钢弹簧间距对浮置板轨道动力特性的影响

李贵阔　刘帅

摘 要：为了分析钢弹簧间距对浮置板轨道动力特性的影响，建立车辆-浮置板轨道垂向耦合动力学模型，从动力学的角度分析了浮置板轨道在不同钢弹簧间距下的振动特性。

关键词：钢弹簧间距；浮置板轨道；动力特性；轮轨耦合

钢弹簧支承间距是浮置板轨道结构的关键技术参数，对浮置板轨道各部分动力特性和铁路造价都有很大影响。因此，很有必要分析浮置板轨道在不同支承间距下的动力特性。文章通过ANSYS软件，建立车辆-浮置板轨道垂向耦合模型，分四种工况分析了钢弹簧间距对浮置板轨道动力特性的影响。

1 动力学模型

依据轮轨耦合动力学原理，建立车辆-浮置板轨道垂向耦合动力学模型[1]，如图1所示。在模型中，将车辆视为由轮对、转向架和车体构成的多刚体系统，车体和转向架考虑点头和浮沉自由度，车轮考虑浮沉自由度，全车自由度总数为10个。钢轨和浮置板由梁单元模拟，扣件和支座由弹簧阻尼单元模拟。轮轨接触采用Hertz非线性接触模型。

2 计算参数

地铁列车相关参数参照地铁A型车，浮置板轨道结构相关参数参见文献[2]，列车运行速度80km/h，不考虑轨道不平顺的影响，计算分析了一节车厢通过浮置板轨道的情况。

3 行车速度对浮置板轨道结构振动的影响

对浮置板轨道结构进行动力响应分析，受篇幅限制，文章给出了具有代表性的钢轨位移和加速度的时程曲线，分别如图2、图3所示。钢轨动位移和加速度的最大值分别为2.974mm和16.09m/s2，其中钢轨位移满足浮置板轨道技术规范[3]的限值要求。

为了研究钢弹簧浮置板轨道结构的隔振性能，分析了钢弹簧间距对轨道结构振动的影响，评估不同钢弹簧支承间距的隔振效果。固定其他计算参数，对0.625m、1.25m、1.875m、2.5m四种钢弹簧间距下的浮置板轨道进行动力学分析。钢轨和浮置板垂向位移、垂向加速度以及传至基础力与钢弹簧间距的关系分别如图4～6所示。

图4反映了钢弹簧间距对钢轨和浮置板垂向动位移最大值的影响。随着钢弹簧间距的增大，钢轨和浮置板垂向动位移呈现出明显增长趋势。当钢弹簧间距由0.625m增加到2.5m的过程中，钢轨垂向位移分别增长了52.5%、30.1%和21.1%；浮置板垂向位移分别增长了71.9%、36.5%和24.6%。间距为1.875m时，浮置板垂向位移达到3.438；间距为2.5m时，钢轨位移达到4.691mm，二者均超出了规范[3]的限值要求。

图5反映了钢弹簧间距对钢轨和浮置板垂向加速度的影响。随着钢弹簧间距的增大，钢轨和浮置板轨道加速度均增长缓慢，钢轨加速度的增长快于浮置板加速度的增长。当钢弹簧间距由0.625m增加到2.5m时，钢轨垂向加速度由15.38m/s2增加到16.86m/s2，增幅9.6%；浮置板垂向加速度由2.261m/s2增加到2.438m/s2，增幅7.8%。

圖6反映了钢弹簧间距对传至基础的力的影响。传至基础的力随着钢弹簧间距的增大而增长明显，当钢弹簧间距由0.625m增加到2.5m时，传至基础的力由15kN增加到43.17kN，增幅187.8%。

4 结束语

通过轨道结构的动力分析，得到以下结论：钢弹簧间距对钢轨和浮置板垂向加速度的影响较小，但对钢轨和浮置板垂向位移以及传到基础的力影响很大。钢弹簧间距取值不宜过大，否则会导致系统振动增加、基础反力急剧增大，钢轨和浮置板垂向位移超出规范限制；但钢弹簧间距取值又不宜过小，否则会增加施工成本。结合文章计算参数，建议钢弹簧间距取为1.25m。

参考文献

[1]李俊岭，徐鹏，翟婉明，等.钢弹簧浮置板轨道支点力动力特性分析[J].铁道建筑，2011（1）：106-109.

[2]蒋崇达.内置式钢弹簧浮置板轨道动力特性分析[D].南昌：华东交通大学，2013.

[3]GJJ/T191-2012.浮置板轨道技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

作者简介：李贵阔（1986，8-），男，山东郓城人，在读硕士研究生，研究方向：轨道减振。