平纵断面线形及轨道类型对地铁轨道动力特性和钢轨磨耗影响研究（可编辑）

平纵断面线形及轨道类型对地铁轨道动力特性和钢轨磨耗影响研究（可编辑） 文未交通文学 平纵断面线型及轨道类型对地铁轨道动力 特性和钢轨磨耗影响研究 作者:汤超 叶师:高亮 北京交通大学 年月学位论文版权使用授权书 本学位沦文作者宽全了解北尿变亘火学有关保留、使学位论文的 规定。特 然黧篇】鬃鬈淼黧鬃嗡篇:裟 提供阅览服务,井采川影?、缩印或】等复制子段琳仔、。【珊眦 “”州“?“。 同意学饺刚家前天部】或机构送交论文的复印件和磁擞 慌崭的学垃论文在解密后适日本授权髓’归 易乡 学位沦史怍行毓名 ;够 刮?抟扎两纪 挂??:口?引】日.,控冯: 中蚓分类号 . 亩级:公开 北京交通大学 硕士学位论文 平纵断面线型及轨道类型对地铁轨道动力 特性和钢轨磨耗影响研究 ? 、 ? 。 学 号 作者姓名 汤超 敦授 职 称 导师姓粥 。 坝 学位级别 工学 学位类别 研究方向 轨道结构 学科々业 道路与铁道::程 京变通人学 年削致谢 水文的作是在我的导师高亮教授的悉心指导完成的,商亮教授严谨的 治学态度、渊博的学议、卓越的爿知和科学的工作方法给了我橄犬的帮助和影响。 本文更足往商老师的指导、蜥助和鼓励下完成的,高老】小仪拒学习上指导我, 而侄生活上给予了我尢微不芷的天心.托此衷心感谢二年来高亮老师对我的关 心和指导。 庆等扑位老师的关心 研究】?我得剑了铁道坤 系肖宏、禁小培、井 和悉心指导,使找顺利完成了学业,阿次袭小深深感谢。 此外,村、乔冲路、惯;文、世磊等啡十和巫江、熙雷、畅史茂、藁小平、 刘玮玮肄刚学对找论文研究工作给丁热情帮助,此向他们表选我的感激之陆。 另外土感【我的家人,他?的耻解干?支持他我能哆住学校心先成我的学业。中摘舞 中文摘要 摘要: 打戢轨道交通线路的曲线三往很小,午站之训的距离抿短,乍辆频繁的 制动平【启动,使得轮轨的瞎损琏渐加剧。在城市轨道交通的运行地铁轨道结 曲勺波浪形牌牦是恤褂关注的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,它埘地铁.辆和轨道结构的动力学肚能有很 大的影叫.描叫乍辆的运行安仝和舒适比,井破坏乍轮羁钢轨的踏丽形状。 北地铁心弓线针对小同区域采川丁多种轨道减振 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ,如科隆蛋轨道减振 段时州的运营后,硝分 器、梯百轨忧和弹矩枕等多刷叼成振’/道。然而科 区段钢轨玎始,“,撒人的不均匀腓牦,;蓿运营的推穆,磨耗引起挑动及噪 叫题门趟,呕,一起址吐、设汁、施工及养护维修等再疗呐,泛关注。 引剥地铁线路普遍存铂的俐轨腑牦观豫,运川数值模拟虚拟洋机技 术和自】联儿软什.建屯地铁辆.轨道韬合动力学摸型,针对辆行驶: .碱抓轨道站构小、:线线路州,刘曲线、住、曲线线’唑、坡逋改胃、曲线超高 等的膨叫等进行了仿真模拟计鳍分析.井分析了不亓轨道 振炎,平『成抓轨道结 力棠优化埘轨道动山叫应和钢轨磨耗的叫。 钻粜表』:以小二三线、短趴离缓和帅线、四线外轨址超高、睦 人坡坡越等能』】【】夫轮轨作川力,降低乍运玎安全舒适瞻会毗加人俐轨 侧船,坩人钏轨波肼产生呵能性:四线运行过程?一,轨底坡的娴牿膨考虑线路 的超离设,可采;酬两内轨轨底艘的疗式降低内轨轨浊腓和删辫;雠臣轨枕 的效粜较蚶,州通道床的 【减振措扣轨道结存降低轨通站曲力应厅 效架 娃:减振器?件轨道结陶地段择幼产生较大制轨艚,梯形轨枕次之.掸 胜短优刖普』?道眯作抑制铡轨麝牦厅而效粜较:出振器扪什、梯臣轨沈唧肚 短扰轨疗棠化能降低州轨腓牦功普:年?孵冈数值,对础晰仃止作川。 关键词:轨道结::;波螃:小??线、住:坡度:影川訇 豢减缓十施 分类号: : 四、 . .】 九 . .、 、 . ?~:、、: 、、 ?、? 、. .~?。 】 口【‘ : : 。 ; :: : :』 目录 ‘”文摘要 , , 第章绪论选题背景及意义 】选题背景 研究意义城轨道交通轨道结构减振降噪措施研究现状 减扳型扣件 浮辩扳轨道 . .嵌入式轨吐结构 【. 弹性史承式轨道结构梯’钭轨道结构制轨腓牦概述 小史究内容 、线型刘轨道动力特性及磨耗影响分折 纵断 线型对轨道动儿特性及磨耗影 自分折. 】 、:道减振类型和玎案优化影恻分析锏轨踏牦影“向闲索殷碱磨 措施研究 刨斩点 第.章地铁车轴动力学模型与仿真 多体系统动力学职论 . 轨道动学汁弹耶沦 车辆.轨道动力学模型一 .】 辆;型 轮轨接触儿何非线咄:? 轨道模型 轨道不、刚? . 