道岔轨下刚度平顺性与动态特性关系研究

论文摘要

轨道刚度是铁路轨道结构设计的重要参数,直接影响到列车能否平稳和安全运行。我国传统的道岔区轨道刚度严重不均匀,随着铁路的快速发展,列车运行速度不断提高,岔区的不均匀刚度势必会加剧轮轨系统动力响应,影响列车运行平稳性,增大轨道部件动应力,缩短其使用寿命。因此,道岔区轨道刚度平顺化是现代化铁路的运营要求。本文通过建立60kg/m12号单开提速道岔辙叉区的轨道刚度有限元计算模型,全面考虑了辙叉区的结构特征,包括心轨的截面变化、间隔铁、滑床台和共用铁垫板等部件以及心轨与轨下基础的传力方式,计算得到道岔辙叉区轨道整体刚度的分布规律。根据计算所得的辙叉区轨道刚度分布规律提出辙叉区轨道刚度的平顺化措施,进一步优化道岔辙叉区的轨道刚度。并在轨道刚度有限元计算模型的基础上建立道岔辙叉区有限元动力模型,研究探讨了各参数变化对辙叉区轨道结构动力特性的影响。计算结果表明,轨道刚度在纵向和横向都存在严重的不平顺。辙叉区段基本轨的整体刚度沿线路纵向变化不大,里轨的整体刚度沿线路纵向的变化较大,从心轨尖端部位开始急剧增大,沿线路纵向共出现三个峰值,最大变化率约为200%。本文通过合理设置板下胶垫的刚度,提出合理的平顺化方案。通过平顺化前后的效果比较表明采用平顺化措施后可以使辙叉区段轨道整体刚度沿线路纵向均匀变化,最大变化率减小为30%,且该措施在实际实施过程中较易实现。另外,本文选用了钢轨竖向位移,钢轨竖向加速度,轨枕竖向位移,轨枕竖向加速度等动力学指标作为轨道动力学特性的评价指标,分别探讨了速度、轴重、扣件垫板刚度、板下垫层刚度、道床地基垂向刚度对轨道动力响应的影响。本文的分析结果说明合理设置岔区轨道刚度是改善道岔轨道刚度不平顺、保证列车安全可靠运行的有效方法,通过探讨道岔辙叉区轨道结构的动态特性,为进一步从轨道动力特性优化的角度研究道岔区轨道刚度平顺性奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外道岔结构发展概述
• 1.2.1 道岔结构形式的发展
• 1.2.2 我国道岔发展概况
• 1.2.3 国外高速道岔发展概况
• 1.3 国内外道岔区轨道刚度研究概况
• 1.3.1 国外道岔区轨道刚度概述
• 1.3.2 我国道岔区轨道刚度研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 道岔区结构及不平顺影响分析
• 2.1 道岔的构造
• 2.2 道岔的结构及截面特征
• 2.3 影响列车过岔平稳的因素分析
• 2.3.1 列车过岔稳定性评估
• 2.3.2 列车过岔不平稳的一般性原因分析
• 2.3.3 基本整治措施
• 2.4 道岔区内几何及刚度不平顺分析
• 2.4.1 道岔垂向几何不平顺分析
• 2.4.2 道岔区轨下刚度不平顺分析
• 2.5 轨道整体刚度与部件刚度合理值的范围确定
• 2.6 本章小结
• 第3章 道岔辙叉区有限元模型的建立和参数的选取
• 3.1 有限元单元法的基本原理
• 3.2 道岔区力学模型
• 3.2.1 固定式辙叉的道岔区力学模型
• 3.2.2 可动心轨辙叉区力学模型
• 3.3 仿真模型的建立
• 3.3.1 钢轨模型
• 3.3.2 扣件及板下胶垫模型
• 3.3.3 铁垫板及滑床台模型
• 3.3.4 轨枕模型
• 3.3.5 间隔铁模型
• 3.4 有限元模型计算参数的选取
• 3.4.1 钢轨计算参数
• 3.4.2 轨枕计算参数
• 3.4.3 扣件及轨下弹性垫板的计算参数
• 3.4.4 其它部件的基本计算参数
• 3.5 本章小结
• 第4章 道岔辙叉区轨下刚度平顺化分析
• 4.1 轨道竖向刚度的计算原理
• 4.1.1 钢轨允许应力法
• 4.1.2 轨道允许变形法
• 4.1.3 临界速度法
• 4.2 道岔区内钢轨竖向刚度的计算原理
• 4.2.1 道岔区轨道整体刚度概述
• 4.2.2 道岔区内钢轨竖向刚度的求解过程
• 4.3 道岔辙叉区整体刚度分布规律
• 4.3.1 直向轨道整体刚度的分布规律
• 4.3.2 侧向轨道整体刚度的分布规律
• 4.4 道岔辙叉区轨下刚度平顺化
• 4.4.1 道岔辙叉区轨下刚度平顺化原则
• 4.4.2 道岔辙叉区轨下刚度平顺化措施
• 4.4.3 道岔辙叉区轨下刚度平顺化前后的效果比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 道岔辙叉区轨道振动特性参数影响分析
• 5.1 道岔辙叉区动力学模型
• 5.1.1 道岔动力学模型的研究现状
• 5.1.2 道岔辙叉区动力学模型的建立
• 5.2 道岔区钢轨及岔枕梁单元的质量与刚度矩阵
• 5.2.1 钢轨点支承等截面有限梁单元的质量与刚度矩阵
• 5.2.2 钢轨点支承变截面有限梁单元的质量与刚度矩阵
• 5.2.3 岔枕梁单元的质量和刚度矩阵
• 5.3 道岔辙叉区轨道动力响应影响参数分析
• 5.3.1 动力学特性评价指标
• 5.3.2 列车速度的影响
• 5.3.3 轴重的影响
• 5.3.4 扣件垫板刚度的影响
• 5.3.5 板下垫层刚度的影响
• 5.3.6 道床地基垂向刚度的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论及展望
• 6.1 主要工作及结论
• 6.2 未来工作及展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果