30t轴重重载铁路轨下橡胶垫老化对轮轨动力学影响研究

摘要

在重载铁路中，轨下橡胶垫是轨道结构中十分重要的弹性部件，起着减振降噪的重要作用。近些年，随着重载货车轴重的增加和运营速度的提高，重载铁路的轨道结构所承受的荷载不断增大，进而导致轨下胶垫的老化速度加快，轨道几何状态难以保持，对货车运输的安全已经构成了严重的威胁。针对上述出现的问题，有必要深入研究胶垫老化现象对轮轨系统动力学性能的影响。
　　本文基于多体系统动力学理论，针对以往研究中重载铁路轨道模型过于简化的问题，利用SIMPACK软件对其轨道模块进行细化分层，建立了具有双层轨道结构的30t轴重货车轮轨动力学模型。该模型能够分别调节轨下胶垫及道床结构的刚度和阻尼，解决了以往研究中胶垫和道床等部件的刚度和阻尼被集中的问题，使得理论研究更加符合实际。然后假定货车的运营时速分别为60、80以及100km/h，综合分析了轨下胶垫老化对整体系统动力学性能的影响。
　　研究结果表明:在不同的车速下，当胶垫刚度取值在20～300MN/m范围内逐渐增大时，车体的横向加速度和平稳性最大值均有微小波动;车体的垂向加速度和平稳性最大值呈小幅度增大;轮轨横向力和脱轨系数的变化趋势较为相似，两者的最大值均在小范围内波动且无规律性可寻;轮轨垂向力的增幅较为明显，在三种不同的速度下，其最大值的增幅依次为7.45％、9.37％和12.45％，因轮轨垂向力的增大会加速对轮轨系统的损伤，故应定期对其进行抽检并及时更换老化的胶垫;钢轨垂向位移和加速度随着胶垫刚度的增大均明显减小，其中胶垫刚度由20MN/m增至100MN/m时，钢轨位移的减小量就超过了60％，表明胶垫刚度对其位移的影响尤为显著;轨枕垂向位移和加速度均增大，相比轨枕的位移，胶垫刚度对其加速度的影响更为明显。假定胶垫刚度不变，货车速度对车辆和轨道的动力学性能均有较大影响。由上述结果可知，轨下胶垫老化(胶垫老化后刚度常大于200MN/m)会增大轮轨垂向力和轨枕垂向位移及振动加速度，加剧轮轨间的冲击力和磨耗以及轨下结构的振动，恶化线路条件;而线路条件的恶化又将反过来加剧轮轨间相互作用力，形成恶性循环。因此为延长钢轨、轨枕、道床和路基的使用寿命以及降低维修工作量和运营成本，应定期对轨下胶垫进行抽检并及时更换老化的胶垫。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国外重载运输发展现状

1．3 国内重载运输发展现状

1．4 重载货车对线路的影响

1．5 轨下橡胶垫的研究现状

1．6 本论文的主要工作

2 轮轨系统激励模型的选定

2．1 国外轨道激励模型

2．1．1 美国轨道谱

2．1．2 德国轨道谱

2．2 中国轨道激励模型

2．2．1 中国长沙铁道学院轨道谱

2．2．2 铁道科学研究院轨道谱

2．3 选定轨道激励模型

2．4 本章小结

3 30t轴重重载货车的轮轨动力学模型

3．1 SIMPACK软件运动方程的理论基础

3．2 在SIMPACK中建立双层轨道结构模型

3．2．1 SIMPACK铁路模块

3．2．2 SIMPACK轮轨接触

3．2．3 双层轨道结构模型的建立

3．3 建立30t轴重重载货车模型

3．3．1 悬挂非线性

3．3．2 变摩擦减振器非线性

3．3．3 侧架交叉支撑的抗菱刚度

3．3．4 重载货车模型

3．4 确定胶垫老化刚度分析范围

3．5 本章小结

4 轨下胶垫老化对车辆系统动力性能的影响分析

4．1 胶垫老化刚度对车体平稳性的影响

4．1．1 胶垫老化刚度对车体横向平稳性的影响

4．1．2 胶垫老化刚度对车体垂向平稳性的影响

4．2 轮轨垂向力

4．3 轮轨横向力

4．4 脱轨系数

4．5 本章小结

5 轨下胶垫老化对轨道结构动力性能的影响分析

5．1 轨下胶垫老化对钢轨动态性能的影响分析

5．1．1 胶垫老化刚度对钢轨位移的影响

5．1．2 胶垫老化刚度对钢轨加速度的影响

5．2 轨下胶垫老化对轨枕动态性能的影响分析

5．2．1 胶垫老化刚度对轨枕位移的影响

5．2．2 胶垫老化刚度对轨枕加速度的影响

5．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果