基于梯形軌枕軌道振動(dòng)特性的鋼軌波磨研究

李 響，任尊松，王 子

(1.江蘇師范大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116； 2.北京交通大學(xué) 機(jī)械與電子控制工程學(xué)院，北京 100044；3.遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 鐵道車輛學(xué)院，遼寧 錦州 121000)

早在19世紀(jì)，就出現(xiàn)了縱枕軌道和橫枕軌道兩種類型的軌道結(jié)構(gòu)[1]。梯形軌枕軌道的軌枕部分呈縱向分布，由橫向鋼管聯(lián)接桿件和PC縱梁構(gòu)成，縱梁和鋼軌共同承載車輛垂向荷重，形成具有輕量化特征的質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅起到減振降噪的效果，而且提高了車輛與軌道結(jié)構(gòu)間相互作用的動(dòng)力學(xué)特性[2]。

關(guān)于梯形軌枕軌道的研制最早源于日本，現(xiàn)已普遍應(yīng)用于地鐵和高架橋軌道交通運(yùn)營中。針對(duì)此類軌道結(jié)構(gòu)，國內(nèi)外專家學(xué)者進(jìn)行了大量的研究分析。國外方面：文獻(xiàn)[3] 采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法研究梯形軌枕的載荷承受能力，得出在裂紋產(chǎn)生之前，梯形軌枕縱梁變形曲線的試驗(yàn)值和計(jì)算值基本一致的結(jié)論。文獻(xiàn)[4]利用相應(yīng)計(jì)算模型對(duì)軌道中間質(zhì)量剛性引發(fā)的減振效果進(jìn)行對(duì)比分析，鋼軌和梯形軌枕組成的復(fù)合軌道系統(tǒng)不但實(shí)現(xiàn)了輕量化要求，還使得結(jié)構(gòu)具有充足的彈性和軌道剛度，從而具有良好的減振性能。文獻(xiàn)[5-7]對(duì)梯形軌枕軌道系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的論述，得到梯形軌枕軌道具有明顯輕量化特征，減振降噪性能好和維護(hù)成本低等特點(diǎn)。國內(nèi)方面：文獻(xiàn)[8]建立不同軌道參數(shù)的車輛軌道耦合動(dòng)力學(xué)模型，得出參振質(zhì)量和枕下剛度的增加可以減緩波磨發(fā)展的結(jié)論。文獻(xiàn)[9]分別從時(shí)域和頻域分析梯形軌道參數(shù)對(duì)軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的影響，通過基因遺傳算法對(duì)梯形軌枕進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，抑制鋼軌波磨產(chǎn)生所對(duì)應(yīng)頻率下的振動(dòng)現(xiàn)象。目前，研究重點(diǎn)主要集中在梯形軌枕軌道的結(jié)構(gòu)生產(chǎn)、減振降噪以及動(dòng)力學(xué)性能分析等方面。而針對(duì)曲線線路梯形軌枕軌道經(jīng)常出現(xiàn)的鋼軌波磨現(xiàn)象的研究相對(duì)較少。現(xiàn)場曲線段梯形軌枕軌道結(jié)構(gòu)如圖1所示。

針對(duì)不同曲線半徑下梯形軌枕軌道出現(xiàn)的鋼軌波磨現(xiàn)象，對(duì)梯形軌枕軌道進(jìn)行模擬仿真計(jì)算，從車輛-軌道系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)角度出發(fā)，分析車輛通過速度與軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率的關(guān)系以及彈性軌道結(jié)構(gòu)共振特性，得出梯形軌枕軌道鋼軌波磨可能形成原因。地鐵梯形軌枕軌道鋼軌產(chǎn)生異常波磨現(xiàn)象如圖2所示，可以清晰地看到鋼軌波磨區(qū)域偏于軌面中心位置，且波磨波長成周期性變化，特征較為明顯。

圖1 曲線段梯形軌枕軌道

圖2 梯形軌枕軌道

1 模型建立及計(jì)算參數(shù)選取

日本鐵道綜合技術(shù)研究所最初研發(fā)了梯形軌枕軌道系統(tǒng)的專利技術(shù)，其軌枕形似梯子，故稱梯形軌枕。由于縱梁在垂向上為軌道提供了連續(xù)支承，以及橫向聯(lián)接桿的橫向約束作用，因此梯形軌枕軌道在垂向連續(xù)承載力和橫向穩(wěn)定性方面均優(yōu)于傳統(tǒng)軌枕軌道[10]。

