Analysis of vibration reduction characteristics and applicability of steel-spring floating-slab track

A coupled dynamics computation model for metro vehicles, along with a steel-spring floating-slab track, is developed based on the theory of vehicle-track coupled dynamics. Using the developed model, the influences of the thickness, length and mass of floating-slab, spring rate and its arrangement space, running speed, etc. on the time and frequency domain characteristics of steel-spring fulcrum force are analyzed. The applicability of steel-spring floatingslab track is discussed through two integrated example cases of metro and buildings possessing distinct natural vibra- tion characteristics. It is concluded that, it is quite significant, in the optimization modular design of the parameters of steel-spring floating-slab track, to take the matching relationship of both the amplitude-frequency characteristics of steel-spring fulcrum force and natural vibration characteristics of integrated structures into comprehensive consideration. In this way the expensive steel-spring floating-slab track can be economically and efficiently utilized according to the site condition, and at the same time, the economic losses and bad social impact resulted from the resonance during usage of steel-spring floating-slab track can be avoided.

抗震钢支座中新型钢板簧的优化

钢弹体抗震钢支座是一种新型抗震支座,其通过在传统球型钢支座外侧增设的新型钢板簧为支座提供必要的地震恢复力以及地震耗能,在小震下保证了支座在震后的基本复位;强震作用下吸收地震能量,并可实现支座在震后的部分复位,满足基本的通车要求。首先,对该新型钢板簧进行了力学性能试验,建立了有限元模型,并利用试验结果验证了支座有限元模型的有效性。其次,对单个钢板簧和钢支座整体结构进行了动力特性分析,研究了新型钢板簧对抗震耗能的贡献;同时,对新型钢板簧结构进行了参数分析,找出各参数的影响规律。最后,对新型钢板簧的刚度和尺寸参数进行了多参数拟合,得到拟合函数,完成了新型钢板簧尺寸的结构优化,达到了节省材料、缩小结构空间的目的。

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。

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。

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。

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。

大跨度钢桁架隔震结构隔震性能及影响规律分析

由于大跨空间结构竖向振动问题突出,水平隔震支座难以有效控制结构的竖向地震响应。将摩擦摆水平隔震支座和空气弹簧-摩擦摆三维隔震支座应用于大跨度钢桁架中,分析钢桁架水平隔震结构和三维隔震结构的隔震控制效果。结果表明,水平隔震和三维隔震均延长了结构自振周期,隔震后一阶振型为上部桁架结构沿水平方向的整体平动。时程分析显示,在普通地震动、近断层脉冲型地震动和远场长周期地震动作用下,水平隔震支座对桁架水平和竖向节点峰值加速度的平均隔震率分别为43.4%和9.2%,三维隔震支座对桁架水平和竖向节点峰值加速度的平均隔震率分别为43.8%和24.4%,水平隔震支座和三维隔震支座对桁架峰值等效应力的平均隔震率分别为4.2%和17.7%。水平隔震支座和三维隔震支座对桁架水平地震响应控制效果基本相同,三维隔震支座对结构的竖向地震响应控制效果更好。

改善弹簧钢小方坯中心偏析及线材性能工艺优化

针对某钢厂生产的55SiCr弹簧钢,用户加工后的油淬火钢丝断面收缩率在40%以下,影响后续卷簧过程和弹簧的使用寿命,通过低倍酸洗试验,拉伸试验,油淬火调质处理,钻屑试验等方法对铸坯和线材进行评价检测,发现铸坯中心偏析是导致拉拔性能差的主要原因,通过开展连铸工艺优化试验,研究结果表明:高过热度控制对铸坯偏析及线材拉拔性能有显著影响,过热度为35℃相较于过热度18℃,断面收缩率和伸长率分别提高2%和0.8%;结晶器电磁搅拌电流从150 A增加到320 A,中心等轴晶率由8%~8.5%增加到10.5%,但是中心碳平均偏析指数也随之增加;相同结晶器电磁搅拌工艺时,降低凝固末端电磁搅拌强度有利于改善中心偏析;铸坯中心碳平均偏析指数由1.10降低到1.02时,油淬火调质态线材断面收缩率由39%增加到47%。

碟簧-钢绞线自复位防屈曲支撑力学性能分析与数值模拟

介绍了碟簧-钢绞线自复位防屈曲支撑及其受力特性,通过有限元软件Abaqus建立数值模型,研究支撑滞回性能、自复位特性以及耗能能力。研究结果表明:碟簧-钢绞线自复位防屈曲支撑具有较好的滞回性能、耗能能力及自复位特性,该支撑的自复位性能随着复位比及刚度比的增加而提高,耗能能力随复位比及刚度比的增加而减少。

叠层橡胶-可滑动钢弹簧振震双控装置隔震(振)效果研究

为解决传统水平隔震支座难以实现竖向减振的难题,研发叠层橡胶-可滑动钢弹簧振震双控装置,提出新型振震双控装置的设计原理及装配方法,结合振动台试验与有限元分析验证该装置的隔震性能,并通过数值仿真分析讨论其竖向减振效果。结果表明:由钢弹簧、摩擦滑移支座和叠层橡胶组成的新型振震双控装置,具有水平和竖向刚度低,抗倾覆能力强的优点;地震动作用下,水平向加速度峰值降低达80%;地铁竖向振动作用下,减振双控装置上部结构的加速度响应减小90%,分频最大振级减小19.93 dB。

