基于动力吸振器的浮置板轨道低频振动控制试验研究

摘要

近年来，我国城市轨道交通得到了迅速发展，地铁与轻轨加速形成交通网络，城市交通拥堵的状况得到了明显的缓解，与此同时，城市轨道交通的运营所引起的环境振动问题日益成为一个突出的问题。目前，浮置板轨道是最有效的减振轨道形式，但其在固有频率处因共振作用放大了低频振动成分，对于精密仪器、建筑物以及人体等影响较大。本文在总结国内外轨道减振技术的基础上，针对浮置板轨道低频振动放大的问题，对应用动力吸振器装置的浮置板轨道进行动力激振试验与落轴试验，并着重分析了动力吸振器对浮置板轨道低频振动控制效果，为动力吸振器在浮置板轨道上的实际应用提供必要的基础研究数据。
　　首先，基于不同形式减振轨道的文献资料，梳理了国内外常用的轨道减振技术，包括钢轨上、扣件系统处、轨枕下、道床板下等振动控制措施，并总结了国内外浮置板轨道研究现状以及待解决的问题。目前，浮置板轨道结构是所有减振轨道结构中减振性能最好的，但该轨道结构在低频共振区会出现振动放大的问题。
　　其次，依据实验室实尺浮置板轨道参数，建立了浮置板轨道三维有限元模型，并对浮置板轨道模态进行了仿真分析和实测;根据浮置板轨道动力吸振器的设计方法，得到抑制浮置板垂向模态的吸振器的设计参数，并结合车辆-轨道耦合动力学模型与应用动力吸振器的浮置板轨道三维有限元模型，研究分析了动力吸振器质量比、刚度、阻尼等参数对浮置板轨道低频振动控制效果的影响。结果表明，随着质量比的增加，动力吸振器对浮置板轨道在固有频率处的振动控制效果增加;当动力吸振器刚度与阻尼参数偏离其最优值时，浮置板轨道在固有频率附近频段出现振动成分放大的现象，且随着参数偏差增大，振动放大越明显。
　　最后，根据动力吸振器的设计参数，制作了合理的动力吸振器装置，并将该装置安装在实验室浮置板轨道上;利用加载设备，分别对浮置板轨道进行动力激振试验和落轴试验，研究分析了在正弦稳态激励下和落轴冲击载荷下应用动力吸振器的浮置板轨道的低频振动控制效果。结果表明，在正弦稳态激励下，应用动力吸振器的浮置板轨道的加速度与位移峰值在共振区域明显比无吸振器时低，且支承层的加速度峰值也明显降低，如当质量比为0.3时，在固有频率10Hz处，轨道板插入损失达到13.9dB，支承层的插入损失达到12.5dB;在落轴冲击载荷下，动力吸振器不仅对浮置板轨道的垂向平动有控制作用，而且对一阶垂弯也有明显的抑制作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外地铁常用轨道减振技术

1．2．1 钢轨振动控制

1．2．2 减振扣件

1．2．3 弹性轨枕

1．2．4 减振板式轨道

1．3 浮置板轨道的国内外研究现状

1．3．1 浮置板轨道国外研究现状

1．3．2 浮置板轨道国内研究现状

1．3．3 有待解决的问题

1．4 本文主要研究内容和技术路线

第2章 地铁轨道结构振动评价指标与标准

2．1 轨道减振等级划分

2．2 振动评价指标

2．2．1 加速度有效值

2．2．2 振级及Z振级

2．2．3 最大Z振级及分频最大振级

2．2．4 插入损失

2．2．5 减振量

2．3 地铁振动控制标准

2．4 本章小结

第3章 应用动力吸振器的浮置板轨道低频振动控制分析

3．1 浮置板轨道动力吸振器设计

3．1．1 浮置板轨道有限元模型

3．1．2 浮置板轨道模态仿真分析

3．1．3 浮置板轨道模态测试

3．1．4 浮置板轨道动力吸振器最优参数的确定

3．2 地铁车辆-浮置板轨道耦合动力学模型

3．2．1 地铁车辆模型

3．2．2 浮置板轨道模型

3．2．3 轮轨相互作用原理

3．3 应用动力吸振器的浮置板轨道谐响应分析

3．3．1 动力吸振器质量比的影响

3．3．2 动力吸振器刚度与阻尼参数偏差的影响

3．4 列车动荷载下应用动力吸振器的浮置板低频振动控制分析

3．4．1 动力学计算参数

3．4．2 轨道不平顺

3．4．3 动力吸振器质量比的影响

3．4．3 动力吸振器刚度与阻尼参数偏差的影响

3．5 本章小结

第4章 应用动力吸振器的浮置板轨道动力激振试验

4．1 试验仪器及设备

4．1．1 激振设备

4．1．2 测试仪器

4．2 动力吸振器装置的制作

4．3 试验工况

4．4 测点布置

4．4．1 测点布置图

4．4．2 现场测点布置

4．5 信号采集与处理

4．6 试验结果分析

4．6．1 激振荷载

4．6．2 时域分析

4．6．3 频域分析

4．6．4 动力吸振器振动控制效果分析

4．7 本章小结

第5章 应用动力吸振器的浮置板轨道落轴试验

5．1 试验仪器及设备

5．2 试验方案

5．2．1 落轴位置与落轴高度

5．2．2 试验工况

5．3 测点布置

5．4 信号采集与处理

5．5 试验结果分析

5．5．1 时域分析

5．5．2 动力吸振器振动控制效果分析

5．6 本章小结

结论与展望

1 本文的主要研究结论

2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目