中低速磁浮轨道扣件设计参数及试验方法研究

研究目的:目前国内外中低速磁浮线路较短,磁浮扣件的研究多集中在方案及结构设计方面,缺乏相应的参数研究、选型分析及试验方法等。结合中低速磁浮轨道受力和结构特点,研究扣件系统的主要性能参数,分析整理磁浮线路的扣件使用情况;参照钢轨铁路扣件的相关标准,提出扣件组装试验方法;提出工程化应用中尚待解决的问题,为中低速磁浮扣件的发展提供建议。研究结论:(1)中低速磁浮扣件应具有足够的防爬阻力、较好的三维调整能力、合理的刚度、便捷的维护性等;(2)扣件选型应根据线路工程条件,结合调距能力、扣压件型式及可靠性、养护维修等多方面综合考虑;(3)参照铁路钢轨扣件,开展磁浮扣件组装性能试验,经300万次疲劳试验后各零部件无伤损,各项指标满足要求;(4)根据磁浮系统的特点,需进一步研究扣件系统中存在的多个技术问题,提升其服役性能;(5)本研究成果可为中低速磁浮轨道扣件的研究与设计提供借鉴与参考。     

中低速磁浮轨道F型钢轨新型接头的设计

中低速磁浮交通采用有缝线路、非对称形状复杂的F型钢轨,F型钢轨接头是磁浮列车安全、平稳和快速运行的关键。基于既有J I型和J II型接头出现的竖向不平顺、振动等问题,提出了两种新型接头方案。新型J I型接头中新设的导向限位槽、燕尾键、U型连接板等结构增强了接头横向对中性能、抗扭刚度和防高差错位能力,且适应于0~30 mm的轨缝变化。新型J II型接头中新设的主副限位扣和弹性复位元件等可有效适应主F型钢轨的温差伸缩变形,并实现副F型钢轨纵向自动对中性能;其防转垫圈实现了直线段和曲线段F型钢轨的自由伸缩,可适应0~40 mm的轨缝变化幅度。     

提速情况下磁浮轨道结构振动响应及传递特性研究

中低速磁浮交通提速是目前研究趋势,但速度的提升会影响车辆运行稳定性。为探究提速后轨道的动力响应及其适应性,通过建立中低速磁浮车-轨-桥耦合动力学模型,对更高速度下轨道的振动响应进行仿真分析,并以长沙磁浮快线为对象,测试100～140 km/h速度区间内轨道的振动加速度及振动位移。研究结果表明：轨道各结构的振动响应存在差别,沿着F轨-轨枕-轨道梁逐渐减弱,车辆对轨道的垂向冲击大多被F轨的振动及弹性变形吸收,而横向冲击则更多地传递至下方的轨枕和轨道梁;随着车辆运行速度的提高,轨道的振动加速度响应逐渐加剧,轨道梁横向振动加速度较之垂向振动加速度增加更为明显,而轨道的振动位移响应则基本未表现出与速度的相关性;当车辆的运行速度提升至140 km/h后,轨道梁的垂、横向最大振动加速度分别为2.37 m/s²和0.96 m/s²,速度提升至160 km/h时,轨道梁的垂向最大振动位移为3.55 mm, F轨内外磁极面最大高度差为0.44 mm,均在规定的限值范围内,轨道的振动响应满足要求。     

中低速磁浮线F型钢轨轨道接头伸缩调节器结构设计

中低速磁浮线既有的轨道约束方式和一般接头结构无法适应轨缝伸缩量超过40 mm的轨道设计要求。本设计的轨道伸缩调节器结构,将纵向间隔设置的钢轨枕单元,通过纵向连接板和筋板结构连接成一个整体;并在纵向连接板上考虑地脚螺栓式、弹条扣压式和扣板式三种约束方式,从根本上改变了既有轨道结构及其约束方式。轨道伸缩调节器结构可使桥梁和轨道之间产生相对运动,以释放桥梁过大的纵向伸缩变形,从而减小大跨度桥梁伸缩量对行车的影响。     

100 m简支钢桁梁桥墩纵向水平刚度限值研究

为研究客货共线100 m简支钢桁梁桥墩纵向水平刚度限值,建立了线-桥-墩一体化空间有限元模型,研究了桥墩纵向水平刚度对无缝线路受力特性的影响规律,以钢轨强度、梁轨相对位移和断缝值为控制指标,提出了客货共线100 m简支钢桁梁桥墩纵向水平刚度取值。结果表明,随着简支钢桁梁桥墩纵向水平刚度的增大,钢轨伸缩附加力增大,钢轨制动附加力和梁轨相对位移降低;对于100 m简支钢桁梁,控制桥墩纵向水平刚度的指标是钢轨强度,且受钢轨温度变化幅值影响较大;综合考虑钢轨附加力和桥梁工程经济性,通过全桥铺设小阻力扣件可显著降低桥墩纵向水平刚度限值,此时桥墩纵向水平刚度建议为1 400 kN/(cm·线);研究成果可为100 m简支钢桁梁的桥墩设计提供参考。     

