宽频式钢轨动力吸振器对波磨的影响分析

为了解决某地铁钢弹簧浮置板轨道曲线段钢轨波磨问题,首先对钢轨波磨进行了现场测试,其次依据波磨特征进行宽频式钢轨动力吸振器(wide-frequency tuned mass damper,WTMD)的精准调频和研制。然后将WTMD的质量、刚度和阻尼等参数输入到建立的车辆-WTMD-钢弹簧浮置板耦合动力学模型。模型中浮置板和基础考虑为柔性体,轮轨接触采用多点非赫兹接触的Kik-Piotrowski模型求解。以美国5级谱叠加现场实测的波磨不平顺谱作为激励,运用有限元软件ANSYS和多体动力学仿真软件UM进行联合耦合动力学分析,逐次迭代优化WTMD参数。同时,将有无WTMD的仿真分析得到的钢轨振动加速度和现场实测数据进行对比,研究了WTMD对钢轨振动的影响。最后进行了有无WTMD的钢轨振动总振级、钢轨振动衰减率和3次波磨跟踪测试,研究了WTMD对钢轨振动、钢轨振动衰减率和波磨发展的影响。研究表明:设计的WTMD前3阶振动主频分别为518、700、759 Hz,与车辆通过波磨频率(520~830 Hz)一致;仿真和实测的钢轨振动加速度数据吻合较好,安装WTMD后钢轨振动加速度均方根值由200 g降低为20 g,减振效果为8.1 dB;WTMD可以提高钢轨的垂向和横向振动衰减率,抑制钢轨的垂向和横向pinned-pinned共振;3次波磨跟踪测试发现,WTMD安装后,钢轨波磨发展缓慢,无肉眼可见的波磨。通过以上的仿真和试验都验证了WTMD可以有效地抑制钢轨波磨。

启动冲击下的轨道运输车动力学分析及调谐质量阻尼器减振设计

电气设备的吊装、运输环节通常是检修维护过程中最容易忽视的薄弱环节,极易为设备检修引入附加安全隐患。本文针对变压器运输过程中不同启动速度曲线下的冲击响应特性开展研究,建立了变压器-运输车耦合实体模型,分别利用ANSYS和Adams得出了不同启动速度曲线下变压器的动态应力分布图和铁芯摆动位移曲线,提出了一种基于调谐质量阻尼器(TMD)的振动抑制方法。通过仿真分析得出,以不同时间常数的阶跃响应信号作为速度曲线启动时,变压器的动态应力分布差别较大。变压器受力薄弱环节主要集中在油枕悬臂段、铁芯连接位置、变压器与运输车固定筋板等位置。TMD能够为主结构提供一个方向相反的惯性力,从而从系统动力学的角度实现振动抑制。

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。

北京地铁采用调频式钢轨减振器抑制钢轨振动的试验研究

北京地铁剪切型减振器扣件区段大量出现钢轨波磨现象,经调查和测试分析发现：剪切型减振器扣件轨道系统在200~400Hz频段内的轮轨共振效应是引发钢轨波磨的主要原因,而剪切型减振器扣件轨道系统在此频段内阻尼过小,无法有效抑制钢轨振动。在轨腰处安装一种调频式钢轨减振器来抑制钢轨振动,进而抑制波磨发展,并在北京地铁亦庄线进行了现场试验,主要测试指标为调频式钢轨减振器安装前后钢轨振动衰减率和钢轨振动加速度。试验结果表明：安装调频式钢轨减振器,大大提高了剪切型减振器扣件轨道系统在200~400 Hz频段内的钢轨振动衰减率,有效地抑制了此频段内钢轨的振动。

北京地铁采用调频式钢轨减振器治理钢轨波磨的试验研究

北京地铁近年来投入运营的几条线路中,剪切型减振器扣件区段大量出现钢轨波磨现象,调研测试表明:在地铁列车运行过程中,剪切型减振器扣件轨道系统在150400Hz频段内存在共振效应,且此频段内轨道阻尼过小,无法有效抑制钢轨的振动.采取在轨腰处安装一种调频式钢轨减振器来增加轨道系统阻尼,抑制列车运行过程中钢轨的振动,并在北京地铁线上进行了现场试验,对调频式钢轨减振器安装段和对比段的钢轨粗糙度进行了16个月的跟踪测试.结果表明:安装调频式钢轨减振器可有效减缓钢轨波磨的发展,延长钢轨的打磨周期.

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。

调谐质量吸振器钢轨减振降噪技术应用

城市轨道交通减振降噪问题越来越受到关注,总结了国内外典型的调谐质量阻尼(TMD)钢轨结构形式,分析钢轨减振降噪的基本原理.通过建立普通钢轨和减振器钢轨有限元模型,分析钢轨模态,评价普通钢轨结构系统的动态特性;通过建立动力学仿真模型,分析了浙江某股份有限公司的吸振器钢轨的减振性能,仿真结果表明其减振效果十分明显.

