QY-2型减振扣件对列车运行平稳性影响的测试与分析

张小华，孙德华，张晚晴，徐世航

（1.中国船舶重工集团公司 第七一一研究所，上海 200090；2.南京地铁运营有限责任公司，南京 200125）

QY-2型减振扣件对列车运行平稳性影响的测试与分析

张小华1，孙德华1，张晚晴1，徐世航2

（1.中国船舶重工集团公司 第七一一研究所，上海 200090；2.南京地铁运营有限责任公司，南京 200125）

高弹性减振扣件的安装，增加了轨道的弹性，有效降低了振动噪声的传递，同时必然会影响到列车的运行。为了考察QY-2型减振扣件对运营列车平稳性的影响，分别对南京地铁机场线的B型列车经过QY-2型减振扣件和ZX-2型普通扣件轨道结构时的车体振动加速度进行现场测试，分析轨道扣件对列车平稳性的影响，结果表明采用QY-2型减振扣件可有效保证列车的平稳运行，列车在垂向和横向的平稳性指标都达到优。

振动与波；地铁；轨道结构；平稳性；QY-2型减振扣件

城市轨道交通的减振降噪措施中，减振扣件作为一种简洁高效的方式，直接安装在钢轨下方，提高轨道结构的弹性，降低振动向道床和隧道传递，从而有效降低列车运营对周边环境的影响[1–3]。由于轨道结构刚度的变化，必然影响到列车的走行能力和车辆-轨道耦合系统的响应[4–5]。南京地铁机场线采用6节编组的B型列车，最高运行速度100 km/h。全线铺设整体道床，一般地段采用ZX-2型扣件，中等减振地段采用了高弹性的QY-2型减振扣件。

为了考察高弹性的QY-2型减振扣件对列车运行平稳性的影响，本文分别对列车经过QY-2型减振扣件和ZX-2型普通扣件轨道结构时的振动情况进行了现场测试，对比分析轨道扣件对列车运行平稳性的影响。

1 轨道扣件简介

ZX-2型普通扣件为弹性分开式，扣件的静刚度为40 kN/mm，动静比为1.5。QY-2型减振扣件为整体硫化型，是由中国船舶重工集团公司第七一一研究所研发的一种压缩型减振扣件如图1所示，扣件的静刚度约为18 kN/mm，动静比为1.25。

QY-2型减振扣件中的关键元件——减振器，采用了两端包覆式设计，在提供合适的垂向、横向刚度，起到减振作用的同时，可以有效控制钢轨的上拉和小倾，提高轨距保持能力和列车的运行稳定性。

图1 QY-2型减振扣件

2 车体振动测试

2.1 测点布置

选择列车的末节车厢，按照《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》GB5599-1985[6]的规定，在车厢前后端的地面上布置传感器，测量车体振动加速度，布点如图2所示。

图2 车体振动测点布置示意图

2.2 测试仪器

测试系统采用丹麦B&K公司的3053-B型信号分析仪，传感器选用CA-YD-109B型低频加速度传感器。仪器设备在使用前经过国家计量检测中心检验。

2.3 测试方法及里程

由于振动信号的测量为时间历程，因此，为准确测量经过相应扣件时的车体振动信号，在相应扣件里程的中间隧道断面，同时进行轨道结构的振动检测，并记录所有班次列车经过的触发信号。通过触发时间的校对，准确选择列车经过相应扣件轨道里程时，车体在垂向和横向的振动数据。

针对ZX-2型普通扣件列车振动的测试里程为K30+500～K30+600，曲线半径1 500 m，超高54 mm，实际运行速度为82.9 km/h[7]；QY-2型扣件的测试里程为K31+920～K32+020，曲线半径1 200 m，超高64 mm，时速80.7 km/h。车体振动分析时程为4 s。

3 测试结果分析

3.1 时域分析

列车经过ZX-2型普通扣件和QY-2型减振扣件轨道结构时车体的振动时程曲线见图3和图4。

图3 ZX-2工况下列车振动时程曲线

由图3可以看出，列车经过ZX-2扣件轨道结构时，车体的垂向最大振动加速度幅值为0.053 g，横向最大振动加速度幅值为0.025 g。

图4 QY-2工况下列车振动时程曲线

由图4可以看出，列车经过QY-2扣件轨道结构时，车体的垂向最大振动加速度幅值为0.045 g，横向最大振动加速度幅值为0.019 g。

通过图3和图4的对比可知：列车在QY-2型减振扣件轨道结构上运行时，列车的垂、横向最大加速度值较ZX-2扣件有明显的降低，降幅分别达到15%和24%。

3.2 频域分析

对列车的振动时程，进行频谱分析，得到列车垂向和横向振动的频域分布见图5、图6，详细了解引起振动的主要频率。

图5 ZX-2工况下列车振动频响曲线

由图5可以看出，列车经过ZX-2扣件轨道结构时，车体的垂向振动主要集中在5 Hz以下，1.5 Hz处出现峰值0.011 g，横向振动主要集中在4 Hz以内，2.5Hz处出现峰值0.007g。