两种典型中低速磁浮交通导轨磁力特性及变形研究

为提升横向稳定性这一限制中低速磁浮车辆提速的重要因素,以F型导轨和倒U型导轨为对象建立其二维电磁有限元模型和三维变形仿真模型,利用该模型对比研究这两种典型导轨的磁场分布、电磁力及变形特性,并提出导向刚度系数这一新的评价指标来评估磁浮系统的导向性能.揭示了导向刚度系数与磁极宽度之间的相关性,明确了降低磁极宽度对导向性能的...     

不同约束条件下中低速磁浮道岔主动梁自振特性

为了探究中低速磁浮道岔主动梁自振特性,以清远磁浮旅游线道岔系统为对象,建立3台车和2台车道岔主动梁的有限元模型,对安装面刚性约束和弹性约束下道岔主动梁进行有限元模态分析,与道岔主动梁自振特性实测结果进行对比,研究结果表明:安装面位移约束下3台车和2台车道岔梁的低阶模态频率显著大于实测值,弹性约束下道岔梁模态分析结果与实测结果接近,故中低速磁浮道岔梁有限元建模时应施加弹性约束;相较于2台车道岔梁方案, 3台车道岔梁的垂弯模态频率有明显提高,但10～30 Hz频率内的横弯和扭转模态频率变化不大,仅仅增加中间台车抑制和减缓磁浮车岔15～20 Hz耦合共振的效果并不理想,提高道岔梁阻尼和加强道岔梁约束是更合理的选择。     

重载铁路桥上无砟轨道动力学选型研究

为给孟加拉帕德玛大桥铁路连接线桥上无砟轨道结构选型提供依据,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立重载货车-无砟轨道-桥梁耦合动力学模型,分析不同轴重货车通过桥上不同类型无砟轨道时的动力响应。结果表明:随着列车轴重的增大,桥上无砟轨道部件的动力响应明显增大;从降低轨道结构位移的角度考虑,优先选取现浇板式无砟轨道和单层长枕埋入式无砟轨道等单层无砟轨道结构;从降低轨道与桥梁的接触应力及桥梁振动加速度的角度考虑,应优先选取单元板式无砟轨道和长枕埋入式无砟轨道等双层无砟轨道结构。重载铁路桥上无砟轨道选型应综合考虑桥上无砟轨道的动力特性、线路特点及其与相关专业的接口等因素综合确定,相关成果可为重载铁路桥上无砟轨道选型提供参考。     

重载铁路桥上无砟轨道扣件关键参数研究

研究目的:为研究重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道扣件系统关键设计参数取值,本文基于弹性地基梁理论和车辆-轨道耦合动力学理论,建立32.5 t轴重重载货车-长枕埋入式无砟轨道-桥梁垂向耦合动力学模型,分析扣件刚度、扣件间距对重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道静、动力学性能的影响规律,提出重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道扣件系统设计参数取值。研究结论:(1)钢轨垂向位移和钢轨轨底应力随扣件系统刚度的增大而减小,车体垂向振动加速度、轮重减载率、轮轨力和桥梁垂向振动加速度随扣件系统刚度的增大而增大;(2)钢轨垂向位移、钢轨轨底应力、车体垂向振动加速度、轮重减载率和桥梁垂向振动加速度随扣件间距的增大而增大,但轮轨垂向力随之减小;(3)综合考虑轨道变形以及工程造价,建议重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道扣件系统的静刚度取为40～60 k N/mm,扣件系统的动刚度取为80～100 k N/mm,扣件间距取为0.6～0.65 m;(4)本研究成果可为重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道结构设计提供参考。     

地铁9号道岔侧向通过速度提升可行性研究

为提高地铁9号道岔侧向过岔能力,提出将9号道岔侧向通过速度提升至50 km/h,为此设计了5种道岔平面线型方案。基于车辆-道岔耦合动力学理论,分析不同的道岔平面线型方案对地铁车辆运行平稳性、安全性的影响。经方案比选可得:地铁9号道岔尖轨采用相离半切线型,尖轨尖端理论厚度增加至2 mm,尖轨冲击角取0.014 1 ~ 0.015 3 rad,既可提高尖轨的整体耐磨性,也可保证过岔较好的乘坐舒适性;导曲线半径采用350 m,有利于降低列车经过导曲线时未被平衡的离心加速度,提高列车过岔舒适性。