道床板隔振系统参数优化及其减振性能研究

针对地铁道床板隔振系统的振动特性和动力响应进行了分析研究,并通过对道床板隔振系统的动态参数进行优化设计,提出了较为完善的技术参数。优化分析结果表明:在选取的参数范围内,其隔振系统的第一阶固有频率都在10 Hz以上,可避开车轮和车轴经过轨道扣件的频率段。如道床垫刚度取0.018 N/mm3,道床板厚度取200 mm,扣件竖向刚度取4.0 k N/mm,则隔振系统的前三阶模态频率分别为14.38Hz、14.57 Hz和16.62 Hz,均在14~17 Hz之间;而在30~35 Hz之间无振型,可有效避开转向架经过轨道扣件的频率。

高弹扣件轨道车轮间振动波的反射对钢轨短波长波磨的影响

地铁线路使用高弹扣件的直、曲线段均出现严重的短波长钢轨波磨(25 mm^30 mm)。针对该问题,在时域建立多车轮板式轨道系统模型研究了车轮间钢轨振动波反射而引起的垂向动态轮轨作用力。轮轨之间非线性的滚动接触等效为二维接触模型,其中纵向滑移区内的磨损与切应力引起的摩擦功成比例。综合瞬时轮轨动力学、接触力学和轮轨的长期磨损,对单、多轮轨作用下高弹扣件地铁线路以及普通扣件线路中钢轨波磨的进化过程分别进行仿真,通过对比结果表明使用高弹扣件地铁线路钢轨短波长波磨异常增长主要原因是钢轨振动波在临近车轮间的反射使得垂向动态接触力剧烈波动而加速轮轨间的不均匀磨损。最后,调频钢轨吸振器(TRD)引入系统模型并分析了其对这类短波长波磨的抑制作用,仿真结果表明TRD可以有效缓解车轮间的振动波反射以及相关的短波长波磨的异常增长。

谐振式浮轨扣件性能仿真分析及结构改进

以某地铁公司现用的谐振式浮轨扣件为研究对象,介绍谐振式浮轨扣件的结构及其谐振系统的设计原理,建立谐振式浮轨扣件的仿真分析模型,得到谐振式浮轨扣件系统垂向刚度及扭转刚度分别为5.49 kN/mm、0.102 MN∙m/rad。结合谐振式浮轨扣件的性能特点以及在实际使用中的谐振效果,通过锤击频响试验与仿真,得到3个谐振质量块同时作用的谐振频率分别342 Hz、598 Hz、779 Hz,并与DTVI2扣件的试验测得数据对比,发现在这些频率段下谐振式浮轨扣件的钢轨垂向振动明显减弱。最后针对谐振式浮轨扣件实际应用中轨脚容易扭转摆动的问题,在现有结构的基础上在轨脚增加限位块,保证钢轨轨脚的刚度,降低因车轮与钢轨发生侧向滑移磨损加剧轮轨振动从而诱发波磨的可能。

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。

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。

谐振式浮轨扣件结构及钢轨减振降噪效果试验分析

介绍一种用于地铁交通的谐振式浮轨扣件的结构、特点及其谐振系统。该扣件利用动力吸振原理,针对地铁钢轨2 000 Hz频率范围设计了内含谐振质量块的橡胶支撑楔块,以吸收钢轨的振动能量,可在一定程度上抑制因低刚度隔振扣件对钢轨振动的影响,降低钢轨的振动和噪声辐射。在成都地铁一号线上进行的实测,其结果表明谐振式浮轨扣件相对于DVT I2扣件钢轨的垂向振动减少了1.5 dB,横向振动减少了0.8 dB,减小了低刚度隔振扣件对钢轨振动增加的影响。

应用于城市轨道交通高架箱梁桥减振降噪的调液阻尼器控制仿真

为研究调液阻尼器（TLD）在城市轨道交通高架箱梁桥减振降噪上的可行性，利用Matlab编制了随机轮轨力载荷谱。借助ANSYS和Virtual．lab软件的FEM／BEM联合仿真功能，对铺设有板式无砟轨道的简支箱梁桥在安装TLD前后的振动及噪声辐射特性进行了模拟分析。结果表明：TLD可以有效减小轨道交通高架箱梁桥的振动和整体噪声辐射，相同水量条件下，浅水TLD的减振降噪作用更好。安装TLD后，轨道中心线处桥面板的竖向位移和加速度幅值减小5％～15％，箱梁腹板的横向位移和加速度峰值可减小20％～40％，腹板附近噪声均值减小5dB。

弹性扣件轨道减振改造措施的动力性能分析

通过采用不同刚度的扣件以及建立基于钢轨调谐质量系统的弹性扣件轨道模型,在钢轨上"线"式和"面"式铺设调谐质量块,并进行动力性能的分析,结果表明:在扣件刚度一定时,弹性扣件轨道结构从"线"式到"面"式,钢轨位移和扣件支反力会逐渐减小。

谐振式浮轨扣件的安装工艺

谐振式浮轨扣件是一种高性能的轨道减振降噪扣件,有利于解决城市轨道交通轨道所产生的振动与噪声问题。这种扣件安装质量的好坏会直接影响到其减振降噪性能的发挥。介绍了谐振式浮轨扣件特点及在地铁线路中的施工工艺,同时对现场实际遇到问题的解决方法及列车正常运行时该扣件相关的维护工作也作了相应的介绍。

谐振式浮轨扣件减振性能测试研究

为测试谐振式浮轨扣件振动特性和钢轨表面波磨,对南京地铁谐振式浮轨扣件进行锤击和波磨测试,同时对比测试Ⅰ型扣件、DTVⅠ2扣件和DTVⅡ2扣件3种典型常用扣件。测试结果表明,谐振式浮轨扣件固有频率、刚度和钢轨表面粗糙度最低,振动传播衰减率最好,谐振式浮轨扣件同时具有较好的减振和抑制钢轨波磨能力。

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。