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原文传递基于轮轨振动特性的地铁钢轨波磨产生及发展机理研究

论文题名：	基于轮轨振动特性的地铁钢轨波磨产生及发展机理研究
关键词：	城市地铁;轮轨系统;振动特性;波磨形成机制
摘要：	近年来，随着城市规模的扩大和居民出行需求的增多，既有的城市公共交通系统已无法满足居民的出行要求。为了提高城市公共交通系统的运输能力，解决城市交通拥堵问题，我国许多城市相继开展了地铁的建设。然而，已开通线路的运营情况表明，钢轨波浪形磨耗问题不同程度地出现在我国各大城市的地铁线路上，其不仅降低了轨道各组成部件的使用寿命，增大了工务部门的养护维修工作量，更严重影响着列车运行的安全。因此，研究地铁钢轨波磨的产生及发展机理，提出减缓波磨的方法和措施，对确保列车的安全运营具有重大的现实意义。基于此，本文从轮轨系统的振动特性入手，揭示城市地铁钢轨波磨形成和发展的原因，具体如下: 　　1.选取位移导纳和波磨增长率分别作为波磨产生和发展的评价指标，介绍了二者的概念，重点介绍了波磨增长率计算公式的推导过程及计算方法。　　2.建立了北京地铁普通短枕式、减振器扣件式、弹性短枕式和梯形轨枕式4种轨道结构和轮对的频域分析模型，通过模态分析和频响分析，确定了各轨道结构和轮对振动响应的峰值频率。通过比较上述峰值频率和波磨实际的通过频率，确定轮轨的振动与波磨形成之间的关系。分析结果表明:轨道结构一定频率下的垂向振动是导致相应波长波磨产生的重要原因;轮对310Hz左右的振动是减振器扣件式轨道钢轨波磨形成的重要原因，除此之外，轮对振动对其余三种轨道波磨的产生基本没有影响;轮对附加质量对长波波磨形成的影响较大，对短波波磨形成的影响较小。　　3.建立地铁车辆-轨道-隧道耦合时域分析模型，首先计算得到了轨道动力指标在时程上的分布，而后转换至频域，研究轨道结构在列车荷载和轨道不平顺激励下的振动特性。分析结果表明:在1000Hz之内钢轨振动存在多个响应峰值，将响应峰值的频率与波磨的实际通过频率对比，发现二者的一致性较好，说明轨道固有的振动是钢轨波磨产生的重要原因。　　4.基于波磨增长率对不同轨道结构的波磨发展机理进行了分析，在此基础上，研究了曲线半径、轨枕间不同位置、行车速度、轮轨摩擦系数对波磨增长趋势的影响规律。分析结果表明:钢轨波磨在实际通过频率附近具有较大的增长趋势;在四种类型的轨道结构中，减振器扣件式轨道最易发生波磨，普通短枕式轨道最不易发生波磨;在导向轮对、拖动轮对的4个车轮中，导向轮对内轮与曲线内轨之间的相互作用对波磨增长的贡献最大;增大曲线半径有利于减缓波磨的发展趋势;在中高频段，轨枕上方、轨枕跨中处钢轨的波磨发展趋势差异较大，由此可导致高频短波波磨的形成;行车速度对长波波磨形成的影响不大，对短波波磨形成的影响较大;减小轮轨摩擦系数会显著降低波磨的发展趋势。
作者：	杨松
专业：	道路与铁道工程
导师：	肖宏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文