地铁曲线段Vanguard扣件减振效果分析

为研究Vanguard扣件在地铁曲线段的减振效果,以北京地铁5号线某曲线段为例,分别对DTVI_2扣件和Vanguard扣件下列车运行引起的地表振动响应进行现场测试.并通过建立相应的三维动力学数值模型对比分析了两种扣件在直线段和曲线段的地表动力响应特性和衰减规律.通过分析振动响应峰值、最大垂向计权Z振级及插入损失,研究了Vanguard扣件的减振效果.根据现场实测以及数值分析结果可知:列车运行引起的地铁曲线段地表动力响应高于直线段,圆曲线和缓和曲线的动力响应特性类似且量值接近;列车运行引起的地表横向及垂向动力响应随距线路中心线横向距离的增加而呈起伏式衰减;列车运行于DTVI_2扣件和Vanguard扣件的轨道上时引起的地表垂向振动响应显著的频段分别位于60Hz和30Hz附近;Vanguard扣件减振效果显著,对曲线段水平向振动响应的减振性能良好.     

铝合金地铁车内低频结构噪声特性预测

针对轨道不平顺引起地铁车辆车体壁板振动产生的车内低频结构噪声问题,建立了铝合金地铁车辆车体结构有限元模型、车内声场边界元模型和车辆轨道耦合模型,进行了动力学分析,得到轨道随机不平顺激励下,车体所受激励载荷并施加于车体结构的有限元模型,在ANSYS软件中进行了车体结构谐响应分析,得到车体振动响应.将得到的车体振动响应作为边界条件传递给车内声场边界元模型,在SYSNOISE软件中计算了频率0～200 Hz范围内车内不同位置的低频结构噪声分布特性.结果表明:车内最大声压级超过75 dB;车体结构特点以及激励载荷情况直接影响车内结构噪声特性;减少轮轨激励载荷或优化车体结构,均可降低车内结构噪声.     

地铁列车运行诱发临近低层建筑振动响应分析

地铁曲线段轨道扭转效应加剧列车运行所诱发的环境振动响应.基于曲线段轮轨法向力与蠕滑力模型,计算得到B型车通过350 m小曲率半径线路时的动态轮轨力.以苏州轨道交通2号线某曲线区间段为例,建立隧道-土层-建筑物二维有限元模型,对地铁列车运行时紧邻地铁线路一座低层建筑的振动响应进行分析.共采取定员与超员条件下近侧列车通行、远侧列车通行以及两车会车等6种计算工况.结果表明:曲线段地铁列车运行诱发该建筑物产生垂直与水平向振动;超员会车最不利工况下,比较各楼层垂向分频振级与标准限值发现,在频率7.8 Hz各楼层分频振级均超过标准限值;该建筑物垂向振级随楼层升高基本保持不变,水平振级随楼层升高近似线性增大.     

地铁车辆段试车线列车振动影响的试验研究

国内很多城市的地铁车辆段正在规划和实施上盖物业开发,为了分析和评价地铁车辆段列车运行造成的环境振动影响,对广州地铁3号线厦滘车辆段试车线临近地面及建筑物振动进行了现场实测,在时域和频域内分析了振动的传播特性,并将实测结果与我国环境振动标准进行对比和分析.研究结果表明:当车辆段试车线列车正常运行时,临近地面竖向振动明显大于水平振动,实测的最大竖向振动加速度级为66.4~91.2 d B,竖向振动的响应频带为10~120 Hz,竖向振动峰值出现在25~40 Hz之间;试车线列车运行引起临近建筑物的最大振动加速度级为48.9~76.2 d B,振动沿结构物向上传播时,振动频率成分主要是5~60 Hz,楼板振动分频最大加速度级出现在20~25 Hz之间;在距离轨道0~30 m范围之内,地面振动与建筑物振动均已经超过相关国家振动标准,地铁车辆段上盖物业开发时在试车线临近区域采取减振设计措施控制环境振动影响十分必要.     

