李贵阔 刘帅
摘 要:为了分析钢弹簧间距对浮置板轨道动力特性的影响,建立车辆-浮置板轨道垂向耦合动力学模型,从动力学的角度分析了浮置板轨道在不同钢弹簧间距下的振动特性。
关键词:钢弹簧间距;浮置板轨道;动力特性;轮轨耦合
钢弹簧支承间距是浮置板轨道结构的关键技术参数,对浮置板轨道各部分动力特性和铁路造价都有很大影响。因此,很有必要分析浮置板轨道在不同支承间距下的动力特性。文章通过ANSYS软件,建立车辆-浮置板轨道垂向耦合模型,分四种工况分析了钢弹簧间距对浮置板轨道动力特性的影响。
1 动力学模型
依据轮轨耦合动力学原理,建立车辆-浮置板轨道垂向耦合动力学模型[1],如图1所示。在模型中,将车辆视为由轮对、转向架和车体构成的多刚体系统,车体和转向架考虑点头和浮沉自由度,车轮考虑浮沉自由度,全车自由度总数为10个。钢轨和浮置板由梁单元模拟,扣件和支座由弹簧阻尼单元模拟。轮轨接触采用Hertz非线性接触模型。
2 计算参数
地铁列车相关参数参照地铁A型车,浮置板轨道结构相关参数参见文献[2],列车运行速度80km/h,不考虑轨道不平顺的影响,计算分析了一节车厢通过浮置板轨道的情况。
3 行车速度对浮置板轨道结构振动的影响
对浮置板轨道结构进行动力响应分析,受篇幅限制,文章给出了具有代表性的钢轨位移和加速度的时程曲线,分别如图2、图3所示。钢轨动位移和加速度的最大值分别为2.974mm和16.09m/s2,其中钢轨位移满足浮置板轨道技术规范[3]的限值要求。
为了研究钢弹簧浮置板轨道结构的隔振性能,分析了钢弹簧间距对轨道结构振动的影响,评估不同钢弹簧支承间距的隔振效果。固定其他计算参数,对0.625m、1.25m、1.875m、2.5m四种钢弹簧间距下的浮置板轨道进行动力学分析。钢轨和浮置板垂向位移、垂向加速度以及传至基础力与钢弹簧间距的关系分别如图4~6所示。
图4反映了钢弹簧间距对钢轨和浮置板垂向动位移最大值的影响。随着钢弹簧间距的增大,钢轨和浮置板垂向动位移呈现出明显增长趋势。当钢弹簧间距由0.625m增加到2.5m的过程中,钢轨垂向位移分别增长了52.5%、30.1%和21.1%;浮置板垂向位移分别增长了71.9%、36.5%和24.6%。间距为1.875m时,浮置板垂向位移达到3.438;间距为2.5m时,钢轨位移达到4.691mm,二者均超出了规范[3]的限值要求。
图5反映了钢弹簧间距对钢轨和浮置板垂向加速度的影响。随着钢弹簧间距的增大,钢轨和浮置板轨道加速度均增长缓慢,钢轨加速度的增长快于浮置板加速度的增长。当钢弹簧间距由0.625m增加到2.5m时,钢轨垂向加速度由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反映了钢弹簧间距对传至基础的力的影响。传至基础的力随着钢弹簧间距的增大而增长明显,当钢弹簧间距由0.625m增加到2.5m时,传至基础的力由15kN增加到43.17kN,增幅187.8%。
4 结束语
通过轨道结构的动力分析,得到以下结论:钢弹簧间距对钢轨和浮置板垂向加速度的影响较小,但对钢轨和浮置板垂向位移以及传到基础的力影响很大。钢弹簧间距取值不宜过大,否则会导致系统振动增加、基础反力急剧增大,钢轨和浮置板垂向位移超出规范限制;但钢弹簧间距取值又不宜过小,否则会增加施工成本。结合文章计算参数,建议钢弹簧间距取为1.25m。
参考文献
[1]李俊岭,徐鹏,翟婉明,等.钢弹簧浮置板轨道支点力动力特性分析[J].铁道建筑,2011(1):106-109.
[2]蒋崇达.内置式钢弹簧浮置板轨道动力特性分析[D].南昌:华东交通大学,2013.
[3]GJJ/T191-2012.浮置板轨道技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.
作者简介:李贵阔(1986,8-),男,山东郓城人,在读硕士研究生,研究方向:轨道减振。