钢轨波磨对地铁车辆振动及构架动应力影响研究

2009年5月第5期(总128) 铁　道　工　程　学　报JOURNAL OF RA I L WAY E NGI N EER I N G S OC I ETY May 2009NO.5(Ser .128) Ξ　收稿日期:2008-10-28 基金项目:国家“973”计划项目(2007CB416607);华东交通大学科研基金(06ZKJC02)　ΞΞ作者简介:罗文俊,1979年出生,女,讲师,同济大学在读博士。

文章编号:1006-2106(2009)05-0084-06地铁列车经过轨道结构的振动研究Ξ罗文俊ΞΞ　雷晓燕　伍明辉(华东交通大学,　南昌330013)摘要:研究目的:通过建立轨道结构连续弹性双层梁模型,研究分析列车速度、轨道不平顺、钢轨垫板刚度和轨枕垫板刚度对轨道振动的影响,从而为工程实践提供技术依据。

研究结论:车速对轨道结构振动影响明显,随着车速的增加,轨枕的振动速度明显增加,整体道床的作用反力峰值也有很大的增加,而且作用力的频率段也随着车速的提高而增长。

轨道不平顺对轨道结构振动非常敏感,因此对钢轨表面和车轮踏面的日常维护对轨道结构的减振和安全有非常大的意义。

轨枕和整体道床之间的橡胶减振套刚度对轨道结构振动有很大的影响,刚度增加会引起轨枕的速度明显减小,但整体道床反作用力会增加,而相应的频谱没什么变化。

从隧道结构的安全来讲,橡胶减振套刚度应取较小值。

关键词:地铁列车;轨道振动;数值分析中图分类号:T B533.2 文献标识码:AResearch on the Track Structure Vi brati on I nduced by Subway Tra i nL U O W en -jun,L E I X i a o -yan ,W U M i n g -hu i(East China J iaot ong University,Nanchang,J iangxi 330013,China )Abstract:Research purposes:The continuous elastic double deck bea m model f or the track structure is established f or analyzing the i m pacts of different train s peeds,track irregularity,and rail pad rigidity and sleeper pad rigidity on track vibrati ons t o p r ovide the technical data for the constructi on works .Research conclusi on s:The studies sho w the train s peed has a significant i m pact on track structure vibrati ons .The sleeper vibrati on s peed and the peak value of the reacti on of monolithic track bed increase with the increase of the train s peed .The track irregularity als o has significant i m pacts on track vibrati ons .So the r outine maintenances of rail wheels tread and rail surface are very i m portant t o reduce the track structure vibrati ons .I n additi on,the rigidity of rubber pad bet w een sleeper and monolithic track bed has significant i m pact on track vibrati ons .The sleeper vibrati on s peed decrease and the reacti on of monolithic track bed increase with the increase of the rigidity of rubber pad,but the corres ponding s pectrum does not change .For the tunnel structure security,the rigidity of rubber pad should be decreased .Key words:subway train;track vibrati on;nu merical analysis 随着城市化发展的加快,公共交通的拥挤和效率低下成为国内外各大城市的通病,人们逐渐认识到只有发展以地下铁道为骨干的大运量快速公共交通系统,才是解决城市客运交通问题的最根本途径。

钢轨波磨研及整治措施研究分析摘要：钢轨波浪形磨耗（简称钢轨波磨）是钢轨磨耗的主要形式之一。

随着铁路、高铁、地铁的迅速发展，钢轨波磨成为了铁路行业关注的重要轨道病害之一。

钢轨波磨不仅影响了行车舒适性，增加了维修工作量，更是行车的一大安全隐患。

本文结合轨道的结构及各地区轨道波磨形成特点分析轨道波磨的形成原因，及探讨轨道波磨的整治措施。

关键词：钢轨；波磨；整治措施一、波磨研究现状钢轨波磨是铁路工业界难以解决的技术问题。

从1863年第一条地铁建成至今已有一百五十多年的历史，人们对钢轨波磨的观察和研究也有一百余年。

虽然人们通过受力分析、波磨规律分析及数值计算推理对钢轨波磨初始形成和发展机理的有了很深的认知，但迄今为止还没有一种大范围统一的理论来解释波磨形成和发展的机理，以及影响波磨发展的因素。

