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，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，山東 青島 266000)

為了對新型鋼彈簧浮置道床的減振性能進行精確計算，按照動力學相關理論，采用Visual Fortran語言編程，建立軌下連續彈簧支承的雙層彈性地基梁模型與車輛模型。利用該計算模型，模擬列車通過時浮置道床的瞬態動力響應。通過對目前的地鐵列車進行計算分析，評價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計提供借鑒參照。

新型鋼彈簧浮置道床;動力響應;減振能力

1 結構與計算模型

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成。

1.2 動力學計算模型

本文針對新型鋼彈簧浮置道床軌道結構形式，根據動力學相關理論，采用Visual Fortran語言編程，建立了相應的計算模型，并以附加慣性力的形式將軌道不平順引發的輪軌作用力引入模型，就整個系統局部參數探討結構的動力響應特性。

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點支承彈性地基梁，采用梁單元進行模擬。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點彈簧。減振器下方基礎視為剛性基礎。

車輛模型方面，依據輪軌耦合理論，建立垂向耦合動力學模型，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 計算參數

2.1 車輛參數

因為A型車比B型車更大更重，所以本模型中采用地鐵A型車,其主要參數如表1所示，列車統一采用6節編組。

表1 地鐵A型車主要的技術參數

2.2 軌道與浮置道床的參數選取

已建設的地鐵軌道中多采用CHN60鐵軌，U75V。因此，計算模型中同樣采用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:在道床內等距布置，間距為0.6 m;剛度為4.5 kN/mm。

(4)工況：最高時速100 km/h,軸重160 kN。

3 振動響應分析

(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程圖。

圖1 地鐵軌道不平順

圖2 輪軌垂向力時程圖

(2)耦合系統的頻率特性

圖3為100 km/h時速下，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時速下，構架的垂向加速度幅頻圖，從中可得，構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，對輪對也會產生影響。

圖3 車體垂向加速度幅頻圖

圖4 構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。

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)車輛的安全性及穩定性

表2為所有工況下，動力學模型計算得到的地鐵車輛運行時的安全穩定性指標。從表中可以看出，A型列車時速為60～100 km/h時，輪重減載率遠遠小于規定限值0.65；車輛的最大動態輪軌力也遠小于規定限值170 kN；車體最大加速度同樣遠遠小于標準值0.13 g，這說明新型鋼彈簧浮置道床可有力保障車輛運行的安全穩定性。

表2 A型列車的運行指標

4 小 結

依據車-軌垂向動力學理論，建立了垂向動力計算模型。對隨機不平順激擾下，車-軌耦合系統的振動響應特征進行研究，并結合有關規范對車輛運行時的安全性和穩定性進行評價。

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

查閱規范可知，A型車比B型車更大更重，若可保證A型車安全穩定運行，那么B型車運行的安全穩定性亦可得到保證。

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2017-03-16

U231+.2

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