高架地铁列车环境振动传播规律的数值模拟

为研究地铁诱发的环境振动在周围土体和邻近建筑物内的传播规律,建立了31自由度地铁车辆模型以及桥梁-土体-建筑三维有限元模型,并进行了数值研究.首先,通过三角级数法获得可靠的轨道不平顺谱,建立车辆-轨道动力学模型,得到车辆随机振动荷载时程谱;然后,将荷载时程谱加载到桥梁-土体-建筑三维有限元模型上,计算得到周围土体和临近建筑内关键点位的振动幅值,并对计算结果进行频谱分析,获得各点的振动功率谱函数.研究结果表明:地铁环境振动在地面上的传播存在明显的方向性,竖向振动占主导地位;高层建筑12层以上部分需重点考虑水平面上的振动;传播过程中10 Hz以上的高频振动衰减较快,距轨道中心30 m以外的环境振动以低频振动为主.     

不同线路条件及运行速度下高速列车振动性能分析

高速列车的振动特性直接影响旅客乘坐的舒适性和列车运行的安全性.为了分析不同线路条件和运行速度对高速列车振动特性的影响,建立了车辆-轨道耦合系统模型,并以德国高速轨道谱和我国干线轨道谱产生的轨道随机不平顺作为耦合系统的激励,通过Newmark数值积分和Matlab仿真,计算了高速车辆在高速线路和提速干线条件下车体、构架、轮对等车辆各部件和轨道部件的振动响应.研究结果表明,随着列车运行速度的提高,高速车辆各部件振动响应均显著增大;线路条件对高速列车轮对及轨道系统振动的影响较对车体系统振动的影响明显.     

跨座式单轨车轨耦合系统振动信号采集频率分析

针对跨座式单轨车轨耦合系统振动信号采集时,振动信号采集频率会对车轨耦合动力响应数据处理结果产生影响,利用有限元分析软件建立跨座式单轨车轨耦合系统模型,探究不同车速下车辆与轨道梁振动响应随振动信号采集频率变化的趋势,进而得出适宜于车辆与轨道梁振动信号采集频率范围。研究结果表明：若振动信号采集频率过低,会导致车轨耦合振动响应结果失真,采集频率过高,对结果的精度提高效果并不明显;车辆振动信号采集频率宜不低于200 Hz;轨道梁垂向、横向振动加速度信号采集频率最低值分别为600 Hz和1500 Hz,且车速越高,振动信号采集频率对轨道梁振动加速度结果准确性影响越大。     

基于时频谱分析的地铁车辆构架强度问题研究

地铁车辆在运营过程中出现构架局部裂纹,极大的影响列车运行的安全可靠性。分析引起构架裂纹的激扰源特征。利用时频分析技术,对现场测试数据进行分析计算,提出构架局部裂纹的原因及改进措施。通过测试数据和有限元分析模型的对比,确定构架42 Hz及51 Hz固有模态的存在。在此基础上,分析计算得出轨道、轮对、牵引传动系统周期性的激扰是导致构架裂纹的根本原因。采取相应改进措施后,构架振动情况得到改善。根据分析结论对车辆运营方和设计方提出相应建议。     

cRIO平台的轨道车辆运输中状态监测系统的研究①

为了解决轨道车辆采用公路运输交付至业主过程中,运输振动导致轨道车辆频繁出现电机传动轴承损害问题,利用美国NI仪器公司cRIO平台搭建了电机主轴振动的实时监测系统,选用加速度计、GPS和摄像机等传感元件对轨道车辆电机的振动、运输卡车的速度及行驶道路的路面质量等参数进行关联性监测。获得了哈尔滨地铁1号线运输(中车长春轨道客车厂-哈尔滨地铁车辆段)的监测数据,得出了电机主轴振动能量主要集中在20Hz频点附近,市区内的车辆运行速度与车辆振动水平大体呈线性关系,高速路段的振动较市区更为剧烈的统计结论。     

高速列车运行引起的地表振动分析

把轨道作为弹性地基上的梁，得到轨枕与道床之间的动反力，采用薄层法求得分层土体的稳态响应，建立了运行车辆-轨道-环境振动模型，首次对秦沈高速铁路列车运行产生的沿线地基的振动响应进行了分析与对比．分析表明：移动轴重作用率对加速度频谱起控制作用，在其附近出现峰值；加速度随列车速度的提高缓慢增加，当列车速度接近地表的瑞利波速时，会引起振动放大现象；理论模型能很好地预测近场的振动响应．     