梯形軌枕軌道較多鋪設(shè)在特殊地段(尤其是曲線線路上)，梯形軌枕整體剛度相對(duì)較小，其重量也比普通軌枕輕22%左右，因此減振降噪效果明顯。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和特殊性，在不同曲線半徑條件下，以波磨現(xiàn)象較為明顯的梯形軌枕軌道為主要研究對(duì)象，表1為某一打磨周期內(nèi)的鋼軌波磨情況。如表1所示，在半徑為400、800、2 500 m的曲線線路上，沒有出現(xiàn)鋼軌波磨現(xiàn)象；半徑為1 000 m線路產(chǎn)生的鋼軌波磨長度所占比例較小為8.3%，而曲線半徑1 200 m線路鋼軌波磨出現(xiàn)比例較大為31.9%，二者曲線半徑相近，故只選取半徑1 200 m曲線線路作為分析對(duì)象。在半徑為650、1 200、2 000、3 000 m曲線線路上，鋼軌波磨長度占梯形軌枕軌道鋪設(shè)里程比例分別為35.9%、31.9%、29.4%、37.6%，比例相對(duì)較大。因此，選取這4種曲線半徑的梯形軌枕軌道分析軌道振動(dòng)特性和鋼軌波磨的關(guān)系。

表1 不同半徑下梯形軌枕軌道地段波磨長度和所占比例

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，梯形軌枕軌道鋼軌波磨波長范圍為35～63 mm和500 mm。具體表現(xiàn)如下：

(1)在曲線半徑650 m、區(qū)段平均速度80 km/h線路上，實(shí)測鋼軌波磨波長為500 mm。

(2)在曲線半徑1 200 m、區(qū)段平均速度55 km/h線路上，實(shí)測鋼軌波磨波長為65 mm。

(3)在曲線半徑2 000 m、區(qū)段平均速度45 km/h線路上，實(shí)測鋼軌波磨波長為57.5 mm。

(4)在曲線半徑3 000 m、區(qū)段平均速度53 km/h線路上，實(shí)測鋼軌波磨波長為68.4 mm。

通過測試結(jié)果可知，當(dāng)車輛以較高速度通過小半徑(R650 m)曲線線路時(shí)，鋼軌易出現(xiàn)波長較長的波磨現(xiàn)象；當(dāng)曲線半徑逐漸變大時(shí)，鋼軌波磨波長變化范圍為35～63 mm。

1.1 車輛-軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型的建立

振動(dòng)小、低噪聲的梯形軌枕軌道結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜性和特殊性。梯形軌枕和底座間通過較高強(qiáng)度和彈性的聚氨酯樹脂材料達(dá)到緩沖和衰減振動(dòng)的目的。在建模過程中，約束條件盡量和實(shí)際工況相符，扣件、緩沖材料均采用彈簧-阻尼力元模擬，梯形軌枕下減振墊采用雙排彈簧-阻尼并聯(lián)模擬方式，如圖3所示。

圖3 模擬力元位置

在建立剛彈耦合的車輛-軌道系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中，由于引入彈性體導(dǎo)致系統(tǒng)自由度增加，提高了仿真計(jì)算要求，子結(jié)構(gòu)分析方法在一定程度上解決了計(jì)算求解難的問題[11]。為了近似模擬實(shí)際運(yùn)行工況以及縮短仿真計(jì)算周期，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部彈性化處理。基于表1中梯形軌枕軌道在不同曲線半徑下的鋼軌波磨情況，通過對(duì)動(dòng)力學(xué)軟件進(jìn)行二次開發(fā)(軌下部分)，建立車輛-軌道系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。輪對(duì)及其以下結(jié)構(gòu)均為彈性體，車體、轉(zhuǎn)向架以及彈性軌道的力元、鉸接點(diǎn)及鉸接替代點(diǎn)位置如圖4所示。