近年来，列车速度、轴重、车流密度随着人类发展也在迅速提高，同时钢轨波磨带来的安全问题及成本问题也愈发明显。

我国随着高铁、地铁近几年的飞速发展，也掀起了对钢轨波磨研究的浪潮。

二、波磨形成特点分析经过近年来大量的调查研究，可以总结钢轨波磨有以下特点：1、钢轨波磨多发生在小半径曲线地段。

曲线半径在600m以下的曲线均存在不同程度的波磨，且曲线半径越小，波磨越严重。

因线路曲线段由两个曲率和超高不断变化的缓和曲线、一个曲率及超高均固定的圆曲线组成，当车辆从直线地段进入小半径曲线轨道的时候，会受到各种因素的影响，主要有轨道结构参数、轮轨几何型面和转向架结构等。

其中，轨道结构参数主要有外轨超高、曲线半径、缓和曲线长度和轨底坡等。

如果这些曲线参数设置不当或现场调试不当，将直接导致轮轨接触关系不稳定，这将是产生轮轨波磨的因素之一。

2、小半径曲线多出现在下股钢轨，且上股钢轨侧磨严重的地段，下股钢轨波磨越严重。

经试验研究，在曲线中，下股钢轨的磨耗指数要大于上股钢轨，这表明下股钢轨因磨耗而消耗的能量消耗要大于上股钢轨，所以在曲线上下股钢轨的波形磨耗要比上股钢轨严重。

浅谈地铁振动影响和解决对策地铁在运行时由于轮轨相互作用产生振动，进而通过轨道基础和隧道衬砌传播至土体，从而对沿线地面建筑产生影响。

这个过程可以分为以下 3 个阶段：①地铁振动产生过程，即列车车轮在运行过程中对轨道的冲击产生激励。

②地铁振动传播阶段，即列车车轮振动通过轨道基础和衬砌结构向周围土介质和地面建筑传播。

③地铁振动作用阶段，即列车车轮振动作用在沿线的地面建筑上，从而诱发建筑结构及其室内物品的二次振动和噪声，进而对建筑物结构本身和建筑物内的人群、精密生产和敏感仪器产生影响。

其中在振动产生过程中主要由 5 种原因构成：列车运行时，自身对轨道的重力加载产生的冲击，造成车轮与轨道结构的振动；众多车轮与钢轨同时发生作用产生的作用力，造成车辆与轨道结构的振动；车轮经过钢轨接缝处时，轮轨相互作用产生的车轮与钢轨结构的振动；轨道的不平顺和车轮的粗糙损伤等随机性激励产生的振动；车轮的偏心等周期性激励导致的振动。

一地铁振动对周围建筑的影响振动对建筑物的影响，轻微的会出现墙皮剥落、墙壁龟裂、地板裂缝，严重则导致基础变形或下沉。

地铁引起的振动一般都低于结构的破坏振级，不会造成像地震那样的直接破坏，但它能引起结构的局部颤振，如门窗及室内物件的振动，甚至在附近一些建筑物内引起二次结构噪声，使人明显感觉不适，造成失眠、烦躁等症状，严重干扰人们的日常生活。

二地铁振动的控制解决办法根据地铁振动的产生、传播和相关因素的分析，可以从以下三方面来考虑地铁振动的控制：（1）振源减振控制最直接的方法是从振动的源头减震，根据地铁振动产生的机理和影响因素的分析，可以采取以下措施：①列车轻型化。

