客货混运线路CRTS I型板式无砟轨道动力学性能评价及参数研究

摘要

我国现在大多数铁路运输都是采用客货混运模式，国外也有客货混运的铁路，也有高速铁路运行货车的例子。随着车辆轴重和车速的增加，轮轨间相互作用力会不断加强，车辆对轨道结构的破坏会大幅加剧，如不采取合理措施，这将使日常维护工作量加大，缩短轨道使用寿命。有必要对无砟轨道的动力响应进行分析，只有通过科学合理的结构设计，才能改善轮轨动态相互作用从而确保运输安全、高效的运行。
　　本文利用大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立了车辆-CRTSⅠ型板式无砟轨道耦合动力学模型。建模过程中，对模型各部结构进行合理简化，外部激励采用德国高干扰谱的高低不平顺。基于该模型，研究了客车、货车车辆与CRTSⅠ型板式无砟轨道系统的动力响应，对车辆-轨道耦合系统进行动力学性能评价，并对各部分轨道结构进行参数分析，得到以下结论。
　　1.在客车、货车两种工况下，轨道结构均随着车轮的接近和远离呈现振荡变化。货车相比于客车，各个参数的幅值较大，其增幅在60％～90％左右，但其变化的频率比客车小。引起这种情况的主要原因是:货车轴重比客车大，但车辆定距小于客车。
　　2.通过数据的分析，客车与货车的动力学性能指标均符合我国规范规定。但相较来说，货车工况是线路的最不利情况，轮轨力、车体振动加速度、减载率等指标均大大超过客车工况。
　　3.通过对模型的参数分析，得到了不同情况下的CRTSⅠ型板式无砟轨道的动力响应。分析结构的动力响应变化规律，得出不同参数对轨道结构的影响程度，并对四个参数的合理取值范围提出建议:扣件刚度取65～85kN/mm;轨道板弹性模量取35000～45000MPa;CA砂浆层的弹性模量取200～300MPa;底座板弹性模量取32500～37500MPa。
　　通过本文分析研究，本文认为CRTSⅠ型板式无砟轨道可基本满足客货混运的使用需求。但是在客货混运线路上，由于货车相较于客车，产生的动力响应更大，是线路的最不利工况。客车、货车分线运行是未来的发展方向，会提高铁路运输效率，极大地缓解铁路运输的矛盾。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文选题背景及意义

1．2 国内外无砟轨道发展应用情况

1．2．1 日本板式无砟轨道

1．2．2 博格板式无砟轨道

1．2．3 旭普林无砟轨道

1．2．4 雷达2000无砟轨道

1．2．5 我国无砟轨道的应用与发展现状

1．3 轮轨动力学国内外发展概况

1．3．1 国外轮轨系统动力学的发展概况

1．3．2 国内轮轨动力学发展现状

1．4 论文的主要研究内容

2 车辆-无砟轨道垂向耦合振动模型

2．1 本文的研究方法

2．2 车辆-轨道耦合振动模型

2．2．1 车辆力学模型

2．2．2 CRTSⅠ型板式无砟轨道模型

2．2．3 车辆轨道耦合模型参数的选取

2．2．4 轮轨接触关系

2．3 轨道激励模型

2．3．1 轨道随机不平顺的分类

2．3．2 美国轨道谱

2．3．3 德国轨道谱

2．3．4 我国轨道谱的研究

2．4 车辆-轨道垂向耦合模型的有限元求解方法

2．4．1 软件简介

2．4．2 建立模型

2．5 本章小结

3 车辆-CRTSⅠ板式无砟轨道动力学分析

3．1 客车工况动力响应分析

3．2 货车工况动力响应分析

3．3 本章小结

4 车辆-轨道系统动力学性能评价

4．1 车辆运行平稳性评价

4．1．1 车体振动加速度

4．1．2 平稳性指标

4．2 车辆与轨道动态作用性能的评价

4．2．1 车辆与轨道结构动态作用指标

4．2．2 轮轨垂向力

4．2．3 轮轨横向力

4．2．3 线路横向稳定性系数

4．3 车辆运行安全性的评价

4．3．1 脱轨系数

4．3．2 轮重减载率

4．3．3 倾覆系数

4．4 本章小结

5 板式无砟轨道垂向动力影响因素分析

5．1 扣件刚度变化对轨道结构动力响应的影响

5．2 轨道板弹性模量变化对轨道结构动力响应的影响

5．3 CA砂浆层弹性模量变化对轨道各结构动力响应的影响

5．4 底座板弹性模量变化对轨道动力响应的影响

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 本文的主要工作和结论

6．2 研究与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间研究成果