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基于控制地铁钢轨波磨轨下支承参数取值机理与影响规律研究

刘晓云  
【摘要】:近些年,我国城市轨道交通快速发展,但部分城市的地铁线路出现了较为严重的钢轨波磨,对北京地铁波磨的统计数据研究发现,出现波磨的地铁线路与其铺设的轨道型式有直接的联系。减振器扣件轨道波磨的主要原因,在于轨下支承减振轨道容易使得钢轨承担更多的振动能量。基于此,本文从轨下支承参数研究入手,以揭示钢轨波磨产生原因和控制钢轨波磨的产生和发展为目标,重点研究了轨下支承刚度和支承阻尼的取值机理与影响规律,具体内容如下:(1)以能量磨耗理论和减隔振理论为基础,用解析法论证了轨下支承参数对轨道能量耗散、耗散以及对钢轨磨耗的影响,结果表明轨下支承刚度和支承阻尼取值不当会影响钢轨和道床的振动能量分配、振动能量耗散,这对钢轨波磨的产生起着最为关键的作用;(2)建立地铁车辆轮对及轨下减振轨道有限元模型,分析其动力特性。结论表明轮对的一阶扭转振型为61Hz,与地铁DTⅥ2扣件轨道波磨波长、减振器扣件轨道波磨次波长的特征频率接近,而轮对的一阶垂向弯曲振型为325Hz,与减振器扣件轨道波磨主波长的特征频率吻合,故可知轮对的一阶扭转、垂向弯曲振型对地铁轨道产生相应波长波磨发挥着重要作用;DTⅥ2扣件轨道和减振器扣件轨道都存在着和自身波磨特征频率对应的振型,对轨下支承参数取值影响规律的研究可知,增加支承刚度,钢轨共振频率处的响应幅值会减小,增加支承阻尼,钢轨高阶垂向弯曲振型中钢轨的响应幅值明显降低,这是具有较小支承参数的减振器扣件轨道在278~347Hz出现严重钢轨波磨,而具有较大支承参数的DTⅥ2扣件轨道仅在64-82Hz频率处出现钢轨波磨的原因;(3)建立车辆—轨道刚柔耦合模型对轮轨磨耗进行仿真分析。得知在10kN/mm到50kN/mm的支承刚度范围内,减小轨下支承刚度会加强轮轨磨耗作用;支承阻尼从1.5kN·s/m增加到9.0kN·s/m,轮轨磨耗作用明显减弱,但道床加速度的增幅却较小,因此对于轨下支承减振轨道,为了实现减振而又不至于使钢轨波磨过快发展,应设置较小的支承刚度和较大的阻尼参数,本文结合工程实际给出了建议取值范围。


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