軌道交通系統(tǒng)隨機振動特性及其動力可靠性分析.pdf

1、軌道交通以其速度快、運量大、能耗低、污染輕、占地少以及安全舒適等綜合優(yōu)勢，在世界各國得到了迅速發(fā)展。我國在跟蹤研究國外先進技術(shù)的同時，通過新建快速客運專線、大力加強既有線路的技術(shù)改造等措施大幅度地提高了列車的運行速度。但是，隨之而來的輪軌系統(tǒng)的動力作用以及行車的安全性與舒適性等問題也越發(fā)突出，在這方面我國尚缺乏足夠的理論研究與工程實踐。因此，列車與軌道的動態(tài)相互作用問題和行車的安全性問題已成為我國鐵路實現(xiàn)跨越式發(fā)展急需解決的基礎性研究課

2、題之一。 本文在國內(nèi)外學者的研究基礎之上，針對機車車輛和軌道結(jié)構(gòu)的相互作用問題，將車輛和軌道作為一個大的耦合系統(tǒng)，以車輛動力學和軌道動力學為理論基礎，運用隨機振動譜分析方法和數(shù)值積分方法來研究系統(tǒng)的動力特性，使用多剛體系統(tǒng)動力學軟件ADAMS進行動力學仿真分析，并且提出了鋼軌的動力可靠性和疲勞可靠性分析方法，為研究車輛一軌道系統(tǒng)的動力特性、行車的安全性和舒適性提供了新的思路。 車輛-軌道模型的正確性和完善程度對計算結(jié)果的

3、可靠性和準確性起著決定性的作用。為此，本文根據(jù)機車車輛運行的特點和軌道結(jié)構(gòu)的實際情況，建立了比較合理的四軸機車車輛模型和軌道模型。在模型中，將機車車輛視為多剛體系統(tǒng)，考慮了車體、轉(zhuǎn)向架的沉浮和點頭以及車輪的垂向共計10個自由度，將鋼軌模擬成離散彈性點支承基礎上的Euler梁，截取模態(tài)階數(shù)為30，將軌枕以及離散后的道床視為剛性質(zhì)量塊，共計114個自由度，整個車輛一軌道系統(tǒng)總共具有154個自由度。在使用ADAMS/Rail進行動力仿真的過程

4、中，將機車車輛模型進一步完善，車輛具有車體、前后構(gòu)架和軸箱的縱移、橫移、沉浮、側(cè)滾、點頭與搖頭，4個輪對縱移、橫移、沉浮、側(cè)滾與搖頭總共86個自由度，并且充分考慮了車輛懸掛系統(tǒng)的各種非線性因素。輪軌關(guān)系是車輛和軌道之間相互作用的聯(lián)系紐帶，在仿真中采用輪軌非線性彈性接觸模型，使仿真過程更加符合實際情況。 列車運行的安全性和舒適性的評價標準將直接影響軌道結(jié)構(gòu)設計的質(zhì)量和經(jīng)濟性。本文對車輛、軌道的動力性能評價指標如車輛垂向加速度、車輛

5、橫向加速度、輪重減載率、輪軌垂向力、輪軌橫向力、脫軌系數(shù)等進行了綜合分析和歸納。 結(jié)構(gòu)可靠度設計是目前國內(nèi)外結(jié)構(gòu)設計的主要發(fā)展方向。實現(xiàn)軌道設計由定值設計向可靠度設計的轉(zhuǎn)變，不僅符合結(jié)構(gòu)設計和我國鐵路技術(shù)發(fā)展的大方向，同時也是當前鐵路運輸?shù)钠惹行枰?。鋼軌是軌道結(jié)構(gòu)的重要組成部分，本文對鋼軌的動力可靠性計算方法進行了探討，對各重要參數(shù)如軌下膠墊彈性系數(shù)、道床垂向剛度、路基離散剛度、列車運行速度以及超越界限等進行了敏感性分析，由此可