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)

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)

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。

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

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2.1×1011Pa。

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

(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

4 小 结

依据车-轨垂向动力学理论，建立了垂向动力计算模型。对随机不平顺激扰下，车-轨耦合系统的振动响应特征进行研究，并结合有关规范对车辆运行时的安全性和稳定性进行评价。

通过对A型地铁车-轨耦合系统动力分析说明：列车在新型钢弹簧浮置道床上运行时的安全性和稳定性都能得到保证；

查阅规范可知，A型车比B型车更大更重，若可保证A型车安全稳定运行，那么B型车运行的安全稳定性亦可得到保证。

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2017-03-16

U231+.2

：B

：1008-3383(2017)07-0189-02