本站小編為你精心準備了地鐵振源系統(tǒng)參數(shù)影響參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

1地鐵列車－軌道振動數(shù)值模型

本文將列車和軌道2個子系統(tǒng)視為一個相互耦合的系統(tǒng)，將輪軌間相互作用關(guān)系作為連接這2個子系統(tǒng)的“紐帶”，綜合考察列車在彈性軌道結(jié)構(gòu)上的動態(tài)運行行為和輪軌動態(tài)相互作用特性，以及列車對線路的動態(tài)作用規(guī)律。當列車以一定速度通過軌道時，列車系統(tǒng)和軌道系統(tǒng)的耦合振動通過系統(tǒng)各部傳遞輸出。一般而言，地鐵列車－軌道耦合振動可以分為垂向、橫向和縱向3個方向。由于輪軌滾動產(chǎn)生的縱向耦合效應較弱，可視為準靜態(tài)作用，對于運動的列車，其移動軸重對下部地基的豎向激擾比橫向要大的多，因此，本文只建立地鐵列車－軌道垂向系統(tǒng)模型進行振動分析和計算。

1．1地鐵列車模型假定列車的車體、轉(zhuǎn)向架和輪對均為剛體;且不考慮三者沿車體縱軸方向的振動;車體和轉(zhuǎn)向架都只考慮沉浮和點頭2個自由度，每個輪對只考慮沉浮自由度，因此，列車模型簡化為2個轉(zhuǎn)向架的4軸客車，計算自由度為10。模型如圖1所示。文中:Mc、Mt和Mw分別為車體、前后轉(zhuǎn)向架構(gòu)架和輪對質(zhì)量，kg;Csz和Cpz分別為列車一系和二系懸掛阻尼，N•s/m;Kpz和Ksz分別為列車一系和二系懸掛剛度，N/m;βc和βt1，2為車體和轉(zhuǎn)向架點頭角位移，rad;Zt1，2、Zw1～4和Zc分別為轉(zhuǎn)向架、輪對和車體的豎向位移，m;Jc和Jt為車體和轉(zhuǎn)向架構(gòu)架點頭慣量，kg•m2;Zol～4為四輪對下軌道不平順，m;P1～4為四輪對的輪軌作用力，N。地鐵列車垂向系統(tǒng)運動，可以作為多剛體系統(tǒng)來考慮。系統(tǒng)方程可以通過對各個剛體逐一應用D’Alembert原理而獲得。地鐵列車數(shù)學模型參考文獻。

1．2軌道模型在模型中，鋼軌用Euler梁來模擬，混凝土支承塊簡化成質(zhì)量塊單元，軌下和支承塊下橡膠墊、橡膠套靴均分別簡化成彈簧阻尼單元，如圖2所示。文中:mr為單位長度鋼軌質(zhì)量，kg/m;EI為鋼軌抗彎剛度，N/m2;Cp、Cb、Cbw和Cf分別為軌下膠墊、塊下膠墊、道床塊和路基的垂向阻尼，N•s/m;Kp、Kb、Kbw和Kf分別為軌下膠墊、塊下膠墊、道床塊和路基的垂向剛度，N/m;Cpz和Kpz分別為列車一系懸掛阻尼和剛度;Mb和Ms分別為道床塊和支承塊的質(zhì)量，kg;Zsi和Zr分別為第i號支承塊和鋼軌的垂向位移，m;P1～4為輪軌接受四輪對作用力，N。

1．2．1鋼軌的振動方程將鋼軌視為簡支Euler梁，設(shè)軌道結(jié)構(gòu)的振動位移變量為Zr(x，t)，鋼軌的彈性模量為E，截面慣性量為I，則其振動微分方程為方程(3)為四階偏微分方程，為了進行數(shù)值分析，將其轉(zhuǎn)化為二階常微分方程組，為此采用Ritz法。應用簡支梁的正則振型函數(shù)，可得相應于本模型條件的鋼軌振型為

1．2．3道床的振動方程將道床分割成離散道床塊，即一個支承塊下方一個道床塊，設(shè)第i號道床塊，收到上方支承塊對道床的作用力，下方路基對道床的作用力，左側(cè)道床塊和右側(cè)道床塊剪切作用力的作用，其振動微分方程為

