鋼彈簧間距對(duì)浮置板軌道動(dòng)力特性的影響

李貴闊　劉帥

摘 要：為了分析鋼彈簧間距對(duì)浮置板軌道動(dòng)力特性的影響，建立車輛-浮置板軌道垂向耦合動(dòng)力學(xué)模型，從動(dòng)力學(xué)的角度分析了浮置板軌道在不同鋼彈簧間距下的振動(dòng)特性。

關(guān)鍵詞：鋼彈簧間距；浮置板軌道；動(dòng)力特性；輪軌耦合

鋼彈簧支承間距是浮置板軌道結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，對(duì)浮置板軌道各部分動(dòng)力特性和鐵路造價(jià)都有很大影響。因此，很有必要分析浮置板軌道在不同支承間距下的動(dòng)力特性。文章通過ANSYS軟件，建立車輛-浮置板軌道垂向耦合模型，分四種工況分析了鋼彈簧間距對(duì)浮置板軌道動(dòng)力特性的影響。

1 動(dòng)力學(xué)模型

依據(jù)輪軌耦合動(dòng)力學(xué)原理，建立車輛-浮置板軌道垂向耦合動(dòng)力學(xué)模型[1]，如圖1所示。在模型中，將車輛視為由輪對(duì)、轉(zhuǎn)向架和車體構(gòu)成的多剛體系統(tǒng)，車體和轉(zhuǎn)向架考慮點(diǎn)頭和浮沉自由度，車輪考慮浮沉自由度，全車自由度總數(shù)為10個(gè)。鋼軌和浮置板由梁?jiǎn)卧M，扣件和支座由彈簧阻尼單元模擬。輪軌接觸采用Hertz非線性接觸模型。

2 計(jì)算參數(shù)

地鐵列車相關(guān)參數(shù)參照地鐵A型車，浮置板軌道結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)參見文獻(xiàn)[2]，列車運(yùn)行速度80km/h，不考慮軌道不平順的影響，計(jì)算分析了一節(jié)車廂通過浮置板軌道的情況。

3 行車速度對(duì)浮置板軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)的影響

對(duì)浮置板軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)分析，受篇幅限制，文章給出了具有代表性的鋼軌位移和加速度的時(shí)程曲線，分別如圖2、圖3所示。鋼軌動(dòng)位移和加速度的最大值分別為2.974mm和16.09m/s2，其中鋼軌位移滿足浮置板軌道技術(shù)規(guī)范[3]的限值要求。

為了研究鋼彈簧浮置板軌道結(jié)構(gòu)的隔振性能，分析了鋼彈簧間距對(duì)軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)的影響，評(píng)估不同鋼彈簧支承間距的隔振效果。固定其他計(jì)算參數(shù)，對(duì)0.625m、1.25m、1.875m、2.5m四種鋼彈簧間距下的浮置板軌道進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。鋼軌和浮置板垂向位移、垂向加速度以及傳至基礎(chǔ)力與鋼彈簧間距的關(guān)系分別如圖4～6所示。

圖4反映了鋼彈簧間距對(duì)鋼軌和浮置板垂向動(dòng)位移最大值的影響。隨著鋼彈簧間距的增大，鋼軌和浮置板垂向動(dòng)位移呈現(xiàn)出明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)。當(dāng)鋼彈簧間距由0.625m增加到2.5m的過程中，鋼軌垂向位移分別增長(zhǎng)了52.5%、30.1%和21.1%；浮置板垂向位移分別增長(zhǎng)了71.9%、36.5%和24.6%。間距為1.875m時(shí)，浮置板垂向位移達(dá)到3.438；間距為2.5m時(shí)，鋼軌位移達(dá)到4.691mm，二者均超出了規(guī)范[3]的限值要求。

圖5反映了鋼彈簧間距對(duì)鋼軌和浮置板垂向加速度的影響。隨著鋼彈簧間距的增大，鋼軌和浮置板軌道加速度均增長(zhǎng)緩慢，鋼軌加速度的增長(zhǎng)快于浮置板加速度的增長(zhǎng)。當(dāng)鋼彈簧間距由0.625m增加到2.5m時(shí)，鋼軌垂向加速度由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反映了鋼彈簧間距對(duì)傳至基礎(chǔ)的力的影響。傳至基礎(chǔ)的力隨著鋼彈簧間距的增大而增長(zhǎng)明顯，當(dāng)鋼彈簧間距由0.625m增加到2.5m時(shí)，傳至基礎(chǔ)的力由15kN增加到43.17kN，增幅187.8%。

4 結(jié)束語

通過軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析，得到以下結(jié)論：鋼彈簧間距對(duì)鋼軌和浮置板垂向加速度的影響較小，但對(duì)鋼軌和浮置板垂向位移以及傳到基礎(chǔ)的力影響很大。鋼彈簧間距取值不宜過大，否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)振動(dòng)增加、基礎(chǔ)反力急劇增大，鋼軌和浮置板垂向位移超出規(guī)范限制；但鋼彈簧間距取值又不宜過小，否則會(huì)增加施工成本。結(jié)合文章計(jì)算參數(shù)，建議鋼彈簧間距取為1.25m。

參考文獻(xiàn)

[1]李俊嶺，徐鵬，翟婉明，等.鋼彈簧浮置板軌道支點(diǎn)力動(dòng)力特性分析[J].鐵道建筑，2011（1）：106-109.

[2]蔣崇達(dá).內(nèi)置式鋼彈簧浮置板軌道動(dòng)力特性分析[D].南昌：華東交通大學(xué)，2013.

[3]GJJ/T191-2012.浮置板軌道技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

作者簡(jiǎn)介：李貴闊（1986，8-），男，山東鄆城人，在讀碩士研究生，研究方向：軌道減振。