地铁午辆原始参数 地铁车辆动力评价标准 乍辅运行安全性 乍舳运行舒适陛 轨道结构动力作用轮轨磨耗评定 . 本章小结第三章地铁车辆一减振型轨道曲线运行仿真分析地 铁车辆曲线运行动力学仿真分析 轮轨相互作用力车辆运行安全平 稳性 轮轨接触磨耗列车速度对动力特性及钢轨磨耗的影响 . 不同轨道结构动力特性及钢轨磨耗对比分析 . 本章小结 第删章乎纵断自】线型对地铁车辆影响分析地铁车辆曲线运行平 面线型影响分析 曲线半径影响分析 . 缓和曲线睦度影啊分析曲线超高影唰分析地铁车辆曲线运行纵 断面线型影响分析坡道形式影响分析坡道坡度影响分析 . 被道长度影刑分析本章小结 第章地铁轨道结构 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 优化对钢轨磨耗的影响 轨道减振器扣什方案优化对钢轨磨耗的影啊 ? 扣件【密措施影向分析 扣件垂向刚度影响分析扣件横向刚度影响分析 小结 梯形轨枕方案优化对钏轨磨耗的影响 .枕下垂向刚度影响分析 . 扰横向刚度影响分析梯形轨枕质量影响分析 小结 . 弹性短扰方案优化对钢轨磨耗的影响 .】 地板垂向刚度影响分析. 靴套横向刚度影响分析弹性短扰质量影响分析 . 小结 . 轨底坡调整对钢轨磨耗的影响 . 本章小结 第章结论与展望 】 二掣研究结减磨措施与建泌需进步研究的内容参考文献 作卉简历 .. 独创陛,川 学位论文数州集第章绪论 第一章绪论 选题背景及意义 选题背景 九?纪六?代【吐界.第一条地铁线路在英刚伦敦建成。肆后. 随着私人 轿乍发醚.城市交通?靛的紧张,人们逐渐的认为缓解城交通圳 堵的垃乖质方 法在:人砬的建设运量人的城市轨道交王匝系统。世纪??以术,特别是 匕年代以后,全上界已经建成或在建的城市轨道交通线路在迁渐的增多, 地铁的运营程已达七干多公‘,?前还有许多城市在建矬或簿符建改地’铁 路。 近年来.随着经济及城镇化的陡速发胜,城客运鞋大喃蝌,化些特大 城【纯聚川带胤公?交通系统绛不能适应我国城镇化的实断,爵求。随着哉 九城变工匝的进谜发艇,轨道变通越术越受到重视。建没以大拜鞋划逆交道为骨 彤成个包女地面、地下、高架多甲丽、多交通模式的现代化变通卅络,是 钾决城仃变通叫题,特别足像北京、海运样大城『’『交通问题的必然选择。同时. 个 城轨道交通项的建设,足个城?矬漱史:最大的公镛:堆础设施.址 涉及面』、综合陀似慢的系统二干。它的建&是城『发展?订午』;, 埘城『 的全局和发联艇,?部将产乍深远的影叫“。 ? 蚍『轨道交通具有片地少、载客惜人、运载效率高、仃省能源、染少, 使川寿命等优势,再加卜有自己们专』:通行道、与城市道路没订、岍交叉、不 受,?内道路交通的二扰等特点,城市轨道交通见订蚝他何蹄而交地儿无法比 拟的优越肚,址解决州叫集,、客流量特刖火的城交通问题』仃效和嫩,怂 厅式。经历了多年勺发艇,?:界已有多个刚家和地卜近个大 中城市修建了总之约 定打的地铁,有多个?家与地【的多心城 修建了总 的城市轻轨交通线路。发碰城市轨道变通绝成为解决大城 『丁交通州堵司题的重要于段,当前被广泛使川的城市轨道交通方式坚柯地下铁 迸、『郊铁路和轻轨铁路,它们组成的轨道交匝已成为世羿”多人部莩运变通 的舒二”。 年剑‘,。蚓建设有轨道交通的挑订,扒最辛』 个增』?到 个,运营电稚从 增由?到 .年窖运总最这亿人次.其巾,北京 地铁的满戟孝羽啦车运行均屣世界第’。根据卡步统汁,截砸年钔氐.仝北京交通人学颐学位论 国已有个城市的轨道交通近期建设 规划 污水管网监理规划下载职业规划大学生职业规划个人职业规划职业规划论文 获得国务院批复。到年前后,全 国将建设条地铁线路,总罩程公罩,总投资亿元。截至年 月,北京、上海、广州、武汉等个城市北有条、公晕地铁线路同 时在建。北京地铁一号线是中国第一条地下铁道,建于年月,第一期: 程全长 ,于年不始投入运营。随后,号线、号线、地铁 号 线、八通线肫继”通运营。年奥运会前完成建设的地铁号线、号线一 , 期含奥运支线和轨道交通机场线,新增运营里程 ,累汁达到 客运量平均月次。年月,北京地铁号线证式不通运营, 号线是国内 次建成地下线长度最长的城市轨道交通项目,使北京轨道变通运营 罩程达到 .在殴备与安全标准上也响所提升。年月 ,北京 市交通委、北京市发展和改革委等联合制定发抽《关于优先发艘公共变通的意 见》,《关优先发展公儿交通的意见》提北京婴逐步建立以快线网为片架、普 线网为基础.支线删为补充的三纽公共交通网络,蜘划到年北京 轨道交通 线路将达到条,运行阻程将达 。在术来余年罩,我国个城市含 ,总 个已获圈家批复将于近年开工的城市建没轨道交通线路总长约 投资会达到亿元?。 