圖4 車輛-軌道系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

1.2 仿真計(jì)算參數(shù)的選取

不同曲線半徑條件下，建立彈性梯形軌枕軌道進(jìn)行仿真分析，部分參數(shù)如下：仿真車輛為北京地鐵B型車，曲線半徑分別為800、1 200、2 000、3 000 m，仿真彈性軌道曲線長度25 m，軌道激勵(lì)為美國AAR5級(jí)軌道譜，軌底坡為1/40，扣件支點(diǎn)間距0.625 m，梯形軌枕軌道結(jié)構(gòu)采用DTVI2-T型扣件。彈性軌道結(jié)構(gòu)部分材料屬性和彈簧-阻尼力元數(shù)值見表2。

表2 彈性梯形軌枕軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)

目前，大多應(yīng)用Ansys軟件建立軌道仿真模型進(jìn)行靜力學(xué)分析，根據(jù)對(duì)稱原則建立單側(cè)軌道模型達(dá)到縮減計(jì)算時(shí)間的目的。此方法忽略了兩側(cè)軌枕的反向振動(dòng)情況和聯(lián)結(jié)鋼管的約束條件，又由于本文重點(diǎn)研究彈性曲線軌道線路，通過曲線半徑和超高數(shù)值定義內(nèi)外側(cè)鋼軌空間位置，因此需要最大限度的模擬現(xiàn)場真實(shí)工況條件，采用完整的曲線軌道結(jié)構(gòu)模型對(duì)梯形軌枕軌道進(jìn)行仿真分析。

2 彈性軌道系統(tǒng)振動(dòng)特性分析

鋼軌磨耗表現(xiàn)形式主要包括垂直磨耗、側(cè)面磨耗和波浪型磨耗，垂直磨耗在直線和曲線線路較為普遍，而波浪型磨耗多發(fā)生在曲線線路上[12]，因此主要對(duì)曲線線路的波浪型磨耗進(jìn)行研究分析。不同于以往的時(shí)域分析，從頻域角度研究軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性與鋼軌波磨的關(guān)系，得出地鐵線路鋼軌波磨產(chǎn)生的主要原因。

( 1 )

式中：f為鋼軌波磨通過頻率；v為運(yùn)行速度;λ為鋼軌波磨波長。

由于曲線線路梯形軌枕軌道結(jié)構(gòu)的特殊性，通過內(nèi)側(cè)、外側(cè)鋼軌以及梯形軌枕的頻率變化情況分析軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性。如圖5所示，在R650 m曲線線路上，內(nèi)外側(cè)鋼軌和梯形軌枕在振動(dòng)頻率44 Hz處均出現(xiàn)峰值點(diǎn)，鋼軌和梯形軌枕之間存在明顯的共振現(xiàn)象。兩側(cè)鋼軌在振動(dòng)頻率142 Hz處也出現(xiàn)峰值點(diǎn)，而梯形軌枕在該頻率處沒有出現(xiàn)明顯峰值點(diǎn)。當(dāng)車輛以80 km/h速度通過該曲線時(shí)，振動(dòng)頻率44、142 Hz對(duì)應(yīng)的鋼軌波磨波長分別為505、156 mm。其中，前者與現(xiàn)場實(shí)測鋼軌波磨波長500 mm接近，說明軌道結(jié)構(gòu)共振頻率44 Hz與線路存在波長為500 mm的鋼軌波磨現(xiàn)象有關(guān)。

圖5 鋼軌和梯形軌枕垂向振動(dòng)頻譜圖(R650 m)

不同于R650 m線路，R1 200 m出現(xiàn)的峰值點(diǎn)個(gè)數(shù)較多，如圖6所示。當(dāng)振動(dòng)頻率分別為44、104、230 Hz時(shí)，梯形軌枕軌道結(jié)構(gòu)均出現(xiàn)共振現(xiàn)象，內(nèi)側(cè)鋼軌相比外側(cè)鋼軌表現(xiàn)較為明顯。車輛以55 km/h速度通過該曲線時(shí)，共振頻率對(duì)應(yīng)的波長分別為347、107、66 mm。其中，后者與現(xiàn)場實(shí)測鋼軌波磨波長65 mm接近，說明軌道結(jié)構(gòu)共振頻率230 Hz與線路存在波長為65 mm的鋼軌波磨現(xiàn)象有關(guān)。

