鋼彈簧間距對浮置板軌道動力特性的影響

李貴闊　劉帥

摘 要：為了分析鋼彈簧間距對浮置板軌道動力特性的影響，建立車輛-浮置板軌道垂向耦合動力學模型，從動力學的角度分析了浮置板軌道在不同鋼彈簧間距下的振動特性。

關鍵詞：鋼彈簧間距；浮置板軌道；動力特性；輪軌耦合

鋼彈簧支承間距是浮置板軌道結構的關鍵技術參數，對浮置板軌道各部分動力特性和鐵路造價都有很大影響。因此，很有必要分析浮置板軌道在不同支承間距下的動力特性。文章通過ANSYS軟件，建立車輛-浮置板軌道垂向耦合模型，分四種工況分析了鋼彈簧間距對浮置板軌道動力特性的影響。

1 動力學模型

依據輪軌耦合動力學原理，建立車輛-浮置板軌道垂向耦合動力學模型[1]，如圖1所示。在模型中，將車輛視為由輪對、轉向架和車體構成的多剛體系統，車體和轉向架考慮點頭和浮沉自由度，車輪考慮浮沉自由度，全車自由度總數為10個。鋼軌和浮置板由梁單元模擬，扣件和支座由彈簧阻尼單元模擬。輪軌接觸采用Hertz非線性接觸模型。

2 計算參數

地鐵列車相關參數參照地鐵A型車，浮置板軌道結構相關參數參見文獻[2]，列車運行速度80km/h，不考慮軌道不平順的影響，計算分析了一節車廂通過浮置板軌道的情況。

3 行車速度對浮置板軌道結構振動的影響

對浮置板軌道結構進行動力響應分析，受篇幅限制，文章給出了具有代表性的鋼軌位移和加速度的時程曲線，分別如圖2、圖3所示。鋼軌動位移和加速度的最大值分別為2.974mm和16.09m/s2，其中鋼軌位移滿足浮置板軌道技術規范[3]的限值要求。

為了研究鋼彈簧浮置板軌道結構的隔振性能，分析了鋼彈簧間距對軌道結構振動的影響，評估不同鋼彈簧支承間距的隔振效果。固定其他計算參數，對0.625m、1.25m、1.875m、2.5m四種鋼彈簧間距下的浮置板軌道進行動力學分析。鋼軌和浮置板垂向位移、垂向加速度以及傳至基礎力與鋼彈簧間距的關系分別如圖4～6所示。

圖4反映了鋼彈簧間距對鋼軌和浮置板垂向動位移最大值的影響。隨著鋼彈簧間距的增大，鋼軌和浮置板垂向動位移呈現出明顯增長趨勢。當鋼彈簧間距由0.625m增加到2.5m的過程中，鋼軌垂向位移分別增長了52.5%、30.1%和21.1%；浮置板垂向位移分別增長了71.9%、36.5%和24.6%。間距為1.875m時，浮置板垂向位移達到3.438；間距為2.5m時，鋼軌位移達到4.691mm，二者均超出了規范[3]的限值要求。

圖5反映了鋼彈簧間距對鋼軌和浮置板垂向加速度的影響。隨著鋼彈簧間距的增大，鋼軌和浮置板軌道加速度均增長緩慢，鋼軌加速度的增長快于浮置板加速度的增長。當鋼彈簧間距由0.625m增加到2.5m時，鋼軌垂向加速度由15.38m/s2增加到16.86m/s2，增幅9.6%；浮置板垂向加速度由2.261m/s2增加到2.438m/s2，增幅7.8%。

圖6反映了鋼彈簧間距對傳至基礎的力的影響。傳至基礎的力隨著鋼彈簧間距的增大而增長明顯，當鋼彈簧間距由0.625m增加到2.5m時，傳至基礎的力由15kN增加到43.17kN，增幅187.8%。

4 結束語

通過軌道結構的動力分析，得到以下結論：鋼彈簧間距對鋼軌和浮置板垂向加速度的影響較小，但對鋼軌和浮置板垂向位移以及傳到基礎的力影響很大。鋼彈簧間距取值不宜過大，否則會導致系統振動增加、基礎反力急劇增大，鋼軌和浮置板垂向位移超出規范限制；但鋼彈簧間距取值又不宜過小，否則會增加施工成本。結合文章計算參數，建議鋼彈簧間距取為1.25m。

參考文獻

[1]李俊嶺，徐鵬，翟婉明，等.鋼彈簧浮置板軌道支點力動力特性分析[J].鐵道建筑，2011（1）：106-109.

[2]蔣崇達.內置式鋼彈簧浮置板軌道動力特性分析[D].南昌：華東交通大學，2013.

[3]GJJ/T191-2012.浮置板軌道技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

作者簡介：李貴闊（1986，8-），男，山東鄆城人，在讀碩士研究生，研究方向：軌道減振。