然而,城道交通系统倒?一般均为肼民居住比较密集的区域,建筑物密 集,随着城『『『轨道交通密度和荷载的不断增加.轨道交通引起的噪声振动的影响 越来越刿甚。其叶地铁车辆产生的轨道结构和下部壁础振动通过士体向外传播. 进一步引起附近隧道结构年?柏邻结构物的第二次振力,对人们的常生活汞社会 作造成了很大的小利影『州“。 随着社会生活的进步,人们对社会环境和生活水平的要求越来越高,彤成了 走环境经济可持续发腥道路。传统的城市轨道交通结构对附近地而建筑物产生较 人振动币噪声影‘忆搬动和噪声:耍由:轨道的彳:平顺和轮轨州相?作用而产 生,其噪声通过空气传播到建筑物。成为 次噪声;而振动通过轨道结构、 道床、衬砌、地基等传到建筑物上,再通过建筑结构本身的耦合放大作川而激发 出楼层的低频振动,振动源中没有衰减掉的高频成分则通过墙壁和地板、天花板 发出结构声,成为一次噪声四?。 城市轨道交通减振降噪技术主要从车辆、轨道结构、道床及奠它相关殴备方 面进行研究。在轨道结构方面的措施包括使川重型的钢轨、超睦尤缝线路、在钢 轨外弃;粘贴减振 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 、日盛振型扣件结构:使用减振型的轨道结构包括浮旨板道床、 梯形轨枕道床、弹陛短轨枕道床等。其它减振降噪措施包括在城市轨道交通线路 使用隔音声群障、粘贴吸声材料等三?。 我困在减振降噪方面的研究比国外要起步晚。我囡香港、北京,忙海、洛阳、第一啭绪论 济南、州和椿圳等地铁线路和部分火铁蹄线路等采用了减振型扣件、梯形轨枕 浮置敝道床和隔音消一等措施。研究意义 北京地铁叫号线针对不区域采用了多种轨道减振措施,如弹性矩忱、科隆 蚩轨道减振器、梯形轨枕等多种减振型轨逆结构。然在段的运营 之后. 部分区段卅轨不始产生较大的均匀磨耗,随着运营时?竹推移,胖耗引起振动 及噪声问题几趋严重,引起建设、笈训、施工及养护维修等备方的泛关注。 ?城市轨道交通线路的曲线半径很小,乍站之的距离议短,二辆停”’ 纠带动挪启动,『止抖轮轨的廓瑚逐渐?剧。城市轨道兜通的运们地铁轨酋 结均的波浪彤脚牦是值得关注的问题,‘对地铁车辆和轨道结构的动山学陆能订 很人的影响.船自乍辆的运行安全和舒适陆.并且破、二轮和制轨的蹄形状【?。 本文对同纵断?线型、轨道减振类型和轨笪结构方策优化的轨道结 动力特队和钢轨解牦进行分析,井对波饼的影州豢进行分析.希望能对解决新 缱线蹄肄常波腓问埋、改进建线蹄减振降噪措施以及新矬城轨道变通注意于砸 防波糜肌琢起到警雕帮促进作用。 城市轨道交通轨道结构减振降噪措施研究现状 轨道结构按轨形的不分为蚺炎:仃砟轨道和无砟轨道。柯砟轨 道避眯山怪敞的僻石组成,在列车倚救怍川.道砟勺腑损、坍塌、“揶陷入蹄 培以及制轨和轨枕的变形,都会引起轨道的残余变形,产卜轨道小平顺。无砟轨 道结构与丁砟轨道结构的报木区别?于?塑性变形小、州久好的混凝业沥青 材料代皆了订砟轨道结构一容拼磨奉、粉化和破碎的道砟材料。缺一量足卡』期投资 必离.刚腰较人.轨道弹性较蔗,振动噪声较人。随糟人们对活水’的要求 越来越商,尤砟轨道结卜在琏渐取代有砟轨道结构。前尢诈轨道结已经是 肚界地铁和轻轨线蹄的一要轨道结匈造’圳“?。 城市轨道交地虽然在运营等方埘与铁路订所区刖,仳是轨道仍址城『『轨道交 通运营啦蔷的丛九,仍山制轨、连接零件、轨枕干?道眯、道衍及她他卅属设备组 成,轨道结构州惮豇接承受列年特戡,引导列午运行。特性和要求并尤大的 别。娃,【 城轨道交迎接近人密集的茎。衍翌运背【勺安全、’稳,舒 通性』,同时,对振动‘,噤声控制的要求大大商人铁踏呐受求。 射外.十城 鹏道交通的行车镑度大.它的维修一天商”时;』虹,因而,需篮轨道结构其有较目交通学坝学位论史 好的耐磨性,能够减少维修和养护。城市轨道交通对轨道结构的基本要求如下: 结构简单、整体性强、具有嗥固性、稳定性、均衡性等特点。确保行 车安全、平稳、舒适。 具有足够的强度、刚度、便于施工,易于管理,可靠性高,使用寿命 长,可以减少维修或者避免维修,并利于闩常的清洁养护,降低运营成本。 对扣件,要求强度高、韧性好。 采成熟的新工艺、新技术、新材料,满足绝缘、减振降噪和减轻轨 道结构的自重等需求,尽可能符合城市环境、景观等婴求。 我国的城市轨道交通线路日自聚用的减振型扣件、浮置扳轨道、嵌入式轨道、 弹性支承式轨道和梯子型轨道等减振型轨道结构。 减振型扣件 打件.是联结钢轨与轨枕的重要部件,也称、叫联结部件,其作用足保持钢 轨在轨枕等轨犟础上的证确位簧及钢轨与轨枕?可靠联结,阻铡轨的纵横向 移动,为轨道结构提供一定的弹性,减轻振动,延缓轨道畦余变形累秘。