地铁9号道岔钢弹簧浮置板轨道设计及动力特性研究

摘要

近年来城市轨道交通大量建设使得道岔区难以绕避振动敏感点，很多的道岔区需采用钢弹簧浮置板轨道结构。鉴于已投入使用的道岔钢弹簧浮置板轨道较少，且岔区轨道结构复杂，因此有必要对道岔钢弹簧浮置板轨道结构的设计及刚度均匀性进行研究。本文以北京地铁某线路9号道岔钢弹簧浮置板轨道结构设计为背景，在总结国内外研究现状的基础上，建立了道岔钢弹簧浮置板轨道三维有限元模型和车辆-道岔-浮置板轨道耦合动力模型，从静力、振动传递特性和行车动力特性三个角度对道岔钢弹簧浮置板轨道结构进行了研究。
　　首先，从静力角度分析道岔钢弹簧浮置板轨道结构的设计。采用移动静荷载作用在道岔直、侧向，计算道岔浮置板轨道的位移和弯矩包络图，以此确定最不利荷载位置，进而分析不利荷载作用下道岔浮置板的纵横向应力和位移。结果表明:由板前端至末端板宽度越大道岔浮置板沿横向受力越不均匀;由于转辙机凹槽处板厚度较薄、辙叉下钢弹簧布置较密集，为道岔浮置板的薄弱位置;增大叉心至道岔板末端基本轨下钢弹簧的刚度可以减小道岔板的刚度不均;虽然道岔浮置板沿纵横向受力有些不均匀，但均在规范允许范围内。
　　其次，从振动传递特性角度分析道岔浮置板的振动特性，以研究道岔直侧向的刚度均匀性。通过在道岔直曲股不同位置激励，比较沿道岔横向和纵向钢轨和浮置极不同位置不同频率下的振动特性，对比钢弹簧浮置板道岔与普通道岔的振动特性，结果表明:所研究道岔浮置板纵、横向不同位置的振动特性差异不大;基本轨及下部板的振动响应大于里轨及下部板;转辙机凹槽处的振动幅值较大，而辙叉处的振动较小。
　　最后，分析在列车动力直向通过道岔时，道岔浮置板轨道结构不同部位的动力特性和列车系统的动力特性。结果表明，由道岔板前端至末端道岔浮置板的动力响应差别不大;转辙机预留凹槽处和辙叉处存在刚度不均匀，轨道系统和列车的动力响应较大;辙叉至板末端由于板宽度较大基本轨和里轨及下部板的动力特性稍有差异，存在一定的板下刚度不均匀引起的动力不平顺。
　　本文结合工程实际对地铁道岔钢弹簧浮置板轨道结构在列车荷载作用下的静力及动力特性进行了研究，其分析方法和相关结论可为城市轨道交通岔区钢弹簧浮置板轨道结构的设计和应用提供一定的理论参考。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与研究意义

1．1．1 地铁道岔轨道隔振的必要性

1．1．2 城市轨道交通道岔应用的减振降噪措施

1．2 国内外研究现状

1．2．1 浮置板轨道结构的研究

1．2．2 道岔结构的研究

1．2．3 道岔钢弹簧浮置板轨道结构的应用与研究

1．3 目前存在的问题

1．4 本文研究内容与技术路线

2 道岔浮置板有限元模型的建立

2．1 本文计算相关理论

2．1．1 振动传递特性分析理论

2．1．2 列车道岔动力学理论

2．1．3 本文相关分析指标和概念

2．2 岔区钢弹簧浮置板轨道结构模型

2．2．1 计算模型

2．2．2 参数选取

2．3 车辆-道岔-浮置板轨道耦合系统模型

2．4 小结

3 道岔钢弹簧浮置板轨道结构的静力分析

3．1 道岔直向加载时钢轨和浮置板的受力与变形分析

3．1．1 浮置板的弯矩包络图

3．1．2 道岔浮置板在不利荷载位置时的应力

3．1．3 道岔浮置板和钢轨的位移

3．2 道岔侧向加载时钢轨和浮置板的受力与变形分析

3．2．1 道岔浮置板的弯矩

3．2．2 道岔浮置板的应力

3．2．3 道岔浮置板和钢轨的位移

3．3 轨道结构参数的对系统受力变形的影响

3．3．1 扣件刚度的影响

3．3．2 钢弹簧刚度的影响

3．3．3 刚度一致与局部加大的影响

3．3．4 加密板端隔振器数量的影响

3．4 小结

4 道岔钢弹簧浮置板轨道结构的振动传递特性分析

4．1 道岔直股钢轨和浮置板的振动传递特性

4．1．1 基本轨和里轨及下部浮置板的振动比较

4．1．2 不同位置钢轨和浮置板的振动比较

4．2 道岔曲股钢轨和浮置板的振动传递特性

4．2．1 基本轨和里轨及下部浮置板的振动比较

4．2．2 不同位置钢轨和浮置板的振动比较

4．3 钢弹簧浮置板道岔与普通道岔的振动传递特性比较

4．4 轨道结构参数对系统传递特性的影响

4．4．1 钢弹簧隔振器阻尼的影响

4．4．2 钢弹簧刚度局部加大的影响

4．5 小结

5 车辆-道岔-浮置板耦合动力分析

5．1 岔区轨道结构的动力性能分析

5．2 车体的动力性能分析和轮／岔垂向动力相互作用分析

5．3 参数影响

5．3．1 钢弹簧刚度一致与局部加大的影响

5．3．2 行车速度的影响

5．4 小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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