车轮多边形对车辆振动及轮轨力的影响

针对国内车轮多边形现象日益突出,应用ANSYS和SIMPACK软件建立考虑轮对柔性的车辆刚柔耦合系统动力学模型,研究车轮多边形对车辆振动及轮轨力的影响并提出不同阶次的车轮多边形限值.研究表明:轮轨垂向力波动随车轮多边形幅值的增大而增大,但不随多边形阶次的增加而线性增大;轮对弯曲振动频率会与轮对的侧滚与转臂的点头频率相耦合,如果由车轮多边形产生的振动频率在该频率范围内,将会产生共振;根据轮轨力上限值170kN提出300km/h速度下1~20阶车轮多边形波深限值,特别是11阶车轮多边形的波深不宜超过0.07mm.     

地铁普通扣件钢轨波磨特性

通过分析上海某地铁线路上普通扣件轨道区段钢轨波磨实测数据,得到该区段波磨的典型通过频率.然后建立三维实体有限元模型并进行模态分析,发现实测波磨的典型通过频率均与轨道结构某几阶弯曲振型的频率相接近.最后基于摩擦功理论,建立磨耗计算模型并进行仿真计算,对波磨频率特征及发展特性进行分析研究.结果表明普通扣件轨道低频处峰值较大,而且不同车速下峰值频率基本吻合.结合磨耗叠加图及1/3倍频程等级图,可得相同速度下,随着叠加次数的增加,波磨波峰、波谷叠加位置相同,特征频率相同;不同速度下,波磨的特征频率并未随速度的改变而发生改变,体现了波磨固定位置和固定频率的特性.在车速80km·h~(-1)和60 km·h~(-1)下,波磨在40 Hz、80 Hz频带内发生的可能性较大;而在车速40 km·h~(-1)下,轨道上主要表现为均匀磨耗.同时车速对波磨的增长有一定影响,速度越大,总体磨耗量越大;但磨耗的发展速度并不完全随车速的增大而增大.     

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.     

地铁直线轨道波磨成因及发展特性

为分析地铁直线段钢轨波磨的成因及发展特性,基于轨道结构有限元模型和车辆-轨道耦合动力学模型,运用模态分析和动力分析对钢轨波磨的产生和发展进行研究。结果表明：（1）实测波磨的线路条件和通过频率范围与Pinned-Pinned共振导致的响轨波磨接近,初步认为该区段发生的波磨可能为响轨波磨;（2）轨道结构模态分析发现,513.7Hz处的振动模态为轨道结构的横向Pinned-Pinned共振模态,1050.0Hz处的振动模态为轨道结构的垂向Pinned-Pinned共振模态;车辆-轨道耦合模型动力分析发现,钢轨垂向振动加速度级在中心频率500Hz和1000Hz处幅值较高,分别为69.7dB和70.1dB,且上述中心频率所对应的三分之一倍频程带宽为轨道结构发生Pinned-Pinned共振的频率范围,因此分析认为该线路上的钢轨波磨为轨道结构Pinned-Pinned共振所致的响轨波磨;（3）不同轨枕间距和运营速度下的钢轨垂向振动加速度级变化趋势基本一致,且中心频率500Hz和1000Hz处的钢轨垂向振动加速度级幅值较高。随着轨枕间距和运营速度的变化,500Hz和1000Hz处的钢轨垂向振动加速度级变化趋势相同;通过改变轨枕间距和运营速度,可以使得钢轨垂向振动加速度级发生明显变化,说明适当的轨枕间距（700mm左右）和运营速度（80km/h左右）能够有效的控制响轨波磨的产生和发展。     