俎此扣 什不仪要具箭足够的强度和扣凡三力,还应具有良好的弹性垧一定的渊整能力。槭 振型扣件在轨道结构的减振降噪设汁中应用较多。扣件的研制在刚内外有卜百 种,我国血研制了很多扣件产品。比较兆型的有轨道碱振器扪件、型扣件、 酗?件等川。 轨道减振器扣件 麦类型扪件山德固于牟:研制.首次用于科隆地铁,困兑外观早蛋形.战 称为科隆蛋扣什。盛顿地铁从德国引进并加吼改进,称作蛋形扣件。纪 年代,我幽也研制类似的扣件,称作减振器扣件,为全弹性分不式三阶&振扣 件,适川于炬体道床减振要求较高的地段。干世纪年代分别川于上海地铁和 广州地铁。轨道减振器是轨道减振的新形式,能有效地减少振动和噪声,减振效 果与浮胃板轨道相当,但较浮霄扳轨道可减少隧道净空高度,节省造价,且施工 和维修方便。 科隆蛋扣件的主要特点是利用承轨板与底座问的硫化胶圈的剪切变形柬获 取弹性,扣件竹点刚度一般为/,最低为。用于海地铁的减振 器扣件节点刚度约为】/.广州地铁一号线基本相同。 由于减振器外形为椭圆形,且橡胶圈与承轨扳、底庸硫化成为整体,可避免 应力集延其使川年限。橡胶圈为锥形,能较充分利用橡胶四切变形,具有 良好的弹性。保持轨距能力较强,绝缘性能好。轨距、水平调整垦较大,钢轨高低叮胡量为,右町响篮为 幽.科隆蛋扣 一’卧’融及一型扣件 ..’?、?投’扣? 浮置板轨道 划.迪据乐多大轨铁路 的无砟浮甘王式轨道 浮臀扳式轨道结构包括两种基本类型: 谜续现浇浮置扳;轨枕扳式预北京变通大学坝。学位论立 制浮置板。连续现浇浮置板是在橡胶隔振热上铺一块金属模板,然后将混凝土 浇入余祸模板。但这种类型施工和维修均不便。轨枕板式预制浮置板应用较为 方便,根据板下橡胶支承方式的小同,可以分为整体支承、线性支承、分布式 支承三种类型四。 酣浮置扳式轨道结构不意酣 嵌入式轨道结构 埋入式轨道即把钢轨刚弹性体置入混凝轨道槽内,埋入深度至轨头下部, 迎过弹性体的弹性变形柬获得战振降噪肚能。其结构特点是将轮轨振动能量转化 为热能并干以吸收,从而降低轮轨噪声。在高架线路上,与普通钢轨相比较,其 车外噪声绒可降低,同时, 口降低对桥梁的振动四; .一?掣?? 一蕊 ??.????? 、??? 一旧曩一?? ,一一鬣 黪一一 一瑟一~ .弹性支承式轨道结构 ,,为解决支承块式整体道眯轨道弹性的不足,在支承块下增设橡胶蚺饭,井用 弹性套靴包裹支承块,提供轨道垂向和纵横向弹性,形成弹性支承轨道。支承块 下橡胶毕板的川度,可根据同的运营条件和减振降噪盟求,“较宽范围内进行 稠整。因此,弹性支承轨道具宵较广的适不范围,从城市地铁到客运专线干?高速 铁路.郎有弹性支承轨道成功的例子。 结构形』? 轨卜胶毕及忱胶牡为轨道提供丁良好的难向弹陛,降低了道眯应力,橡胶 包套为轨道提供了良好自横向弹性,因此轨道具有较好的城振降噪效果。北京地 铁东凹条站试铺了这种轨道,现场测试车辆簧下振动加速应值,较般地段牡 体逍床减少%坛右,与订砟轨道相比, 振效果达~ 。眦包簦的材质、 韫凝.道床的连接以及?换技术等,还需要进步研究。 弹肚短轨枕轨道已广泛地在荚幽华盛顿、巴尔的摩、、特兰大、赞城等城 地下铁道、蛭蚓蛙吉利海峡隧道、德州、法吲、意大利、木和我旧秦岭 隧道、广州地铁等许追铁路嗣?山铁隧道中铺吐使。 恕轨枕为××左右呐级普嗵制】混凝:预制什。 ,尺要求严格, 像腔乜套的作『 篮址缓解列乍横向衙牧.乜到掣 与越忧接触的凹剧恻嘶鞋有沟精.忱底接触面尢沟借。也套静川发约为~ /.使用寿命约年.川维修或更换。 【刿.收围秦岭隧道内弹性支承轨苴断血削 忱采? 厚微孔或泡沫橡胶毕,咬举上下表而川盐。醴沟储,以满足 胤定的峻镪刚度要求。对于列车进度较高或减振降噪要求小商的地段,为减小船 /。 轨枕勺位移,枕眨毕的?度宜梢商一世,秦姑隧道内定为~ 埘丁列车速度较低且减报要求较高的地段,枕胶挚刚度”尽量降低,【【卅地 铁定为~ /。荚幽地铁上单陛魁轨枕的支承刚度还巫低,将轨道总的支承刚度降至 /,具有很好的降低噪声及减振性能。 × 疑:道床断而尺寸约为 ,用级混凝土浇筑,按构造 和工程经验配筋,可采用与普通混凝上支承块式无砟轨道相同的配筋。 填北砂絮 基础谢甜 。 什支轨世砸轨枕细挪?造 梯子型轨道结构 这科轨道结构是基于普通钏筋混凝土轨枕、法幽双块式轨枕、酱通板式轨道、 框架式扳式轨道这四种轨摹佻形式结台发』来的一种轨道结构,既能往有砟 轨道上铺醴,也能与基础结合在起成为无砟轨道。梯了型无砟轨道是日本铁道 综合技术研究所不发的,曾在美国线上进行了 犬轴重考验 实验,取得成功,在本的城市轨道交通系统中已经不始应用。浮背板式梯子型 无砟轨道如幽所示四。 ? 