图6 QY-2工况下列车振动频响曲线

由图6可以看出，列车经过QY-2扣件轨道结构时，车体的垂向振动主要集中在5 Hz以下，2.5 Hz处出现峰值0.009 g，横向振动主要集中在4 Hz以内，2.25 Hz处出现峰值0.006 g。

通过图5和图6的对比可知：列车在QY-2型减振扣件轨道结构上运行时，列车的振动频率分布与ZX-2型普通扣件轨道结构基本相同。QY-2型减振扣件的使用，使列车垂向振动提高了1 Hz，幅值降低了0.003 g，18.2%，横向振动主频没变，幅值降低了0.001 g，14.3%。

3.31/3倍频程分析

对车体的振动加速度进行1/3倍频分析，得到1 Hz～40 Hz范围内各中心频率对应的垂向及横向加速度振级如图7、图8所示，对比分析列车经过不同扣件时车体的垂向、横向加速度振级。

图7 车体1/3倍频程垂向加速度振级

从图7可知，列车经过不同的扣件轨道时，车体的垂向加速度振级分布基本相同，车体经过QY-2扣件时，在20 Hz处的峰值消除，其余频段则稍有增加，1.25 Hz频段处的最大峰值降低了1.15 dB。

图8 车体1/3倍频程横向加速度振级

从图8可知，车体的横向加速度振级分布也基本相同，采用QY-2后，20 Hz处的横向峰值同样消除，25 Hz以上频段的振动略有增加。

3.4 平稳性指标分析

列车运行平稳性指标[6]按以下公式计算。

式中W——平稳性指标；

A——振动加速度，g；

F——振动频率，Hz；

F(f)——频率修正系数，如表1所示。

表1 频率修正系数

按公式(1)计算得到列车经过ZX-2扣件和QY-2扣件轨道时，列车垂向和横向的运行平稳性指标见表2。

表2 不同减振轨道的车体平稳性指标

由表2可知，列车经过QY-2型减振扣件和ZX-2扣件的轨道时，运行平稳性等级高于1级标准[6]。高弹性QY-2型减振扣件的应用，使列车的平稳性指标略有降低，影响很小仅有2.4%和4.3%的变化。QY-2型减振扣件的使用可以很好地保持列车的平稳运行。

4 结语

通过上述列车车体振动实测分析，得出以下结论：

（1）在时域内，列车经过QY-2型减振扣件轨道时，车体的最大加速度较ZX-2型普通扣件有15%～25%的降低。

（2）列车经过QY-2型减振扣件和ZX-2型普通扣件轨道时，列车的振动频率分布基本相同，最大振幅则降低了0.001 g～0.003 g。

（3）QY-2型扣件的使用，明显降低列车在20 Hz频段处的动态响应，而在25 Hz以上范围内的动态响应则有所增加。

（4）减振扣件的使用对列车的运行平稳性指标影响很小，QY-2型减振扣件在降低振动传递的同时，能有效保证列车的平稳运行，可广泛应用于城市轨道交通中等减振地段。

[1]葛世平.城市轨道交通的振动和噪声对环境的影响及其对策[J].城市轨道交通研究，2003（3）：30-34.

[2]丁静波，王菁，曹亮，等.无锡地铁2号线轨道系统设计研究[J].铁道标准设计，2015，59（1）：29-32.

[3]陶洪敏，宋雷鸣.轨道结构的减振降噪技术[J].噪声与振动控制，2005，25（4）：43-44.

[4]翟婉明，蔡成标，王开云.轨道刚度对列车走行性能的影响[J].铁道学报，2000（，6）：80-83.

[5]王平，徐金辉，汪力等.轨道刚度对车辆-轨道系统频率响应的影响[J].铁道工程学报，2014（9）：46-52.

[6]铁道部.GB5599-1985铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范[S].北京：中国标准出版社，1987.

[7]中国船舶工业声学振动仪器检测中心.南京地铁机场线压缩型减振扣件在线性能测试报告[R].上海：中国船舶重工集团公司第七一一研究所，2015.

Measurement andAnalysis of the Influence of QY-2 Damper Fastener on Train Running Stability

ZHANG Xiao-hua1,SUN De-hua1,ZHANG Wan-qing1,XU Shi-hang2
(1.Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute,Shanghai 200090,China; 2.Nanjing metro Co.Ltd.,Nanjing 200215,China)

Due to the installation of high elastic damper fasteners,the track flexibility can be increased,so that the transfer of vibration and noise can be effectively reduced.However,the train running state is inevitably affected.The influence of QY-2 fastener on train running stability is investigated through testing and analyzing the train vibration acceleration when passing the track of QY-2 fastener and ZX-2 fastener in Nanjing Airport Line.The results show that QY-2 fastener can effectively ensure the smooth running.The vertical and lateral sperling index can reach the first class level.

vibration and wave;metro;track structure;running stability;QY-2 damper fastener

U213.2

：A

：10.3969/j.issn.1006-1335.2017.01.019

1006-1355(2017)01-0086-03+148

2016-09-29

张小华（1980－），男，江苏省南通市人，高级工程师，主要从事动力设备及轨道交通的振动与噪声控制。E-mail:zhangxiaohua@csic711.com