地铁弹性分开式扣件合理垂向刚度匹配研究

摘要

随着我国城镇化的发展以及城市居民生活水平的提高，大力发展公共交通，尤其是城市地铁轨道交通，成为缓解城市交通拥堵问题的首要选择。考虑到地铁扣件系统是整个轨道系统的重要组成部分，本文分析了扣件系统合理垂向刚度的取值，具体分析了弹性分开式扣件系统中轨下橡胶垫板和板下橡胶垫板的不同刚度取值，对比分析得出最优的刚度配比。论文主要研究了以下内容:
　　1、在地铁扣件系统垂向合理刚度取值研究中，通过ANSYS/LS-DYNA软件建立车辆一轨道耦合系统模型，分析不同扣件系统垂向刚度作用下各动力学指标的敏感性，得出不同工况条件下的钢轨振动位移、轮重减载率、车轮振动位移、轮轨垂向力、钢轨振动加速度以及钢轨动弯应力，从而得到扣件系统最合理的垂向刚度取值。
　　2、结果显示扣件系统较合理的垂向刚度在30kN/mm左右，即合理垂向刚度范围大致为20kN/mm～40kN/mm，更精确的合理刚度范围还需更准确的计算参数，并进行现场试验加以验证。
　　3、在弹性分开式扣件不同的垫板刚度组合情况下，通过分析其力传递率曲线、功率流曲线，较高力传递率、功率流均发生在200Hz范围内。对比得出在轨下垫板刚度一定情况下，板下垫板刚度的变化不会引起力传递率曲线和功率流曲线的较大变化。“上软下硬”方案比“上硬下软”方案更靠近低频，总体上向低频段频移约10Hz，这对于地铁扣件提高减振降噪效果是有利的。
　　4、考虑到轨下垫板刚度过小将使轨距等几何形位的保持难度加大这一规律，以及扣件系统刚度尽可能小以提高减振降噪效果，建议较优刚度匹配组合方案:轨下垫板取50kN/mm，板下垫板取80kN/mm。

目录

声明

摘要

第1章 概述

1．1 研究背景

1．2 国内外地铁轨道研究现状

1．2．1 浮置板轨道

1．2．2 弹性支承块式轨道

1．2．3 嵌入式轨道结构

1．2．4 梯子式轨道结构

1．3 轨道扣件系统的分类

1．4 国内轨道交通常用的弹性分开式扣件

1．4．1 单趾弹簧扣件

1．4．2 DT弹条Ⅲ型扣件

1．4．3 DTⅥ2系列扣件

1．4．4 DTⅢ2系列扣件

1．4．5 ZX-2型扣件

1．5 本文研究的主要内容

第2章 扣件系统合理刚度相关理论

2．1 地铁安全性指标

2．1．1 脱轨系数

2．1．2 轮重减载率

2．2 扣件系统合理刚度的存在性

2．3 地铁扣件系统合理刚度的评价方法

2．3．1 动力学性能评价

2．3．2 减振降噪效果评价

2．4 本章小结

第3章 地铁扣件系统垂向合理刚度取值研究

3．1 车辆模型的建立

3．1．1 车辆模型及参数选取

3．1．2 轮轨接触模型

3．1．3 轨道不平顺的描述

3．2 地铁扣件系统垂向刚度敏感参数研究

3．2．1 车辆-轨道耦合系统动力学模型及计算参数

3．2．2 车辆-轨道垂向耦合系统动力学指标计算

3．2．3 车辆-轨道垂向耦合系统动力学指标敏感性分析

3．3 地铁扣件系统垂向合理刚度确定

3．4 本章小结

第4章 地铁弹性分开式扣件刚度匹配研究

4．1 地铁弹性分开式扣件动力学计算

4．1．1 计算模型及计算工况

4．1．2 车辆-轨道垂向耦合系统动力学指标计算

4．1．3 小结

4．2 地铁弹性分开式扣件减振降噪效果评价

4．2．1 计算模型及计算工况

4．2．2 力传递率计算结果

4．2．3 功率流计算结果

4．3 敏感频段分析

4．4 较优刚度匹配组合选取

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 本文的主要结论

5．2 本文存在的不足和需要进一步研究的问题

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文