剽梯,轨道结构 试验表明梯子型轨道具有很好的承载能力平?横向、纵向稳定性。无砟梯子型轨道.特别足离架桥:无砟梯子型轨道具有自熏轻、低振动、封维修、造价低、 挺高桥梁抗振能力等突出优点,是无砟轨道技术的重大突艘,有.&取代扳式 轨道。特别是浮肖扳式梯型轨道具有自重轻、造价低廉、止振敛粜傲韭的优点, 其中 频域附近,振动噪声降低高达, 钢轨磨耗概述 刑轨磨耗主婴是指铡轨的删面磨耗、波浪形赔耗,以及交例麟。蹙难直 麝耗帔情况下址?‘常的,它随着轴重和通过总委的增加而增大。耵道儿彻彤位 改罱不“,会他乖直肼牦速:加快,这是要聃』‘,通过闱牡轨道』尺寸解 决?。 】嘶磨耗 口】面靡托土韭发生在小、径?线的外脏钏轨,是莳线川轨份授们上要 娄型。列’在?线上运彳时,轮轨胯擦滑动是造成外轨恻肼呐小木原嗍。 列通过小径胁线时,通常会出现轮轨曲点接触的情况,这叫发恤的删肼最大。 改磐列车通过四线的条件.如果刚墉耗型乍轮踏斫,采川径向转川架等会降低侧 螂的建率。 轨头髓问琏剥离坑钳桡剁离詹 钢皱珊擞 蚓.她’“曲线外轨船损 近年术,在我州铁路提迎线路“线钢轨出现以交踏侧肼,形成周埘 性轨道不’川《,称真线钢轨不均匀删磨。其?眦导致提迹机三.辆激烈摇兄。 线钢轨删墙】叫题,实质上赴机乍乍辆直线卜横向失稳问题。这时轮缘将接 触或撞?钢轨。任没有周期?的方向等小’十蚬的激扰.机:苹辆超临界述度运 行时,这种观像?自激蛇行振动产;当有心期性方向等瞵向小、舢顷激扰寸. 对这剃馓扰敏感的机车车辆将蛇行失稳,导致车轮轮缘/,?在接触或撞,钢轨,地北自交通大学?。学证论立 成轮轨侧面廉耗。 钢轨侧磨速率的大小主要决定于轮轨之间的冲击角和导向力的大小。交替侧 磨的特征有:不均匀侧磨波形呈等左右交替;磨耗波连续成群,每群的波数 有较大的随机性;磨耗量由小变大,再犬变小,在一般钢轨内侧形成半波,其 波睦范田基本固定,与磨耗幅值无关。 对交特侧磨一定要重视早期的榆查发现和防治,早期检查发现, 一般以动态 轨道枪杏仪添乘陕速列乍机车为主,如发现在较短的地段内有连续地左右横摆, 水、速度稿? 以上月连续次在例一地方重复出现的,要加强静态的检查, 如发现直线段钢轨例呵有交特发亮的侧磨光带时,就坚及早采取综合防治措施。 波形糜耗 波形磨耗足钢轨踏而往全山现嗣期陲高低不平的波良状磨耗,轨头下颚和 粘个断丽保持平直。按其波长分为短波或称波纹型磨耗和长波或称波浪型 磨牦两种。波纹型磨牦为波长约~,波幅 ~的周期性不平顺: 波浪型磨牦为波长以,以下,波辐以内的剧期性不平顺。 俐孰剽离屡 锅轨孵掼 划.典曲线内轨磨损 列车速度较高的铁路上,耍发撇纹型磨耗,且丰要出现在直线和制动地 段;在车速较低的重载运输线上上要发生波浪型磨耗,一般出现在曲线地段: 此外,城市地铁运营过程?,铡轨波磨的现也较普遍。波磨会引起 很高的轮轨 动力作用.加速机车车辆及轨道部件的损坏,增加养护维修赞用:此外列车的剧 烈振动,会使旅客不适,严重时还会威胁到行车安全:波磨也是轮轨噪声的来源。 影响钢轨波磨发生发展的因素很多,涉及钢轨材质、线路及机车车辆条件等多个 方而。世界各国都在致力于钢轨波形磨耗成因理论研究。日阿,关于波磨成因的 理论有数种,大致可分为两类:动力类成凼理论和非动力类成因理论。总的束说动力作用是钏轨波磨彤成的外幽,钢轨村质性能是波塘的内因。解决钢轨波 废问越,的丕没有有效的办法,主矍依靠钢轨机械打磨柬消除波皓。此外,川 连续接法消除钢轨接头.采用耐烤钢轨,故善轨道弹性.合理设霄超尚,轮轨 系统商足够的尼等措施血?延缓波磨发展, 本文研究内容 平面线型对轨道动力特性及磨耗影响分析 ,地铁四号线币同区域、『【面背采用了多种、?雌’弘,篮订咀 : “线地段 【;曲线地段 缓和曲线地段 型曲线地段 其中后面种线型还包括不同曲线、径干?逝线、缓和曲线、嘲?线之过 渡等晴批。利川多体动力学软仆建?不同、吲线型的地铁辆一轨 道.;横’鹌.汁弹其轮轨栩.力及轨道振动特性等;对比不川下“扯村 的轨道动特性,分析不问下断线型埘轨道动,特陡及轮轨衅牦够响。 .纵断面线型对轨道动力特性及磨耗影响分析 北京地铁叫号线小刊区域的纵断『霄存矗:多利纵断面线型,韭为以 种: ’道地段 ‘“坡地段 人字坡地段。 蜱;,巾 域『人宁坡存在不『司坡避坡度、卜坡方向等分类,?、逆、一 嘶坡和人字坡之问存订坡道过渡等情况。利川多体动山学软件建、 同纵断嘶线型条件下的地铁车辆一轨道互作?模型,计算其轮轨帆咀作川力及 轨道振动特性;对比小同纵断面巾背条件下的轨通动山特..分析小州纵断面线 型埘轨道动力特睢技轮轨辟牦的影响。 .不同轨道减振类型和方案优化影响分析北京交通人学删。