沉淀硬化不锈钢弹簧脆性断裂原因

某沉淀硬化不锈钢弹簧发生脆性断裂。采用宏观观察、氢元素含量测试、金相检验、硬度测试、扫描电镜及能谱分析等方法分析了该弹簧断裂的原因。结果表明:在进行表面钝化处理过程中,弹簧发生了渗氢现象,经除氢处理后弹簧仍含有少量的氢元素,在应力作用下,弹簧萌生了氢致脆性微裂纹,裂纹不断扩展,最终导致弹簧发生过载断裂。

地铁车辆一系钢弹簧断裂研究

针对昆明地铁车辆转向架频发一系钢弹簧断裂问题,对一系钢弹簧断口进行宏观与微观检查,并测量一系钢弹簧硬度,同时开展轮对径跳值测量以及不圆度测试。为进一步发现一系钢弹簧各应力之间关系,在一系钢弹簧上安装振动传感器及应力片,于正线开展振动测试,根据测试数据进行强度校核,结果显示镟修前一系钢弹簧动应力无法满足疲劳强度要求,而镟修后动载荷系数改善明显,一系钢弹簧断裂次数显著下降。基于分析结果,提出严格控制镟修间隔,降低一系钢弹簧动应力水平,延长一系钢弹簧使用寿命。最后,总结地铁车辆偏置式一系钢弹簧断裂的主要原因与改善措施,并建议在设计选型阶段需提高一系钢弹簧疲劳强度与固有振动频率,以减少断裂情况发生。

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。

弹条渗锌涂层耐蚀性研究

[目的]研究弹条渗锌层、渗锌+硅酸盐封闭层及渗锌+油性漆封闭层在中性盐雾和二氧化硫环境下的耐蚀性。[方法]借助磁阻法测厚仪和金相显微镜筛选出不同厚度和形貌的渗锌层,然后分别进行硅酸盐封闭和油性漆封闭处理,采用扫描电镜和能谱仪分别观察封闭层分布情况和分析化学成分,最后进行中性盐雾和二氧化硫试验。[结果]硅酸盐封闭层以渗透于间隙的方式分布于渗锌层表层,较薄;油性漆封闭层以一种较为均匀且连续的方式覆盖于渗锌层表层之上,较厚。经120 h中性盐雾和二氧化硫试验后,渗锌层和渗锌+硅酸盐封闭层都有红锈生成,但后者的红锈程度较低,而渗锌+油性漆封闭层未出现红锈。[结论]渗锌层在增加硅酸盐封闭或油性漆封闭后,耐蚀性得到提升,虽然渗锌+油性漆封闭层的耐蚀效果最优,但应结合工艺、环保、安全、成本、产品使用条件等方面更为合理地选取防腐方式。

某航空密封件波形弹簧模态分析

该项目以0Cr17Ni7Al不锈钢波形弹簧为研究对象,利用CATIA软件进行建模并导入ABAQUS软件中进行有限元分析,获得其0~12阶模态特性。基于实际压缩高度分析受力情况的波形弹簧自振频率,并对2种自由态以及工作状态的弹簧仿真结果进行对比,得到固有频率的数据以及振形图。为不同情况下弹簧种类的选择提供一定参考。

粗规格60Si2Mn弹簧钢丝的预冷淬火

为了降低水淬开裂倾向,采用钢丝感应淬火-回火生产线对ϕ6.8 mm的60Si2Mn弹簧钢丝进行了910℃保温3 s,随后通过控制其线速度冷却至不同温度后水淬和520℃回火。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、万能拉伸试验机和显微硬度计研究了淬火、回火后钢丝的显微组织、硬度和拉伸性能。结果表明:线速度为5 m/min时,钢丝的冷却时间为40.0 s,淬火、回火后其显微组织为珠光体、铁素体和少量回火托氏体;线速度为15~20 m/min时,冷却时间为13.3~10.0 s,淬火、回火后钢丝的显微组织为回火托氏体和少量残留奥氏体;随着线速度的降低,钢丝的冷却时间延长,淬火温度降低,抗拉强度从1 715 MPa降至1 318 MPa,硬度从526~532 HV0.1降至364~425 HV0.1。

2100 MPa级高强度悬架弹簧钢的质量要点

汽车工业是弹簧钢的最大用户,而我国有全球最大的汽车市场。随着国家节能减排、“碳达峰、碳中和”目标的提出,传统燃油车的轻量化是大势所趋,而新能源汽车必将迎来进一步的蓬勃发展。新能源汽车底盘需要具备更大的承载力,而底盘系统轻量化是传统燃油车轻量化的重要组成部分,这两方面均要求悬架弹簧需具备更高强度、更大的承载力。为了满足新能源汽车和汽车轻量化的发展要求,兴澄特钢开发了2100 MPa级高强度弹簧钢。结合实际案例研究,介绍了2100 MPa级高强度悬架弹簧钢的开发过程中非金属夹杂物、脱碳、偏析等关键质量指标对高强度钢的影响,并提出相应的控制措施。