轨道过渡段沉降不平顺对车体振动影响研究.pdf

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1、路基工程·62·SubgradeEngineering2014年第1期(总第172期)DOI：10．13379／j．issn．1003—8825．2014．01．13轨道过渡段沉降不平顺对车体振动影响研究李明华，王会乾(1．华东交通大学，南昌330013；2．中铁一局新运公司上海城轨分公司，上海200000)摘要：为研究过渡段不同弯折角对车体振动影响，以日常保养、舒适度、安全管理、限速管理等指标限制过渡段的沉降差。通过建立新型车辆单元模型，推导车辆系统振动有限元方程，采用Newmark数值积分方

2、法并借助Matlab编程求解，得出三种速度工况下四大管理指标对应的过渡段弯折角限值。关键词：板式轨道；不平顺；过渡段；弯折角中图分类号：U213．213文献标志码：A文章编号：1003—8825(2014)01—0062—040引言2建立有限元方程高速铁路的基本目标是控制轨道的平顺度，以根据弹性系统动力学总势能不变原理，车辆的提高列车运行的安全性与舒适性。板式轨道的过渡质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵C、荷载矩阵地段，是影响轨道不平顺的重要地段。本文通过研向量Q，分别由惯性力势能一阶分6、弹簧应变究

3、不同沉降差对车体振动的影响，并通过日常保养能一阶分6Uc、阻尼力势能一阶分6、外荷载势能指标、舒适度目标、安全管理目标、限速管理目标一阶分6导出，对于车辆整体模型，总势能满来控制过渡段的弯折角。分析结果，得到了三种速足式(1)、式(2)。度工况下四大管理指标对应的过渡段弯折角限值。兀=Uc+++(1)1车辆模型建立由车辆的总势能的一阶分=0，可得出车辆参照CRH3动车组车辆结构建立模型，在整车振动方程⋯为附有二系弹簧系统的振动模型中，车体和转向架均删+c+kq=Q(2)考虑沉浮振动(z方向)和点

4、头振动(JB方向)，轨道2．1车辆单元刚度、阻尼、质量、荷载矩阵只考虑沉浮振动(Z方向)，总共10个自由度，即车辆位移向量为Z，卢。，Zl1，Zc2，JBtl，卢l2，Z，z，z们，Z肼，qi={Z卢ZnZ2卢2Z聊Z耽ZZ阴)取向下为正，上部车辆结构沿线方向左右对称，取其半结构研究，具体模型见图1。(3)依照图1模型，可得出车辆的弹簧势能为：÷K(z一Z。+卢)+{K：(z一Z一L2卢)+÷。(Z一Z+卢。)+÷K。(z一Z耽一。卢)+{一K(z一z∞一lc2)+—K1(zc2一z驸一1卢c2

5、)图1整车附二系弹簧阻尼模型(4)收稿日期：2013—03—26对式(3)进行一阶变分化简并采用“对号入座作者简介：李明华(1962一)，男，湖南常德人。教授，主要从事铁道工程的教学与研究工作。E—mail：limh_eejtu@yahoo．com．ca。法”，可得刚度矩阵李明华，等：轨道过渡段沉降不平顺对车体振动影响研究·63·20一一IG00UUUU2L"L2Ks2L200000022一2Ksl+000一1一1002Ks1+K,20000一。一K20一l1lKs100Kl=(5)2。00一L

6、L。。对称000Ks1000l。同理可得C，只要把中的换成C：换力由F=·Z,i+C·dZti(i力由=·+·_(==1，2，3，4，K，成c，其余都相同。M=diagMc，Jc，M，M，J，Jt。MW，MW，MW，MW、C，分别是轮轨接触刚度阻尼系数)求得。(6)3车辆有限元方程的求解车辆系统除了自身二系弹簧阻尼产生刚度、阻尼矩阵，还有与钢轨接触时，钢轨对轮对的接触力车体垂向振动有限元方程为产生接触刚度K和阻尼C¨3]，其刚度矩阵为嘶+c+kq=Q(13)式中：表示车辆的质量矩阵；C表示车辆的

7、阻尼K2=diag[0，0，0，0，0，0，，，，K】(7)矩阵；K表示车辆的刚度矩阵；Q表示荷载矢量矩阻尼矩阵C与刚度矩阵的形式相似，只要把相应的K换成C就可以。阵；，，q分别表示车辆的广义加速度矢量、广义速度矢量、广义位移矢量。所以，车辆系统的总刚度矩阵、总阻尼矩阵采用Newmark直接积分法，并借助Matlab编C、总质量矩阵为程，实现逐步求解。=∑(K+)(8)3．1计算工况C=∑(C+C)(9)计算轨道长度取L：100m，为了消除边界的影M=M(10)响"]，两端分别设置35m的普通路

8、基线路和桥梁上2．2轨道过渡段沉降不平顺激励函数轨道线路，过渡段设置L。=30m，如图2。基本假定如下：i：(1)列车进人计算轨道过渡段前后完全平顺，不考虑随机不平顺的影响；：普通线路35l过渡段30：桥梁线路35(2)不考虑过渡段刚度的变化，只考虑过渡段图2轨道计算长度轨道不平顺。普通路基线路与刚性路基线路之间过渡段的曲采用Newmark方法求解有限元方程时，选用参数线应根据实际线路检查的记录来考虑，可以考虑直y=1，6=1，设定初始xo=0，vo=0，A0=0，并假线过渡和二分之一波长余弦过