学位论』 北京地铁四号线不同区问线路平面和纵断面的线型是相互结合而存在的,采 用了多种减振轨道结构型式,有轨道械振器轨道、弹性短轨枕、誉通道床和梯形 轨枕轨道等。在分析地铁轨道动力特性及轮轨磨耗时,需要综合考虑线路平纵断 面线型和轨道结』型式的影吼并分析轨道结构方案优化对钢轨磨耗的影响。 例如,北京南站至陶然亭区问平面如置为 型曲线,存在多处直线、缓和 曲线、吲曲线的过渡,止线轨道结构存在多处普通道床、弹性短轨枕、梯形轨枕、 轨道减振器的过渡,右线轨道结构也有普通道床、梯形轨枕、轨道减振器等结构 的过渡。冈此,桃抓马家堡至北京南站的曲线线型下如置原则,选取刁;同的轨 道结构型式,对同曲线段以及坡道地段的动力响应及磨耗进行分 别研究。 .钢轨磨耗影响因素及减磨措施研究 ;据埘不半纵断面、不九轨道结构式和轨道结构方案优化下的轨道动力 特沛钢轨磨耗进行分析,结合现场测试结粜,对钏轨磨耗的影响因素进行分析, 恻如?线线型、曲线半径、线路纵坡和轨道结构型式及轨道参数等吲素。 根据现场测试结果和理论训算结粜,埘地铁小半径曲线地段钢轨波磨;磨 问题提山切实可行的减磨措施。 创新点 通过多体动力学计算理论较全面的建立了小同平面线型条件的地铁 车辆一轨道模型,分析平而线型剥地铁线路动力特陡及轮轨群耗的影响。 较仝而的建立不同纵断晰线型条件下铁车辆一轨道模型,分析纵断 面线型对地铁线路动力特陆驶轮轨磨耗的影响。 根枷北京地铁四号线减振型轨道结构的实际应用情况,对不同轨道型 式和轨道结构方案优化进行影响分析,对波麝出现区段进行调研 及仿真,并将计 算结粜与现场试验帽验证。 根据平纵断面线型和减振轨道结构类型等对地铁线路动力特性和钢轨 廓耗的影目分析,提出波赡和侧磨发展的影响田素分析结粜,对设计及运营部门 在改善轨道磨耗现状过程提供建设性意见,并提出切实一,行的钢轨减磨措施。第一章地铣下辆础山掌模’“’仿真 第二章地铁车辆动力学模型 多体系统动力学理论 多体系统简称动力学,足在经典力学蛙础发磋出求的新分支。 在经鲍刚体系统动学基眦..经历了多刚体系统动力学干?计算多体系统动力学 个发展阶段,们已经越一成熟。 /模块足软件的附加模块,它?以对铁路系 统动山学进行仿真分机。被什处】和,、软什的广泛 接?友好的操作羿面、经过实验验正的轮轨接触建模以及优片的仍精度和仿 巍效率,他作为彩体系统仿真』已。。泛应到铁路?仿真领域, 本文逗川动力学软地蚀乍辆系统进行动力学仿“研究, 多体系统动力学模型主要‘物体、约束、铰干?力元个要素纽成.模型荇个 部分通过标志二定义运动关系。 .轨道动力学计算理论 连续支啦梨模’‖拼? 连续弹肚支承无限眭粱模型足/米分析轨道动力特肚的艇’叭它的思路 是将钳轨当作 粱或巢以无愀,轨摧甜铷】破视作 一麒或多蜃连续弹簧阻尼结构。酸模型?钏轨为弹性支承:‘正限睦救拉粱.与 静力分忻不同的是,往分忻轨道的动力特胜时,杖型中苟晦了钢轨单能长窿的质 量小训轨雄础质量。 ,此模型蛙础稍作改进,考也轨牡的阻尼以及其参振质鲢后,浚枝撄 以的动力响应衅。模’融示意罔如蚓所示。 词以给出轨道在 悭 单层连绌盘承粱挂’??? 二 为了进一步考虑轨枕质量的影响,原有的单层模型逐步发展成双层模型以及 多屡模型。同本铁路在多年试验的基础卜提出了三层轨道连续支承梁垂向振动分 析模型,如图所示。 多 ; 型.二层连续支承柒模’口 弹陛囊支承轨道模型?旧四 连续弹性支承梁轨道模型,虽然有建模简单、方程易于求解等优点,但川这 类模型模拟轨道系统时,存在如些问题:在实断轨道结构中,轨枕是离散的 分布于钢轨,并哿铡轨与轨枕联系在一起,换句晤兑,真实的轨下结构 并非像连续掸性支承梁轨逆模型中所描述的足一层轨下均布的支承结构。目『各 个囡家的轨枕仍以横向轨枕为主。对于横向轨枕,弹性点支承轨道模型比连续弹 ?.支承粱模,钽更接近丁实际情况,其次,轨道病害造成的轨下支承失效如扣件 失散、轨底橡胶地层失效、轨枕空吊等情况的动力学分析问题也属于弹性点支 承模型研究的范畴之内。 弹陛点史承模型将钢轨视为柱一系列按一定隔排列的弹簧阻尼系统支承 的欧托梁。其卜算相对连续支承粱模较为复杂.也分为单层及多 层弹性点支 承粱摸,越,层数越多,则能越细致的考虑轨道在动荷载作用的动力特性,如双 层模型较层模型而言.可以分析扣件的弹性以及轨枕的振动对轨道的影响,三 层模型】川以更为干细的分析道脒、路基结构在内的轨道的动力响应为题。典型 的单层、双层及三层弹性点支承粱模型分别如图、、所示。 第章地铣市辆?山学横型』饰喜 型弹性支承粱模删 轮轨系统模型?四驯 乍躺与轨道足 个耦台性极强的系统。