軌道交通系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)特性及其動(dòng)力可靠性分析.pdf

1、軌道交通以其速度快、運(yùn)量大、能耗低、污染輕、占地少以及安全舒適等綜合優(yōu)勢(shì)，在世界各國(guó)得到了迅速發(fā)展。我國(guó)在跟蹤研究國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，通過(guò)新建快速客運(yùn)專(zhuān)線、大力加強(qiáng)既有線路的技術(shù)改造等措施大幅度地提高了列車(chē)的運(yùn)行速度。但是，隨之而來(lái)的輪軌系統(tǒng)的動(dòng)力作用以及行車(chē)的安全性與舒適性等問(wèn)題也越發(fā)突出，在這方面我國(guó)尚缺乏足夠的理論研究與工程實(shí)踐。因此，列車(chē)與軌道的動(dòng)態(tài)相互作用問(wèn)題和行車(chē)的安全性問(wèn)題已成為我國(guó)鐵路實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展急需解決的基礎(chǔ)性研究課

2、題之一。 本文在國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究基礎(chǔ)之上，針對(duì)機(jī)車(chē)車(chē)輛和軌道結(jié)構(gòu)的相互作用問(wèn)題，將車(chē)輛和軌道作為一個(gè)大的耦合系統(tǒng)，以車(chē)輛動(dòng)力學(xué)和軌道動(dòng)力學(xué)為理論基礎(chǔ)，運(yùn)用隨機(jī)振動(dòng)譜分析方法和數(shù)值積分方法來(lái)研究系統(tǒng)的動(dòng)力特性，使用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件ADAMS進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，并且提出了鋼軌的動(dòng)力可靠性和疲勞可靠性分析方法，為研究車(chē)輛一軌道系統(tǒng)的動(dòng)力特性、行車(chē)的安全性和舒適性提供了新的思路。 車(chē)輛-軌道模型的正確性和完善程度對(duì)計(jì)算結(jié)果的

3、可靠性和準(zhǔn)確性起著決定性的作用。為此，本文根據(jù)機(jī)車(chē)車(chē)輛運(yùn)行的特點(diǎn)和軌道結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，建立了比較合理的四軸機(jī)車(chē)車(chē)輛模型和軌道模型。在模型中，將機(jī)車(chē)車(chē)輛視為多剛體系統(tǒng)，考慮了車(chē)體、轉(zhuǎn)向架的沉浮和點(diǎn)頭以及車(chē)輪的垂向共計(jì)10個(gè)自由度，將鋼軌模擬成離散彈性點(diǎn)支承基礎(chǔ)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(jì)114個(gè)自由度，整個(gè)車(chē)輛一軌道系統(tǒng)總共具有154個(gè)自由度。在使用ADAMS/Rail進(jìn)行動(dòng)力仿真的過(guò)程

4、中，將機(jī)車(chē)車(chē)輛模型進(jìn)一步完善，車(chē)輛具有車(chē)體、前后構(gòu)架和軸箱的縱移、橫移、沉浮、側(cè)滾、點(diǎn)頭與搖頭，4個(gè)輪對(duì)縱移、橫移、沉浮、側(cè)滾與搖頭總共86個(gè)自由度，并且充分考慮了車(chē)輛懸掛系統(tǒng)的各種非線性因素。輪軌關(guān)系是車(chē)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(guò)程更加符合實(shí)際情況。 列車(chē)運(yùn)行的安全性和舒適性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)將直接影響軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性。本文對(duì)車(chē)輛、軌道的動(dòng)力性能評(píng)價(jià)指標(biāo)如車(chē)輛垂向加速度、車(chē)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(jìn)行了綜合分析和歸納。 結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)是目前國(guó)內(nèi)外結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要發(fā)展方向。實(shí)現(xiàn)軌道設(shè)計(jì)由定值設(shè)計(jì)向可靠度設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變，不僅符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和我國(guó)鐵路技術(shù)發(fā)展的大方向，同時(shí)也是當(dāng)前鐵路運(yùn)輸?shù)钠惹行枰ｄ撥壥擒壍澜Y(jié)構(gòu)的重要組成部分，本文對(duì)鋼軌的動(dòng)力可靠性計(jì)算方法進(jìn)行了探討，對(duì)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(chē)運(yùn)行速度以及超越界限等進(jìn)行了敏感性分析，由此可