精准调频钢轨阻尼器设计及试验研究

针对钢轨阻尼器仅在较窄的频段范围内降低钢轨振动的特性,首先从理论上推导频率匹配准确性对钢轨阻尼器减振效果的影响,发现钢轨阻尼器的固有频率与钢轨振动频率匹配较好时,能够产生良好的减振效果;随后设计一种可精准调频的新型钢轨阻尼器结构,其固有频率不受夹紧力影响且对制造加工误差不敏感;最后,以5 m长钢轨1阶模态185 Hz为目标频率开展钢轨阻尼器模拟计算及试验研究,通过锤击测试和落锤测试验证该精准调频钢轨阻尼器在目标频率附近具有显著的减振效果。

调频式钢轨阻尼器对剪切型减振器轨道动力特性的影响

为了探讨采用调频式钢轨阻尼器（TRD）整治剪切型减振器轨道结构区间异常钢轨波磨的可行性,在长25 m的轨道试验平台上采用锤击试验测试了安装TRD前后剪切型减振器轨道的结构动力特性。结果表明：安装TRD可以优化150~400 Hz频段内剪切型减振器轨道结构的频响特性与钢轨的竖向振动衰减率。一方面,TRD降低了此频段内的钢轨频响函数峰值,而该频段内的轮轨共振被认为是导致剪切型减振器轨道钢轨波磨产生的主要原因。另一方面,TRD使钢轨竖向振动衰减率提高了4倍~8倍,抑制了竖向振动沿钢轨纵向的传播;不仅如此,安装TRD后,钢轨的水平向振动衰减率大于原剪切型减振器轨道,即提高了轨道系统沿钢轨纵向对钢轨水平向振动的衰减能力,增强了对钢轨横向振动的约束,在一定程度上增加了轨道的横向稳定性。

钢轨阻尼器减振降噪效果试验研究

在钢轨轨腰粘贴钢轨阻尼器能有效降低高频噪声与振动。为探讨钢轨阻尼器的减振降噪效果,在北京南站选取试验段安装阻尼器,对有阻尼器和无阻尼器的钢轨进行了测试分析对比。试验结果表明,在测试条件下,钢轨安装阻尼器后列车行驶噪声的等效声级平均降低了3.6 dBA;钢轨的振动加速度级平均降低了6.7 dB;站台的振动加速度级平均降低了9.3 dB;减振降噪效果明显。

调频式钢轨阻尼器对曲线轨道动力特性影响研究

建立垂向安装有具有两阶自振频率的调频式钢轨阻尼器(Tuned Rail Damper,TRD)的曲线轨道频域解析模型。将此曲线轨道视为离散支承的无限周期结构,引入周期无限结构理论,结合频域模态叠加法,通过求解轨道某“基本元”内一点的动力响应,进而得到安装有TRD的曲线轨道上任意位置处的动力响应。对安装TRD的曲线轨道动力特性进行计算分析可知:TRD能够显著降低曲线轨道在TRD自振频率附近频段内的振动响应并有效抑制曲线轨道的pinned‑pinned共振;安装TRD后,曲线轨道钢轨振动衰减率明显增大;TRD对不同半径曲线轨道的动力响应均具有一定的抑制作用;移动谐振荷载作用下,当荷载激振频率大于轨道自振频率时,安装TRD的曲线轨道时域振动响应被不同程度地抑制,当荷载激振频率与TRD自振频率一致时,轨道的振动响应显著降低。

调频式钢轨阻尼器安装偏差对钢轨振动衰减率的影响

为提高调频式钢轨阻尼器的减振降噪作用,本文基于谱元法建立简化计算模型,推导出钢轨单元的谱传递矩阵,再用BLOCH定理计算出钢轨振动衰减率。通过计算安装调频式钢轨阻尼器前后钢轨的振动衰减率,分析调频式钢轨阻尼器对钢轨振动衰减率的影响,并计算对比调频式钢轨阻尼器安装偏差的影响。结果表明:调频式钢轨阻尼器能大幅度提高自身工作频率附近的振动衰减率,在300,1 700 Hz附近均出现新的带隙,且钢轨一阶Pinned-pinned共振频率附近的带隙被拓宽,相应的衰减率峰值也得到提高;调频式钢轨阻尼器安装偏差会对500 Hz以上高频部分的振动衰减率产生影响,对500 Hz以内的几乎不会产生影响。

北京地铁6号线谐振式钢轨阻尼器试验段噪声、振动试验分析

为解决北京地铁6号线部分区段列车通过时轨道的啸叫噪声,在北京地铁6号线物资学院路站—通州北关站区间上行K33+180~K33+340处安装谐振式钢轨阻尼器,安装前后未对钢轨进行打磨处理。为验证其降噪效果,在阻尼器安装前后分别进行客室噪声、司机室噪声、轨旁噪声、钢轨振动加速度对比测试,其降噪效果达到要求。

