新型钢弹簧浮置道床减振效果分析

GXF360 2017-11-18

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新型钢弹簧浮置道床减振效果分析

夏靖，岳渠德

(青岛理工大学，山东青岛 266000)

摘要：为了对新型钢弹簧浮置道床的减振性能进行精确计算，按照动力学相关理论，采用Visual Fortran语言编程，建立轨下连续弹簧支承的双层弹性地基梁模型与车辆模型。利用该计算模型，模拟列车通过时浮置道床的瞬态动力响应。通过对目前的地铁列车进行计算分析，评价新型钢弹簧浮置道床的减振能力，为新型钢弹簧浮置道床的设计提供借鉴参照。

关键词：新型钢弹簧浮置道床;动力响应;减振能力

1 结构与计算模型

1.1 减振器布置

新型浮置道床由浮置轨枕、新型钢弹簧减振器及铁轨等构成。

1.2 动力学计算模型

本文针对新型钢弹簧浮置道床轨道结构形式，根据动力学相关理论，采用Visual Fortran语言编程，建立了相应的计算模型，并以附加惯性力的形式将轨道不平顺引发的轮轨作用力引入模型，就整个系统局部参数探讨结构的动力响应特性。

浮置道床的上层单元为铁轨单元，将铁轨视为有限长的连续点支承弹性地基梁，采用梁单元进行模拟。铁轨由扣件固定，将扣件简化为具一定刚度的弹簧。下层是浮置轨枕，将轨枕视为弹簧支承的板，模拟采用板单元。减振器视为具一定刚度的连续点弹簧。减振器下方基础视为刚性基础。

车辆模型方面，依据轮轨耦合理论，建立垂向耦合动力学模型，如图1所示。轮轨间的垂向相互作用采用Hertz非线性弹性接触模型。

2 计算参数

2.1 车辆参数

因为A型车比B型车更大更重，所以本模型中采用地铁A型车,其主要参数如表1所示，列车统一采用6节编组。

表1 地铁A型车主要的技术参数

参数A型车B型车车体长度/m22．119车体宽度/m32．8车体高度/m3．83．8固定轴距/m2．52．3车辆定距/m15．712．6轴重/t1614

2.2 轨道与浮置道床的参数选取

已建设的地铁轨道中多采用CHN60铁轨，U75V。因此，计算模型中同样采用CHN60铁轨，其特性如下。浮置轨枕采用C40混凝土预制。

(1)铁轨:长6 m;剪切模量8×1010Pa;弹性模量2.1×1011 Pa。

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

(3)减振器:在道床内等距布置，间距为0.6 m;刚度为4.5 kN/mm。

(4)工况：最高时速100 km/h,轴重160 kN。

3 振动响应分析

(1)轮轨力

图1为地铁车所采用的轨道不平顺。图2为地铁车所采用的轮轨力时程图。

图1 地铁轨道不平顺

图2 轮轨垂向力时程图

(2)耦合系统的频率特性

图3为100 km/h时速下，车身垂向加速度幅频图。从图3看出，车体振动加速度的主要频率分布为0～7 Hz。图4为100 km/h时速下，构架的垂向加速度幅频图，从中可得，构架垂向加速度主要频率分布为6～15 Hz。

图5、图6分别轮对、轮轨和铁轨垂向加速度幅频图。由图可知，轮对的振动能量主要分布在25～35 Hz。轮轨垂向加速度受铁轨高频振动的影响十分明显。铁轨振动能量向上传递，对轮对也会产生影响。

图3 车体垂向加速度幅频图

图4 构架垂向加速度幅频图

图7为新型钢弹簧减振道床的垂向加速度幅频图。从图中可以看出，新型钢弹簧减振浮置道床的振动频率分布很广：25～330 Hz。在车速为100 km/h的工况下，轨枕振动能量主要集中在20～70 Hz， 140～170 Hz和200～220 Hz范围内。

图5 车轮垂向加速度频域图

图6 轨道垂向加速度幅频图

图7 浮置轨枕加速度幅频图

(3)车辆的安全性及稳定性

表2为所有工况下，动力学模型计算得到的地铁车辆运行时的安全稳定性指标。从表中可以看出，A型列车时速为60～100 km/h时，轮重减载率远远小于规定限值0.65；车辆的最大动态轮轨力也远小于规定限值170 kN；车体最大加速度同样远远小于标准值0.13 g，这说明新型钢弹簧浮置道床可有力保障车辆运行的安全稳定性。

表2 A型列车的运行指标