常采用钢弹簧浮置板道床,其减振、降噪效果最为显著,而在钢弹簧浮置板道床顶升施工中,浮置板顶升后的精度一直是控制难点。本文以苏州市轨道交通6号线预制钢弹簧浮置板道床为例,探讨了城市轨道交通预制钢弹簧浮置板道床曲线段顶升后的精度,结合实践,分析影响顶升后精度的主要原因,给出解决对策,规避施工难点,有效提高施工精度,总结施工经验并为后续同类型施工提供参考。

钢弹簧浮置板轨道振动特性及钢轨波磨成因分析

为研究小半径曲线(R=300 m)地段钢弹簧浮置板轨道振动特性与钢轨波磨成因的关系,基于现场动静态测试获取钢轨波磨静态特征及轨道各部件振动加速度响应,采用短时傅里叶变换对测试数据进行时频分析。考虑簧下质量建立导向轮对-钢弹簧浮置板轨道频域线性分析模型,计算轨道系统模态和频响函数分析可能导致钢轨波磨产生的原因。研究结果表明:钢轨振动加速度在72,136,203,271,337和393 Hz附近存在共振峰,浮置板和隧道壁振动加速度均在72 Hz附近存在共振峰,其中72 Hz附近振动与160~200 mm波长波磨相关。钢轨波磨激励下的钢弹簧浮置板轨道振动加速度响应与其振动固有特性紧密相关。钢弹簧浮置板轨道对于中频(140~300 Hz范围)的减振效果要好于低频(50~100 Hz范围),因此一旦产生对应频率为69~87 Hz范围的钢轨波磨,将会显著降低钢弹簧浮置板轨道的减振效果。轮轨横向力可以激发钢轨相对于浮置板的高阶横向弯曲振动模态,是导致小半径曲线地段钢弹簧浮置板轨道钢轨波磨产生的重要原因。车辆-轨道系统P2力共振模态及钢轨和浮置板一起相对于底座板的垂向弯曲共振模态可能是导致160~200 mm波长波磨产生的重要原因。钢轨相对于浮置板的横向弯曲共振模态可能是导致30~40 mm和100 mm波长波磨产生的原因。研究成果可为解释小半径曲线段钢弹簧浮置板轨道钢轨波磨成因奠定基础。