新型鋼彈簧浮置道床減振效果分析

夏 靖，岳渠德

(青島理工大學(xué)，山東 青島 266000)

新型鋼彈簧浮置道床減振效果分析

夏 靖，岳渠德

(青島理工大學(xué)，山東 青島 266000)

為了對新型鋼彈簧浮置道床的減振性能進(jìn)行精確計(jì)算，按照動力學(xué)相關(guān)理論，采用Visual Fortran語言編程，建立軌下連續(xù)彈簧支承的雙層彈性地基梁模型與車輛模型。利用該計(jì)算模型，模擬列車通過時(shí)浮置道床的瞬態(tài)動力響應(yīng)。通過對目前的地鐵列車進(jìn)行計(jì)算分析，評價(jià)新型鋼彈簧浮置道床的減振能力，為新型鋼彈簧浮置道床的設(shè)計(jì)提供借鑒參照。

新型鋼彈簧浮置道床;動力響應(yīng);減振能力

1 結(jié)構(gòu)與計(jì)算模型

1.1 減振器布置

新型浮置道床由浮置軌枕、新型鋼彈簧減振器及鐵軌等構(gòu)成。

1.2 動力學(xué)計(jì)算模型

本文針對新型鋼彈簧浮置道床軌道結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)動力學(xué)相關(guān)理論，采用Visual Fortran語言編程，建立了相應(yīng)的計(jì)算模型，并以附加慣性力的形式將軌道不平順引發(fā)的輪軌作用力引入模型，就整個系統(tǒng)局部參數(shù)探討結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)特性。

浮置道床的上層單元為鐵軌單元，將鐵軌視為有限長的連續(xù)點(diǎn)支承彈性地基梁，采用梁單元進(jìn)行模擬。鐵軌由扣件固定，將扣件簡化為具一定剛度的彈簧。下層是浮置軌枕，將軌枕視為彈簧支承的板，模擬采用板單元。減振器視為具一定剛度的連續(xù)點(diǎn)彈簧。減振器下方基礎(chǔ)視為剛性基礎(chǔ)。

車輛模型方面，依據(jù)輪軌耦合理論，建立垂向耦合動力學(xué)模型，如圖1所示。輪軌間的垂向相互作用采用Hertz非線性彈性接觸模型。

2 計(jì)算參數(shù)

2.1 車輛參數(shù)

因?yàn)锳型車比B型車更大更重，所以本模型中采用地鐵A型車,其主要參數(shù)如表1所示，列車統(tǒng)一采用6節(jié)編組。

表1 地鐵A型車主要的技術(shù)參數(shù)

2.2 軌道與浮置道床的參數(shù)選取

已建設(shè)的地鐵軌道中多采用CHN60鐵軌，U75V。因此，計(jì)算模型中同樣采用CHN60鐵軌，其特性如下。浮置軌枕采用C40混凝土預(yù)制。

(1)鐵軌:長6 m;剪切模量8×1010Pa;彈性模量2.1×1011Pa。

(2)浮置板:長6 m;密度2 500 kg/m3；彈性模量3.25×1010Pa。

(3)減振器:在道床內(nèi)等距布置，間距為0.6 m;剛度為4.5 kN/mm。

(4)工況：最高時(shí)速100 km/h,軸重160 kN。

3 振動響應(yīng)分析

(1)輪軌力

圖1為地鐵車所采用的軌道不平順。圖2為地鐵車所采用的輪軌力時(shí)程圖。

圖1 地鐵軌道不平順

圖2 輪軌垂向力時(shí)程圖

(2)耦合系統(tǒng)的頻率特性

圖3為100 km/h時(shí)速下，車身垂向加速度幅頻圖。從圖3看出，車體振動加速度的主要頻率分布為0～7 Hz。圖4為100 km/h時(shí)速下，構(gòu)架的垂向加速度幅頻圖，從中可得，構(gòu)架垂向加速度主要頻率分布為6～15 Hz。

圖5、圖6分別輪對、輪軌和鐵軌垂向加速度幅頻圖。由圖可知，輪對的振動能量主要分布在25～35 Hz。輪軌垂向加速度受鐵軌高頻振動的影響十分明顯。鐵軌振動能量向上傳遞，對輪對也會產(chǎn)生影響。

圖3 車體垂向加速度幅頻圖

圖4 構(gòu)架垂向加速度幅頻圖

圖7為新型鋼彈簧減振道床的垂向加速度幅頻圖。從圖中可以看出，新型鋼彈簧減振浮置道床的振動頻率分布很廣：25～330 Hz。在車速為100 km/h的工況下，軌枕振動能量主要集中在20～70 Hz， 140～170 Hz和200～220 Hz范圍內(nèi)。

圖5 車輪垂向加速度頻域圖

圖6 軌道垂向加速度幅頻圖

圖7 浮置軌枕加速度幅頻圖

(3)車輛的安全性及穩(wěn)定性

表2為所有工況下，動力學(xué)模型計(jì)算得到的地鐵車輛運(yùn)行時(shí)的安全穩(wěn)定性指標(biāo)。從表中可以看出，A型列車時(shí)速為60～100 km/h時(shí)，輪重減載率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)定限值0.65；車輛的最大動態(tài)輪軌力也遠(yuǎn)小于規(guī)定限值170 kN；車體最大加速度同樣遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)值0.13 g，這說明新型鋼彈簧浮置道床可有力保障車輛運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

表2 A型列車的運(yùn)行指標(biāo)

4 小 結(jié)

依據(jù)車-軌垂向動力學(xué)理論，建立了垂向動力計(jì)算模型。對隨機(jī)不平順激擾下，車-軌耦合系統(tǒng)的振動響應(yīng)特征進(jìn)行研究，并結(jié)合有關(guān)規(guī)范對車輛運(yùn)行時(shí)的安全性和穩(wěn)定性進(jìn)行評價(jià)。

通過對A型地鐵車-軌耦合系統(tǒng)動力分析說明：列車在新型鋼彈簧浮置道床上運(yùn)行時(shí)的安全性和穩(wěn)定性都能得到保證；

查閱規(guī)范可知，A型車比B型車更大更重，若可保證A型車安全穩(wěn)定運(yùn)行，那么B型車運(yùn)行的安全穩(wěn)定性亦可得到保證。

[1] 劉江. 基于魯棒估計(jì)理論的列車組合定位方法研究[D].北京交通大學(xué),2011.

[2] 袁振江,蔡伯根. 列車組合定位信息采集平臺的研究[J].中國鐵路,2007,(12):53-56.

[3] 岳渠德,陸銀根. 鐵路板體軌下基礎(chǔ)有限元理論分析[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào),1989,(2):50-60.

2017-03-16

U231+.2

：B

：1008-3383(2017)07-0189-02