实验表明,车辆振动频率较低,轨道 振动频率较高,姓考瞧轨道结构的模’诅分机也可以得到比较满意的轨道动力特 眭。但若进一少研究山轨道不平顺、乍轮彳:平顺引起的轮轨系统振动和冲击、钢 轨的磨耗成爿、列车脱轨条件等时,则必须将轮轨系统的相互作用考虑往内,建 、轨道一车辆鹕合模型。 早铷的汁雄分析模型受计算机的计算能力限制,吲而对较为简扯,时车辆 考啦簧?贡最转向架构架及系悬挂装溉的『分质量、簧质量‘轮对及 系怂挂装省的部分质鬃。撼简坼的山乍辆麓:质量、黄下赝齄及轨道等效质 醚组成的二自【【?堑粲总参数模型如斟所示。这类集总参数挺型一啦用十分析 怍的轨逆功/川应。 斟二门南度集总参数拯氆 拍集总参数模型牲础上更为详细的模型鲥图所不,限艇型以有效的分 析轮轨冲.及短波小平顺响应。簧质带、单层迁续点承桨楼叩 随着算机汁算能/的大幅提涪,业为复杂也更为接近真‘菇情况的模型不断 被建立出束。这些车辆轨道耦台系统模型考柱的因索越束越全【『,升且模型针对 性强,可针对系统的不同动力特点而建立不同的模,乳 ?? 首先是在垂向方向上,广大研究人员进行了大量的研究工作。考虑较为全面 的车辆.轨道难向振动分析模型,如图所示。模型中车体被简化成刚体,考 虑沉浮、点头个白山度,转向架也被简化成刚体,也有沉浮和点头 个自由度。 车轮干不簧质量简化成质量块,备部件之由弹簧和阻尼元件连接,轨道部分是 山钢轨、轨枕、道床和路基组成的三层点支承梁模型。轨枕简化为刚体,道床路 基则简化为集质量块和阻尼,钢轨为连续支承欧拉梁。轮轨接触变形与接触力 的关系,以近似地用轮轨接触弹簧模拟。 幽轨道、客乍难向振动分析栏玳 其次,随着研究曲深入,辆、轨道横向、纵向搬动问题得到了越来越大的 关汁.征巫向模型的基础:.义发展了横向模型、横垂向模型及纵横垂向等模型。 横垂向模型、纵横垂俐空问模型并不是在垂向模型基础上的简单扩腱,除了车辆 和轨道的;台作用外,垂向、横向及纵向也存在着一定的耦合作用。因此,建立 系统的空祸台动力分析模型是深入研究的必然,如图?。 ” 奠 % ? . 士” 互“‘” 工屯“’ 乏器’ ‘ 。: “一 』。 ‰齄 ,, ?毒筑‘:’ 霹群搿霹耘臻臻疆鞫爨强蕊强掘褒蕊勰 ??????????????????堡至些垦:塑些尘兰塑型.堕皇 纵断面 口一 ?、一 。: ,., ,。、一, 一 、 、 . 。 、一 :。 一 ; . 轨札 磺断面 嘲卞辆一轨迸空问髑合动力竹忻模, .车辆一轨道动力学模型车辆模型 仡动力分析汁算?,对车辆系统齐部件进行合理简化.井做山以 假没: ?乍体、转向架、轮对视为川体,不考虑这口部件的掸:变形。 轨道考虑丁?性轨道和离敞轨道两种情况,考虑其不、刚日激扰。 系签挂、二系悬挂、喊振器等通过力元件米定义。 采删 ;;:/真软什建立了地铁乍辆动力学仿典帧’钭.:辆转向 架的牡奉结均卜要有轮对、轴;『、曲架、弹簧装博、减振装符 等,建,戡型时, 车体、陶架、轮埘等采刚体进行艇拟,所有零部件之的连接通过 饺或约求爿乏 定义。 地铁乍车、车拓扑图和 『『真模型见图和幽。二型 魏 幽地铁午辆『『 多体系统拓扑削 【刘 地铁个辆仃真模型轮轨接触几何非线性 轮轨接触几何非线陛要有:车轮滚动圆半径之差与轮对横移量和摇头角之 州的非线性;轮轨接触角与轮对横移之阳的非线肚:轮对接触斑的形状和犬小随 轮对横移的非线性变化。本文采用磨耗型踏面与/钢轨棚匹配。图? 为磨耗型踏?与/钢轨相匹配时轮轨接触几何关系。?一地下辆动山学接型。?真 一 ?父系 :;托’?跗与/钠轨匹艇时轮轨妾触轨道模型 谯软件巾,系统自定义的轨道模型包括刚轨道镆’弘和离敞轨通 艇’啦离敞轨吐艇’伽轨札的移动叫以通过离敞轨道体的运动进行排迷,它们 址通过棚叵连接勺弹簧和阻尼器表不的。离散轨道模型?以模拟菜性轨道, 址质堆块和;簧阻尼器参数利』有限元软件建模等烛漠拟获得。 利?订雕元软件进行减振轨道实体模型的建立,片将所提取的轨 逆结的参数导八 进行制轨磨耗的模拟计算。以减振器扣件、怫彤 轨扎、弹性?忱和豆道床为例,利有限,软件报始相臆由参数分 别进实体建模,如蚓?所示。 钏轨类型为轨,其弹肚模越 叫”/.每米质箍 .峨性 趴; .泊松比为 ,密度为/。混凝:弹.模坚为 ×/,混凝土雌性量为.×’‘/:混凝:掸?馍鞋为 ”’/一,督度为 /。减振器川。轨道第一章地铁印辆功山学模型,仿真 ?越道床轨道 ? 中的四种轨苴模刖 坩于轨道结曲参数的选取主要有以约定: 轨道川度的选取。软件中需矍的刚度是轨道结构的整体刚度。 轨道质量的选取。软什中需要的轨道质量足轨道结构狂与轮对 女触点附近扣什川距范【目内的轨道质量。 轨逆:尼的选取。软什中需要的灶振动系统弹簧尼。 轨道不平顺 轨逆不、刚?