②采用重型钢轨和无缝线路。

③列车轮平滑化。

采用弹性车轮、低阻尼车轮等车轮平滑措施，钢轨间的摩擦，可有效降低车辆振动强度。

④采用适当的弹性扣件或轨道减振器。

⑤适当控制地铁列车运行速度。

⑥采用具有噪声低、振动小、造价低、污染小、能耗低、安全性能好等诸多优点的直流电机，这也是21 世纪轨道交通的发展方向。

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钢轨波磨对地铁车辆动力学响应的影响
作者：钟硕乔吴磊李伟肖新标金学松
来源：《计算机辅助工程》2012年第06期
摘要：建立地铁车辆-轨道耦合动力学模型，将钢轨视为弹性离散点支撑的无限长Timoshenko梁，将实测钢轨短波波磨不平顺数据作为不平顺激励.通过数值计算得到在科隆蛋扣件线路上不平顺发展过程中车辆动力学响应的变化情况.随着短波波磨不平顺幅值的增大，
轮对和转向架的横、垂向加速度以及轮轨横、垂向力均呈增大趋势，且受不平顺程度的影响较大.结果表明钢轨波磨主要影响车辆系统的垂向振动.
关键词：车辆-轨道耦合动力学；钢轨波磨；轮对；转向架；轮轨力
中图分类号： U270.2 文献标志码： B。

地铁车辆轮轨系统的振动特性研究地铁作为一种快速、便捷、安全的交通工具，已经成为现代城市不可或缺的一部分。

然而，随着地铁线路越来越多，地铁车辆轮轨系统的振动问题引起了人们的关注。

在本文中，我们将探讨地铁车辆轮轨系统的振动特性，并研究其对乘客和结构的影响。

首先，我们需要了解地铁车辆轮轨系统的组成。

地铁车辆由车轮、车轴、车体和悬挂系统构成，而轨道由轨道板和轨道固定装置组成。

当车辆行驶在轨道上时，车轮与轨道之间会产生摩擦力，从而引发轮轨系统的振动。

地铁车辆轮轨系统的振动特性可以通过振动分析来研究。

一般来说，地铁车辆的振动可以分为两种类型：轴向振动和横向振动。

轴向振动是指车辆在行驶过程中，车轮沿着轨道方向的振动。

而横向振动则是指车辆在行驶过程中，车轮与轨道垂直方向的振动。

轮轨系统的振动会对乘客和结构产生一定的影响。

首先，振动会对乘客的乘车体验造成不适。

当车辆出现较大的振动时，乘客可能感到晃动和不稳定，增加了行车过程中的不安全感。

其次，振动也会对轨道和车辆的结构产生磨损和破坏。

持续的振动会导致轨道的疲劳裂纹和车辆部件的磨损，进而增加了维护成本和安全隐患。

为了减小地铁车辆轮轨系统的振动，工程师们采取了一系列的措施。

首先，通过改进车辆的悬挂系统和减震装置，可以减小车辆的振动。

其次，通过设计和施工合理的轨道，可以减小轮轨之间的摩擦力和振动。

另外，中低频振动通常可以通过新增隔振垫层来减小。

在一些敏感区域，如住宅区附近，可能还需要采取降噪措施来保障居民的安宁。

除了工程措施，科学研究也对地铁车辆轮轨系统的振动特性提供了深入的认识。

研究人员通过模拟试验和数值模拟，分析了轮轨系统的动力学行为，揭示了振动的产生机理。

同时，他们还研究了各种因素对振动的影响，如车速、车重、轨道几何等。

这些研究为优化地铁轮轨系统的设计和维护提供了重要的依据。

综上所述，地铁车辆轮轨系统的振动特性是一个复杂的问题。

它既与乘客的乘车体验密切相关，又对轨道和车辆的结构产生影响。

关于地铁车辆振动异常问题的探讨摘要：随着社会经济的不断发展，城市地铁运行技术和车辆性能虽然越来越成熟，但车辆异常振动仍是地铁行业中的一大困扰。

地铁车辆在操作运行过程中可能发生异常振动，异常振动会降低车辆乘坐舒适性，导致乘客的投诉，也会造成车辆的结构损伤，影响车辆安全。

稳定、准确、快速定位异常振动，有利于提高地铁车辆维修水平，提高地铁运营的形象。

基于此，下面将对我国地铁车辆振动的异常问题进行研究分析，并具有针对性的提出合理的解决措施，进而能够使地铁车辆异常问题能够及时得到有效解决，确保我国地铁车辆实现安全、稳定的运行。