钢轨调频阻尼器质量分布与性能研究

为研究减振块中谐振质量分布对钢轨调频阻尼器动力性能的影响,采用数值仿真与平台试验相结合的方法,对比分析不同谐振质量体分布下的钢轨调频阻尼器在典型频率和钢轨振动衰减率方面的差异,并分别选取2个试验段,采用现场测试的方法对钢轨调频阻尼器在减振垫浮置板轨道、减振扣件轨道结构下的钢轨振动以及轨旁噪声控制效果进行分析。研究结果表明:减振块中质量体的分布影响减振块的模态频率、有效频段和分频吸振效能,上层质量体及邻近弹性层厚度确定了垂/横向1阶频率,近轨侧弹性层厚度及总质量确定了吸振能力最高的频率。钢轨调频阻尼器的模态频率与试验平台垂向振动衰减率峰值频率和衰减率增加的显著频段一致性较好,可根据模态频率和参振质量比对减振块质量分布进行优化。经平台试验,前十五阶模态参振质量低与高的两款钢轨调频阻尼器安装后,钢轨振动衰减率最大值由安装前的0.53dB/m分别提升至3.54dB/m和4.07dB/m,钢轨垂向振动衰减率分频最大增加率分别为1143%和2023%。由现场测试结果可知,安装调频钢轨阻尼器可降低减振垫浮置板轨道1~1000 Hz频段钢轨振动加速度总级值5.6 dB,降低波磨主频处分频振级2.2~5.8 dB,并有效降低钢轨表面粗糙度发展速度;安装后可降低高等级减振扣件轨道轨旁噪声6.1 dB(A)。研究成果可为钢轨调频阻尼器的结构设计及优化提供参考。

剪切型减振器下钢轨振动衰减率及阻尼器调谐分析

通过建立基于谱单元法的钢轨元胞模型,并结合Bloch定理,研究了采用剪切型减振器钢轨的垂向振动衰减率.在此基础上,分析了调频式钢轨减振器(TRD)对钢轨垂向振动衰减率的影响.研究结果表明,剪切型减振器自身的振动特性使钢轨垂向振动衰减率在500 Hz附近出现了新的峰值;铁垫板、轨下垫板对钢轨垂向振动衰减率的影响主要体现在500 Hz以上的高频;剪切型减振器对钢轨垂向振动衰减率的影响主要体现在400 Hz以下的中低频;TRD能够大幅度提高其自身工作频率(取决于TRD质量和刚度)附近钢轨的垂向振动衰减率,装有TRD的钢轨在200～400 Hz内的垂向振动衰减率较未安装TRD时普遍提高了5倍以上;增加TRD阻尼能够有效提高钢轨振动衰减率.

剪切型减振器扣件工作性能及改进

剪切型减振器扣件减振性能良好,广泛应用于城市轨道交通线路,但在减振器扣件区段发生较为严重的钢轨异常波磨。在300 Hz频段减振器轨道振动加速度存在较大峰值带,发生轮轨强烈共振;在200~350 Hz频段,减振器扣件轨道系统的阻尼比很小,动刚度在300 Hz存在波谷。同时,振动加速度频域分布、行车速度和波磨特征波长具有高度相关性,所以,在300 Hz频段的轮轨共振是产生异常波磨的主要原因。针对此问题,提出通过安装调频钢轨阻尼器（TRD）的方案改善轨道动力特性,并进行安装前后的实验室动力特性测试。研究结果表明：安装TRD能够改善Ⅲ型减振器轨道的动力特性,调节频率,提高阻尼,降低工作频率,改善轨道的减振性能。本方案可以作为地铁线上整治异常波磨的有效方法。

重庆地铁采用WTMD抑制钢轨波磨及噪声的试验研究

为研究宽频型调谐式钢轨阻尼器(Wide-frequency Tuned Mass Damper,简称WTMD)对抑制波磨和减小车内噪声的效果,基于WTMD设计原理及调频方法,通过前期测试得到钢轨波磨及噪声主频,从而确定WTMD型号,并在重庆地铁1号线双碑至石井坡上行高架桥曲线段进行了安装及现场试验研究,对同一半径(R=545 m)曲线内钢轨安装WTMD区段与未安装WTMD区段进行对比测试,测试结果表明:安装WTMD后可以改善钢轨动力特性,在安装WTMD后车厢内1.5 m处噪声降低7.2 dBA;安装WTMD后钢轨在250~5 000 Hz频带内的阻尼特性得到明显改善,钢轨纵向振动衰减率分别在垂向和横向分别最大提升约28倍(3 150 Hz)和17倍(1 250 Hz);该改造段内钢轨波磨的特征波长为40 mm,433 d跟踪测试结束时未安装WTMD的钢轨表面粗糙度级最大超出TSI 3095:2010限值达28 dB,而安装WTMD段无明显钢轨波磨现象,安装WTMD能够有效抑制钢轨波磨的发展。

北京地铁DTVI2扣件钢轨波磨整治措施的试验研究

DTVI2扣件是目前北京地铁最常用的一种扣件型式,并在长期的使用中保持了良好的稳定性。然而,在新运营线路上采用DTVI2扣件的区段却出现了钢轨波磨问题。针对该问题,提出在钢轨上安装调频式钢轨阻尼器（Tuned tail damper,TRD）的治理措施,并在北京地铁6号线某区段进行了现场试验研究。对DTVI2扣件轨道安装TRD区段与未安装TRD区段进行对比试验,测试了钢轨的频响函数和振动衰减率,并对钢轨走形带粗糙度进行了为期456天的跟踪监测。试验结果表明:安装TRD可以改变钢轨频率响应动力特性,消除竖向209 Hz及横向845 Hz等多处共振峰,竖向与横向一阶pinned-pinned共振响应幅值分别下降23%与25%;安装TRD显著提高了轨道系统2005 000 Hz频段阻尼,钢轨竖向振动衰减率最大提升约16倍（315 Hz）,钢轨横向振动衰减率最大提升约8倍（160 Hz）;DTVI2扣件钢轨波磨典型波长为2580 mm,跟踪监测结束时未安装TRD区段钢轨表面粗糙度级最大超出ISO3095限值达17 d B左右（50 mm）,而安装TRD区段无显著钢轨波磨,安装TRD可以有效抑制DTVI2扣件钢轨波磨的发展。