分类 为了雠【难机乍辆安个平稳地运行,轨道必须给宵轮缘的轮提供 连续平顺 滚动的接触柱,为此要求轨道』柏 定的几何形位如、水、轨向等。 两制轨?离低和二右方向与钢轨理想位背几何尺寸的偏幕称为轨道小。轨 道小平顺对机乍’辆系统是“利峥部激扰,是产/车辆系统振动的主要愀 螈.是导致列车事故曲琏本原隧。 列在轨道卜运铆十.山』一客观存在的轨道不 、:轮不嘲匝、乍辆的蛇 行运动等原吲.使轮轨系统产冲击和振动。轮轨不’顺是轮轨系统的激振源, 不、俐《的波、波深、出现位衙都有很大的不砷定性,凼此振动技振动产:,的简 载是随机的。轨道小平顿随机变化胤律的函数描述,是机:乍辆与轨道系统动力 分析的重噩些础资料,这种动力分析是现代机:’:自和轨道设计、养护和质最评 仆的婴手段。 从波乇的舶度看.小半顺?叶分为睦波小平顺、中波不’剐吼和短波不?匣。波以下的短波不平顺,引起原凶要有钢轨波很形缝牦、焊接接头平或轨 面擦伤、轨枕等.短波女会导致轮轨动力增大,噼声增加.行乍速度愈北京变通人学倾学位论』 ~ 的中波不平顺主要由新钢轨轨身 高,冲击愈大,运营成本增加;波长 水平、轨距,以及接头、焊缝处道床沉 不平顺,轨道结构的高低、轨向、扭曲 会加剧轮轨动作用力和噪声,使安全、 降形成的周期陛高低不平顺等因素引起 至上百米的长波不平 平稳、舒适性等受到影响,同时运营成本增加:波长 顺形成原因有路基、道床不均匀沉降.中跨桥梁挠曲变形,桥梁、隧道头尾刚度 差异等,会导致快速、高速列车的振动和舒适性降低?。 从方向的角度看,不平顺可分为垂向不平顺由高低、水平、三角坑和钢轨 裘面不平顺引起、横向不平顺由方向和轨距偏差引起、复合不平顺同时存 在横向和垂向的不平顺以及曲线头尾几何偏差等。 从动、静态的角度看,轨道不平顺分为动态不平顺和静态不二。动态不平 顺足指由于轨下堆础弹性不均匀,如扣件失效、轨枕支承失效、路攮不均匀以及 桥梁与路基、桥与桥台、路基与隧道等过渡段的弹性不均匀所造成的不平顺。动 态不平顺足川轨捡车测得的在列车车轮荷载作用下才能完全显现出柬的完整的 轨道不《,能真实反映轨道状态。静态平顺是指由于轮轨接触嘶不平顺、不 连续接头、道龠及轨道和基础的永久变彤而造成的不平顺,无轮载作用时, 肝】人二或轻型测量小车测得”】。 从出现的周期的角度看,有离散陆、周期性和随机肚不平顺。由道精、低接 头、钢轨上的个别擦伤、线路上的个别坑沣等引起的不平顺,属于离敞性不平顺: 由有缝轨道的接头和炳接钢轨的焊缝以及钢轨波形磨损、轨枕的歇效应等形 成的属于周期陛不平顺:而实际轨道存在们不平顺是无法用一项或几项确定性的 函数柬描述的,其波长和幅值都是需用统计特征值描述的随机变量,即随机性不 ,川?。 提高轨道的性必须在轨道的设计、轨道部件加工、铺设和养护维修等各 个环即格把关。要保证路基的唪固、稳定,控制工后沉降等不均匀沉降,提 高桥梁刚度、控制动挠度。对于有砟轨道采用硬质、耐磨的道砟材料、分层压实 以提高摊铡质量。在铺轨前的各个环宵控制轨道仞始不平顺,提高钢轨的平直度 和打磨质量,避免轮轨接触面上的短波坷:、。提高轨道结构连续性,消灭钢轨 接头.道箭区钏轨断面、轨枕毛度、轨道刚度都有变化,应注重提高道前结构的 平顺性。提高轨道弹性的均匀性,处理好线路和侨粱、隧道的过渡段,处理好有 砟轨道与无砟轨道的过渡段,减小桥梁的动挠度。提高轨道铺设精度,采用高精 度设备施工,一次铺成跨区间无缝线路,采用高精度大型养护维修机械和轨道状 态检查设备。防由于路基、道床、轨下胶挚弹性不均匀所引起的长波不平顺。 轨道不平顺描述 轮轨系统的激扰是引起车辆轨道祸台系统振动的根源,总体而言以分为确鹅一孽地铁乍辆动力学模型’,仿真 定眭激扰和非确定性激扰两大类。其中确定性激扰由车辆和轨道 个方面的某些 特定因素造成,按照产生的因素和激扰的性质可分为不同的类别;非确定性不平 顺要足轨道,随机不半顺.卜面列举了国内外曰酊比较常用的儿科轨道谱。 ,主要是车轮擦伤车轮踏面几何小圆眦及车轮侗心 车辅方面的因素较为单 等。轨逆方【由因素较为复杂。大体包括三个方面:轨道几何不、川日: 钢轨接头状态不良:轨下基础缺陷。根据这些激扰凼素的作片陆质,又将轮 轨系统确定眺激扰分为脉川型、谐波型和动力型三类”“。 ?卡驻田现令还没有形成适?于我幽地铁无砟轨道线路的轨道浩.舣掘相关 文献资料,选取适用十德国普通铁路的德田低干扰诺作为系统激助进行分析。其 力小刚?与岛低峨样小模拟结果如图一和幽一所日。 ?。.趴黼 图.轨道方向不平顺 ?九 川~ .? 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