关键词：地铁车辆；异常振动；原因；解决对策在城市交通日益拥堵的今天，地铁作为一种缓解交通压力、低碳节能的重要的交通工具而得到了极大程度发展，目前我国不少城市都兴建了地铁，并且还有一些城市在规划筹建当中。

结合实践来看，地铁具有运量大、速度快、低碳节能以及缓解交通压力等众多优点，但由于受到多种因素所影响，部分地铁车辆运行中会出现异常振动的现象，如果采取相应措施予以解决，不但会对驾乘人员的舒适及健康造成影响，同时更会对沿线地面建筑物安全性构成危害。

有鉴于此，下文将基于笔者相关文献研究以及自身工作经验对地铁车辆振动异常进行探讨，以供广大同行参考。

一、地铁车辆振动来源探究根据笔者研究发现，地铁车辆所产生振动绝大部分是由于列车行驶过程中车轮对与钢轨二者互相作用而引发，这是因为地铁长期运行时，随着车轮与钢轨间作用不断加剧，这不仅会造成车轮出现一定程度的磨损，甚至是车轮因此而出现扁疤与失圆的现象，并且钢轨也会受到长期相互作用而产生浪型的磨损。

在这种地铁车轮与钢轨二者都出现不同程度磨损的情况下，地铁车辆运行中出现异常振动就无法避免了。

结合实践来看，根据振动方向不同，地铁车辆异常振动一般有垂向和横向两种。

地铁车辆垂向振动异常振动常见于运行中，并且会影响地铁运行稳定性。

根据相关研究表明，造成地铁车辆垂向振动异常产生的原因通常是车轮偏心、轨道不平以及轮轨这三个出现碰撞；地铁车辆横向振动异常振动除了会造成运行稳定性受到严重影响外，还会致使车辆偏移轨道中心线。

地铁轨道减振措施的分析与探讨摘要：在地铁施工过程中，振动是一个很重要的影响因素。

地铁运行时，轨道对钢轨的压力作用引起钢轨的振动，从而影响到钢轨本身的疲劳和结构的强度。

地铁运行产生的振动，主要是地铁运营引起的振动，其次是轨道不平顺引起的振动。

随着城市轨道交通的迅速发展，其引起环境振动的影响也越来越严重。

因此，为了保证地铁运行时设备、人员和周围环境的安全，有必要对地铁运行产生的振动进行控制。

关键词：地铁轨道；减振措施；分析与探讨前言随着我国经济的快速发展，城市交通拥堵问题越来越严重。

为缓解城市交通压力、提高居民生活质量，各大中城市都在积极规划和建设地铁工程。

然而，由于地铁列车运行时会产生振动并传递到周围环境中，对周边建筑物造成一定影响，因此，如何降低地铁列车运行时所引起的地面振动，是当前亟待解决的一个重要课题。

1地铁振动的来源和危害地铁车辆在运行时，列车产生的振动主要是由轮轨接触产生的振动。

当列车在隧道内运行时，由于隧道断面小，列车运行速度快，轮轨之间产生的切向力较大，从而产生较大的垂向力和水平力，使轨道上的钢轨产生位移，从而产生振动。

当列车通过隧道时，列车将会受到地面以下物体的切向加速度和垂向力的作用。

另外，地面以下物体在运行过程中产生的振动也会传递到地铁车辆上。

当地铁运行速度达到80km/h以上时，车速越快其影响越大，当地铁运行速度达到100km/h 时，其振动影响已相当大了。

地铁振动对环境的影响主要表现为：对建筑物本身的破坏和影响；对建筑物内部设备系统工作状态的影响；对周围环境造成振动危害。

地铁振动造成的危害主要有：引起地面建筑和构筑物受损；引起隧道衬砌结构损伤；引起地下管道和电缆损伤；影响城市环境景观。

因此，如何有效地控制地铁振动是地铁设计中需要解决的关键问题。

在现代城市公共交通系统中，车辆运行速度和平稳性都要保证满足一定的要求。

车辆行驶过程中产生的振动对环境影响较大。

2地铁轨道减振措施2.1减振道床减振道床是将混凝土道床换成具有一定弹性的减振道床。