由圖7可以看出，較為明顯的共振頻率分別為 44、71、106、225 Hz。該曲線車輛通過速度為45 km/h，共振頻率對(duì)應(yīng)的波長分別為284、176、 118、55.5 mm。在振動(dòng)頻率225 Hz處，內(nèi)側(cè)鋼軌和梯形軌枕發(fā)生更為明顯的共振現(xiàn)象，該頻率對(duì)應(yīng)的波磨波長與現(xiàn)場實(shí)測57.5 mm接近，說明軌道結(jié)構(gòu)共振頻率225 Hz與線路存在波長為57.5 mm的鋼軌波磨現(xiàn)象有關(guān)。

圖6 鋼軌和梯形軌枕垂向振動(dòng)頻譜圖(R1 200 m)

圖7 鋼軌和梯形軌枕垂向振動(dòng)頻譜圖(R2 000 m)

在R3 000 m曲線線路上，內(nèi)外側(cè)鋼軌和梯形軌枕在振動(dòng)頻率102～125、145、211 Hz處均出現(xiàn)多個(gè)峰值點(diǎn)，如圖8所示。軌道結(jié)構(gòu)整體在振動(dòng)頻率 125、145 Hz處出現(xiàn)共振現(xiàn)象，內(nèi)側(cè)鋼軌相比外側(cè)在振動(dòng)頻率125、211 Hz處表現(xiàn)更為明顯。當(dāng)車輛以53 km/h速度通過該曲線時(shí)，共振頻率125、145、211 Hz對(duì)應(yīng)波長分別為117.7、101.5、70 mm。其中，后者與現(xiàn)場實(shí)測波長68.4 mm接近，說明軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率211 Hz與線路存在波長為68.4 mm的鋼軌波磨現(xiàn)象有關(guān)。

圖8 鋼軌和梯形軌枕垂向振動(dòng)頻譜圖(R3 000 m)

由于曲線超高導(dǎo)致兩側(cè)鋼軌存在高度差，使得兩側(cè)鋼軌振動(dòng)頻率和幅值均不同。綜合以上分析，在軌道結(jié)構(gòu)共振頻率230 Hz(R1 200 m)、225 Hz(R2 000 m)以及211 Hz(R3 000 m)處，相對(duì)于外側(cè)鋼軌，內(nèi)側(cè)鋼軌與梯形軌枕表現(xiàn)出較為明顯的共振現(xiàn)象。通過模擬仿真得到的計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場實(shí)測鋼軌波磨數(shù)據(jù)相近，證明了地鐵曲線線路鋼軌波磨存在的可能性。同時(shí)，為更加深入地研究梯形軌枕軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性奠定基礎(chǔ)。

3 軌道振動(dòng)特性與鋼軌波磨關(guān)系分析

上述內(nèi)容主要討論了4種曲線半徑條件下梯形軌枕軌道曲線通過頻率與軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率的相互關(guān)系，通過模擬仿真和實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了仿真分析的正確性和可行性。為了更加深入地探究減振軌道振動(dòng)特性與鋼軌波磨的關(guān)系，從軌道結(jié)構(gòu)模態(tài)分析以及相同曲線半徑條件下不同軌道結(jié)構(gòu)頻響特性分析兩方面進(jìn)行研究。

3.1 減振軌道結(jié)構(gòu)共振特性分析

通過上述分析可知，與實(shí)測數(shù)據(jù)相近的軌道結(jié)構(gòu)共振頻率分別為44 Hz(R650 m)、230 Hz(R1 200 m)、225 Hz(R2 000 m)以及211 Hz(R3 000 m)。其中，前者共振頻率相對(duì)較低，而后三者的共振頻率較為接近。由于篇幅原因，選取44 Hz(R650 m)和225 Hz(R2 000 m)作為后續(xù)研究的軌道結(jié)構(gòu)共振頻率。

當(dāng)激擾頻率與軌道系統(tǒng)某階固有頻率接近時(shí)，軌道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)振幅明顯增大的共振現(xiàn)象。在共振頻率下，內(nèi)外側(cè)鋼軌和梯形軌枕的位移大小、方向以及振型均不能確定，因此對(duì)梯形軌枕軌道在特定頻率處產(chǎn)生的位移和振型進(jìn)行研究。