驼峰车辆减速器制动噪声的复特征值分析

为研究驼峰车辆减速器对下溜车列进行制动时发出的高频制动噪声问题,以驼峰车辆减速器为研究对象,在ABAQUS软件中建立制动系统有限元分析模型。通过采用复特征值分析理论对制动系统的稳定性进行分析,获得了振动系统不稳定模态在频域上的分布。现场采集制动尖叫噪声并分析其主要振动频率,与理论预测结果进行对比得到相对误差。结合振动频率的分岔曲线和振动模态的耦合情况,对影响制动系统产生不稳定模态的因素进行分析。结果表明,制动轨与车轮接触面间的摩擦系数在0.07~0.17区间内增大时,制动系统发生尖叫噪声的趋势增大,同时,制动轨作用在车轮上的侧向力在50~260 kN区间内增大时,对制动系统也有同样的影响。而被制动车辆的初速度对于制动系统发生尖叫噪声的倾向影响并不明显。可见,摩擦系数和制动轨作用力的变化对车辆减速器在制动过程中产生高频制动噪声的倾向具有重要影响。     

单轴轮胎走行部APM车辆的动力学性能

考虑走行轮胎的侧偏效应和滤波效应,使用线性轮胎模型建立了中央导向的单轴轮胎走行部自动导向捷运系统(APM)车辆的动力学方程和Simulink仿真模型,并仿真分析了导向轮与导向轨不同接触状态对APM车辆的曲线通过性能和运行平稳性的影响.仿真结果表明:导向轮设置初始预压力不会明显改善曲线通过性能,但会显著恶化APM车辆的横向平稳性;导向轮与导向轨的间隙增加了通过曲线时走行轮的侧偏力和导向轮的导向力.综合考虑曲线通过性能和横向平稳性,导向轮与导向轨之间应留间隙,但需要控制在0~5mm.     

客运专线有砟道岔轨道动刚度特性分析

在分析客运专线有砟道岔轨道刚度组成的基础上,建立了有砟道岔轨道动刚度的计算方法,分析了我国时速250 km客运专线有砟道岔轨道动刚度特性.结果表明:心轨的动静刚度比最大,基本轨、尖轨和导轨次之,翼轨最小;在小于100 Hz的频段上,各钢轨的动刚度随着激振频率增加而减小;在0～250 Hz的频段上,各钢轨会出现3个共振峰.     

机车车辆轮轨接触问题的数值模拟

按照机车、车辆车轮与标准轨道的实际几何关系建立了三维有限元模型，并采用有限元参数二次规划法求解轮轨弹塑性接触问题．通过弹塑性接触计算，得到了大量的轮轨接触力、接触状态和轮轨应力的数据，根据计算结果分析比较了机车轮轨接触和车辆轮轨接触的区别，对轮缘贴靠钢轨形成两点接触时的接触情况进行了初步分析.     

基于车轨耦合动力学分析的地铁e型弹条扣件疲劳寿命预测

地铁是城市交通的重要组成部分,而扣件系统是地铁轨道结构的关键部件,起到固定钢轨、减振降噪的作用。为分析地铁e型弹条扣件的疲劳性能,基于车辆轨道动力学理论,通过多体动力学软件UM建立了车轨耦合模型,研究了车辆速度、轨道不平顺类型以及曲线半径与钢轨动力学响应的关系;并通过有限元软件ABAQUS对扣件系统进行了仿真计算,将车轨耦合动力分析得到的钢轨位移作为疲劳荷载,采用应力疲劳计算的方法对弹条的疲劳寿命进行了预测和分析。结果表明：钢轨位移响应受不平顺类型和车辆速度的影响较小,而加速度响应对两者则比较敏感;轨道曲线半径的改变,对内轨位移的影响相对明显,随着半径的减小,内轨的位移时程曲线出现明显的上移,同时对加速度的影响也增大,内轨加速度峰值呈增大趋势;基于此模型计算的弹条疲劳寿命为2.14×10⁷次,寿命最低处位于弹条后拱小圆弧段,与实际断裂位置相吻合;弹条初始安装扣压力对弹条疲劳寿命的影响很大,随着初始安装扣压力的增大,弹条的疲劳寿命不断减小,且减小的速度趋于增大,为确保弹条扣件处于良好的工作状态,初始扣压力应当控制在11～15 kN范围内。