1．3系統(tǒng)矩陣的形成整個地鐵列車－軌道耦合系統(tǒng)的振動方程能用以下矩陣形式表達為式中:M為系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣;C為系統(tǒng)的阻尼矩陣;K為系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣;X為系統(tǒng)廣義位移向量;X0為不平順位移向量。

1．4地鐵列車－軌道垂向耦合作用應用Hertz非線性彈性接觸理論，可以確定輪軌之間的垂向作用力

2參數(shù)取值

2．1列車車輛與軌道參數(shù)據(jù)《某城市地鐵1號線工程可行性研究報告》該城市地鐵可能采用A型車或B型車，列車計算參數(shù)如表1所示，軌道參數(shù)如表2所示。

2．2塊下膠墊的剛度和阻尼蔡成標等通過研究認為，塊下膠墊垂向靜剛度合理范圍在(1～1．8)×108N/m之間，且根據(jù)橡膠墊板室內(nèi)試驗結(jié)果，動靜剛度比為1．1～1．5。綜合考慮塊下膠墊的材料和某城市地鐵設(shè)計參數(shù)，本文對垂向剛度值備選1×108、2×108和3×108N/m;垂向阻尼值備選0．5×105、1×105和2×105N•s/m。

2．3扣件參數(shù)某城市地鐵扣件將比選采用DTⅥ2型和DTⅢ2型一般扣件和科隆蛋等高彈性減振扣件，故本文選取DTⅥ2型、DTⅢ2型和科隆蛋。2．4列車時速某城市地鐵列車設(shè)定的最高時速80km/h，本文選取20、40、60和80km/h這4種車速進行分析。

3振源系統(tǒng)的減振效能與車體平穩(wěn)性預測分析

垂向加速度不僅能夠反映車體運行的平穩(wěn)程度，而且可以反映道床及軌道工作能力;因此將垂向加速度作為振源振動控制評價的重要指標。且定義控制效能=道床(車體)最大振動加速度輪對最大振動加速度］×100%根據(jù)前文介紹的垂向耦合振動理論，用Matlab軟件編制程序。選用美國第6級軌道不平順功率譜，在不同的列車時速下，通過計算得到車體、輪對和道床的最大垂向加速度進行分析。

3．1自振特性分析通過數(shù)值計算，得振源系統(tǒng)相關(guān)部分的自振特性如表3所示。從表3中可以看出一些規(guī)律:1)隨著塊下膠墊垂向剛度增大，軌道結(jié)構(gòu)的自振頻率增大，且與輪對的頻率比均大于槡2，基本避開了與輪對的共振范圍。2)隨著扣件垂向剛度的增大，自振頻率也增大。同樣，采用3種軌道扣件，避開與輪對的共振范圍，能進一步減少振源系統(tǒng)的振動傳遞。3)A型車和B型車自振頻率均在2Hz以內(nèi)，避開了兩者的共振區(qū)域，能隔斷振動向車體傳遞，保證了運行車體的穩(wěn)定性。

3．2列車選型分析車體振動加速度是評價列車舒適度的最主要的指標，也反映了車輛運行的平穩(wěn)程度。當客車運行平穩(wěn)性按車體最大振動加速度來評定時，GB5599—85《鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規(guī)范》規(guī)定，當運行速度低于140km/h時，車體最大振動加速度應符合要求為其中:Amax為客車車體最大振動加速度;v為車速;C為計算常數(shù);垂向振動0．025、0．030和0．035分別對應運行平穩(wěn)性等級的優(yōu)、良和合格。當塊下膠墊垂向剛度值選取2×108N/m;垂向阻尼選取1×105N•s/m，扣件選用DTⅥ2的一般扣件時，通過計算，得出該城市地鐵采用不同車型在不同的車速下，車體和道床的最大振動加速度，如表4所示。從表4中可以看出一些規(guī)律:1)無論何種車型，振源系統(tǒng)的振動控制效能均十分顯著，但隨著車速的提高，控制效能有所減小。2)A型車車體運行平穩(wěn)性基本優(yōu)于B型車，且振動更小;在最高運行速度下，B型車和A型車表現(xiàn)分別為及格和良好;隨著車速下降，車體運行平穩(wěn)性等級有所提高，當車速低于40km/h時，兩車體表現(xiàn)均為優(yōu)級。3)隨著車速的提高，車體最大振動加速度差距不斷縮小，究其原因，是由于隨著車速的提高，車體振動頻率逐漸遠離車體自振頻率所致。4)B型車和A型車控制效能差距不明顯，是由于兩車體的自振頻率避開了振源相關(guān)系統(tǒng)的共振范圍，可以認為無論采用A型車或B型車對振源系統(tǒng)振動控制貢獻不明顯。