圖9為內(nèi)外鋼軌和梯形軌枕垂向位移頻譜圖，在40～80 Hz三者垂向位移變化較為明顯，該振動(dòng)頻率區(qū)間對(duì)應(yīng)的波磨波長范圍為274～548 mm，尤其在44 Hz處三者均出現(xiàn)位移最大點(diǎn)。從能量上考慮，在軌道激勵(lì)作用下，振動(dòng)頻率44 Hz(共振頻率)處的內(nèi)側(cè)鋼軌和軌道板相對(duì)外側(cè)鋼軌振動(dòng)更加明顯。

圖9 軌道垂向位移頻譜圖(R650 m)

通過軌道起振點(diǎn)位移判斷，鋼軌和梯形軌枕的起始振動(dòng)方向相同。模態(tài)分析得到三者的彎曲振型，如圖10所示。R650 m曲線線路上，在振動(dòng)頻率44 Hz附近，鋼軌局部呈現(xiàn)出的一個(gè)彎曲振型長度和梯形軌枕整體振型長度相接近，且振型方向也相同，說明在該共振頻率附近鋼軌和梯形軌枕作為整體相對(duì)路基做二階垂向彎曲振動(dòng)。同樣，從圖11可以看出，R2 000 m曲線線路上，在振動(dòng)頻率225 Hz附近，鋼軌和梯形軌枕近似于整體相對(duì)路基做四階垂向彎曲振動(dòng)。因此，振動(dòng)頻率44 Hz(R650 m)和225 Hz(R2 000 m)可看作軌下支承結(jié)構(gòu)垂向整體振型所對(duì)應(yīng)的頻率。

圖10 鋼軌和梯形軌枕垂向振型圖(R650 m)

圖11 鋼軌和梯形軌枕垂向振型圖(R2 000 m)

由于曲線超高導(dǎo)致輪重偏載，使得內(nèi)外側(cè)鋼軌振幅存在差異，相對(duì)于中心對(duì)稱的直線軌道，曲線軌道更容易出現(xiàn)兩側(cè)鋼軌和梯形軌枕作非對(duì)稱的垂向彎曲振動(dòng)，如圖12所示。

圖12 曲線梯形軌枕軌道

以R650 m線路為例，相對(duì)于圖10的梯形軌枕軌道振型，低一階的內(nèi)側(cè)鋼軌和梯形軌枕振型如圖13所示，二者所示振型對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率相差1～5.8 Hz，頻率變化相對(duì)較小。偏載使得內(nèi)側(cè)輪重增加從而起到約束作用，導(dǎo)致軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率發(fā)生微小變化，最終呈現(xiàn)出內(nèi)側(cè)鋼軌與梯形軌枕發(fā)生類似于圖13的彎曲振型(內(nèi)側(cè)鋼軌的橫向彎曲以及梯形軌枕的斜向拉伸)。這種變化使得軌道結(jié)構(gòu)彎曲變形更加復(fù)雜，從而加快內(nèi)側(cè)鋼軌波磨的產(chǎn)生。

圖13 鋼軌和梯形軌枕水平振型俯視圖(R650 m)

3.2 相同曲線條件下不同軌道頻響特性分析

鋼軌波磨現(xiàn)象在曲線線路較為明顯，而相同曲線半徑下的普通軌道基本沒有出現(xiàn)鋼軌波磨情況，為了更好地解釋這種波磨情況，針對(duì)相同曲線半徑下的普通軌道和梯形軌枕軌道進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)一步研究鋼軌波磨通過頻率與不同軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率的關(guān)系。

通過前期分析內(nèi)外側(cè)鋼軌及梯形軌枕的頻率變化情況可知，不同曲線半徑條件下的內(nèi)側(cè)鋼軌在振動(dòng)頻率44、71～142 Hz以及211～230 Hz出現(xiàn)明顯峰值點(diǎn)；而普通軌道在振動(dòng)頻率52 Hz和140～161 Hz出現(xiàn)峰值點(diǎn)(如圖14所示)，且后者峰值點(diǎn)變化范圍和個(gè)數(shù)相對(duì)于前者較少。內(nèi)側(cè)鋼軌與梯形軌枕在196～230 Hz(鋼軌波磨對(duì)應(yīng)頻率)出現(xiàn)多個(gè)共振頻率峰值點(diǎn)，而普通軌道沒有在該頻率區(qū)間出現(xiàn)共振現(xiàn)象。

圖14 內(nèi)側(cè)鋼軌垂向振動(dòng)頻譜圖

不同曲線半徑條件下普通軌道和梯形軌枕軌道外側(cè)鋼軌頻率變化如圖15所示。其中，梯形軌枕軌道外側(cè)鋼軌在振動(dòng)頻率44、71～145、211～230 Hz出現(xiàn)明顯峰值點(diǎn)，而普通軌道在50、124～163 Hz出現(xiàn)峰值點(diǎn)，后者峰值點(diǎn)變化范圍和個(gè)數(shù)相對(duì)于前者較少。與內(nèi)側(cè)鋼軌類似，外側(cè)鋼軌與梯形軌枕在213～230 Hz(鋼軌波磨對(duì)應(yīng)頻率)出現(xiàn)多個(gè)共振頻率峰值點(diǎn)，而普通軌道也沒有在該頻率區(qū)間出現(xiàn)共振現(xiàn)象。從以上分析可以看出，內(nèi)外側(cè)鋼軌與梯形軌枕分別在振動(dòng)頻率196～230 Hz和213～230 Hz出現(xiàn)多個(gè)共振頻率峰值點(diǎn)，符合地鐵線路出現(xiàn)的波長為66 mm(55 km/h)、55.5 mm(45 km/h)和70 mm(53 km/h)的鋼軌波磨產(chǎn)生條件。

圖15 外側(cè)鋼軌垂向振動(dòng)頻譜圖

4 結(jié)論

針對(duì)地鐵線路梯形軌枕軌道出現(xiàn)的鋼軌波磨現(xiàn)象，采用聯(lián)合仿真方法建立剛?cè)狁詈宪囕v-軌道系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，分析鋼軌波磨通過頻率與軌道系統(tǒng)固有頻率的關(guān)系以及減振軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性，得出鋼軌波磨形成主要原因，旨在為促進(jìn)鋼軌波磨的研究提供相應(yīng)理論依據(jù)。

(1)在低頻區(qū)段44 Hz處，內(nèi)外側(cè)鋼軌與梯形軌枕出現(xiàn)明顯共振現(xiàn)象，小曲線半徑R650 m線路呈現(xiàn)長波鋼軌波磨特點(diǎn)。隨著曲線半徑逐漸增大，中高頻區(qū)段峰值點(diǎn)頻次出現(xiàn)增多現(xiàn)象，內(nèi)側(cè)鋼軌與梯形軌枕在振動(dòng)頻率230 Hz(R1 200 m)、225 Hz(R2 000 m)以及211 Hz(R3 000 m)處產(chǎn)生更為明顯的共振現(xiàn)象。

(2)通過對(duì)比相同曲線半徑下的普通軌道和梯形軌枕軌道振動(dòng)頻率的分布情況，可以得出鋼軌波磨與軌道結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)特性有關(guān)。當(dāng)車輛曲線通過頻率和軌道結(jié)構(gòu)固有頻率相近時(shí)，軌道系統(tǒng)出現(xiàn)明顯共振，結(jié)合曲線超高導(dǎo)致的輪重偏載，使得軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)加劇以及彎曲變形更加復(fù)雜，加快了鋼軌波磨的產(chǎn)生。

(3)模擬仿真得到的計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場實(shí)測鋼軌波磨數(shù)據(jù)接近，驗(yàn)證了地鐵曲線線路鋼軌波磨存在的可能性。理論分析表明，車速和軌道結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)特性是造成鋼軌波磨初期形成的關(guān)鍵因素。

本文從軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性角度出發(fā)，分析不同曲線半徑下梯形軌枕軌道鋼軌波磨形成原因。沒有考慮輪軌間蠕滑導(dǎo)致的磨耗問題。后續(xù)將會(huì)建立和完善輪軌接觸模型更加全面分析鋼軌波磨產(chǎn)生機(jī)理。