3．3塊下膠墊選用分析當車型選用B型車，扣件選用DTⅥ2，塊下膠墊垂向剛度設(shè)定為3N/m時，阻尼選用不同數(shù)值時的控制效能如圖3所示;當車型選用B型車，扣件選用DTⅥ2，膠墊阻尼設(shè)定為1N•s/m時，垂向剛度選用不同數(shù)值的控制效能如圖4所示。從圖3和圖4可以看出:1)無論塊下膠墊阻尼和垂向剛度如何變化，低速時，控制效能差距不明顯，隨著車速的提高，控制效能不斷地下降且差距擴大;直至車速大于60km/h時，控制效能趨于穩(wěn)定。2)當塊下膠墊垂向剛度一定時，阻尼在合理范圍內(nèi)變化，隨著阻尼數(shù)值的提高，控制效能有較為明顯的提高，是由于較高的阻尼能耗散更多的振動能量。對振動控制有一定貢獻。3)當塊下膠墊阻尼一定時，垂向剛度在合理范圍內(nèi)變化，隨著剛度的降低，控制效能有所提高，但提高得不明顯，由于無論采用何種垂向剛度，道床與輪對的頻率比均大于槡2，因此可以認為垂向剛度的變化對振源系統(tǒng)的振動控制的貢獻率不明顯。

3．4扣件選用分析當車體選用B型車，塊下膠墊垂向剛度設(shè)定為3N/m，阻尼設(shè)定為1N•s/m時，當扣件選用一般扣件DTⅥ2型、DTⅢ2型和高彈性減振型扣件科隆蛋，控制效能如圖5所示。從圖5可以看出:1)無論采用何種扣件，隨著車速的提高，控制效能不斷地下降且差距擴大，直至車速大于60km/h時，控制效能趨于穩(wěn)定。2)DTⅢ2型扣件的控制效能略優(yōu)于DTⅥ2型，而科隆蛋在中高速時的控制效能更優(yōu)于2種普通扣件，這是由于科隆蛋的垂向剛度明顯低于2種普通扣件所致。3)當車速較快時，采用2種一般扣件，控制效能相差1．5%，若采用高彈性減振扣件，控制效能會提高約5%，因此可以認為減振扣件的選擇對振源系統(tǒng)的振動控制有一定的貢獻率。

4結(jié)論與建議

本文通過建立地鐵列車－軌道垂向耦合振動系統(tǒng)，采用該城市地鐵工程使用擬選用的不同振源參數(shù)，通過對比振源系統(tǒng)振動控制和車體平穩(wěn)性，從效能角度可得到以下結(jié)論:1)當該城市地鐵無論采用何種的振源參數(shù)，均能良好阻隔運行時振動向道床傳播。2)列車的運行平穩(wěn)性隨著車速的提高逐漸下降，A型車優(yōu)于B型車，但均能達到合格水準;無論采用A型車或B型車對振源系統(tǒng)振動控制貢獻均不明顯。3)隨著車速的增加，振動控制效能呈降低趨勢，在到達60km/h后趨于穩(wěn)定。當車速較小時，采用不同參數(shù)的地鐵列車系統(tǒng)振動控制效能差距不明顯，隨著車速的增加，不同參數(shù)的系統(tǒng)振動控制效能差距也逐漸擴大。4)扣件對振動控制效能有一定的貢獻率，塊下膠墊阻尼的貢獻率一般，而車型與塊下膠墊垂向剛度貢獻不明顯。5)由于該城市地鐵列車正在興建，目前對影響地鐵軌道結(jié)構(gòu)振動的參數(shù)尚缺乏深入的實驗研究。所以在該城市地鐵列車試驗運行階段應對影響振源系統(tǒng)的參數(shù)做更加深入的試驗及監(jiān)測分析研究，進一步加強對該城市地鐵扣件、塊下膠墊參數(shù)(剛度、阻尼等)的研究和優(yōu)化設(shè)計。

作者：鄭國琛吳應雄祁皚單位：福州大學土木工程學院福建省地震局