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1、第一節(jié)第一節(jié)概述概述軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)分析,就是應(yīng)用力學(xué)的基本理論,結(jié)合輪軌相互作用的原理,分析軌道在機(jī)車(chē)車(chē)輛不同的運(yùn)營(yíng)條件下所發(fā)生的動(dòng)態(tài)行為,即它的內(nèi)力和變形分布;對(duì)主要部件進(jìn)行強(qiáng)度檢算,以便加強(qiáng)軌道薄弱環(huán)節(jié),優(yōu)化軌道工作狀態(tài)、提高軌道承載能力,最大眼度地發(fā)揮既有軌道的潛能,以盡可能少的投入取得盡可能高的效益。此項(xiàng)工作還可以對(duì)軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行最佳匹配設(shè)計(jì),為軌道結(jié)構(gòu)的合理配套和設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型軌道結(jié)構(gòu)類(lèi)型及材料提供理論依據(jù)。因此,軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)分
2、析是設(shè)計(jì)、檢算和改進(jìn)軌道結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)。隨著鐵路運(yùn)輸向高速、重載方向的發(fā)展,運(yùn)量大、密度高的狀況都將對(duì)輪軌運(yùn)輸系統(tǒng)提出更多、更新的要求。行車(chē)速度愈高,安全問(wèn)題愈突出,要保證高速列車(chē)運(yùn)行平穩(wěn)、舒適、不顛覆、不說(shuō)軌。運(yùn)載重量愈大,輪軌之間的動(dòng)力作用越強(qiáng),對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的破壞作用也越嚴(yán)重。因此,進(jìn)一步深入研究輪軌相互動(dòng)力作用規(guī)律,尋求降低輪軌相互作用的途徑,對(duì)于保證軌道的強(qiáng)度和穩(wěn)定,減少維修工作量,延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。分析輪
3、軌相互作用的動(dòng)力響應(yīng),首先應(yīng)建立一個(gè)能較真實(shí)地反映軌道結(jié)構(gòu)和機(jī)車(chē)車(chē)輛相互作用基本力學(xué)特征的模型,模型的選用取決于研究問(wèn)題的側(cè)重點(diǎn)及分析的目的,抓住主要環(huán)節(jié),略去次要因素,既要求計(jì)算簡(jiǎn)單又要求有必要的精度,歷來(lái)是簡(jiǎn)化分析模型的一條根本原則。在研究軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)時(shí),人們往往以軌道部分為主體,在模型中反映得要詳細(xì)些,而對(duì)機(jī)車(chē)車(chē)輛部分則簡(jiǎn)化作為一個(gè)激擾源向主系統(tǒng)輸入,按照激擾輸入傳遞函數(shù)(系統(tǒng)特性)響應(yīng)輸出的模式來(lái)分析軌道系統(tǒng)的振動(dòng)。結(jié)構(gòu)物
4、的動(dòng)力行為根本不同于其靜力行為,前考比后者要復(fù)雜的多。由于機(jī)車(chē)車(chē)輛簧上及簧下部分質(zhì)量的振動(dòng)而產(chǎn)生的,作用于軌道上的動(dòng)荷載,其頻率較整個(gè)軌道,尤其是較鋼軌的自振頻率低很多,且碎石道床具有很高的阻尼消振作用,故而不能充分激發(fā)起軌道的振動(dòng),這種動(dòng)荷載對(duì)軌道所產(chǎn)生的作用基本上相當(dāng)于靜荷載,基于這種認(rèn)識(shí),發(fā)展起來(lái)的傳統(tǒng)的軌道強(qiáng)度計(jì)算理論與方法已形成比較成熱的體系。為此,本章的內(nèi)容首先由靜力計(jì)算開(kāi)始,然后逐步擴(kuò)展。軌道的力學(xué)分析,首先要確定作用在軌
5、道上的力。軌道承受著非常復(fù)雜的力,而且有強(qiáng)烈的隨機(jī)性和重復(fù)性。大體上可分為垂直于軌面的豎向力,垂直于鋼軌軸向的橫向水平力和平行于鋼軌軸向的縱向水平力等。1豎向力包括靜輪重和附加動(dòng)壓力。輪重是機(jī)車(chē)車(chē)輛靜止時(shí),同一個(gè)輪對(duì)的左右兩個(gè)車(chē)輪對(duì)稱(chēng)地作用于乎直軌道上的輪載。列車(chē)行駛過(guò)程中,車(chē)輪實(shí)際作用于軌道上的堅(jiān)直力稱(chēng)車(chē)輪動(dòng)輪載。動(dòng)輪載超出靜輪載的部分稱(chēng)為動(dòng)力附加值,產(chǎn)生的原因非常復(fù)雜,有屬于機(jī)車(chē)車(chē)輛構(gòu)造及狀態(tài)方而的;有屬于軌道構(gòu)造及其狀態(tài)的;也有屬
6、于機(jī)車(chē)車(chē)輛在軌道上的運(yùn)動(dòng)形態(tài)方而的。主要包括蒸汽機(jī)車(chē)蒸汽壓力和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力以及過(guò)量平衡錘的離心力等產(chǎn)生的;由于車(chē)輪踏面不圓順或車(chē)輪安裝偏心引起的;軌道不平順,諸如軌面單獨(dú)不平順、軌縫;錯(cuò)牙和折角等導(dǎo)致產(chǎn)生的,由不平順產(chǎn)生的附加動(dòng)壓力隨不平順的長(zhǎng)度、深度及行車(chē)速度、軸重等的不同而變,嚴(yán)重時(shí)可達(dá)靜輪載的13倍。2橫向水平力包括直線(xiàn)軌道上,因車(chē)輛蛇行運(yùn)動(dòng),車(chē)輪輪緣接觸鋼軌順產(chǎn)生的往復(fù)周期性的橫向力;軌道方向不平順處,車(chē)輪沖擊鋼軌的橫
7、向力,在曲線(xiàn)軌道上,主要是因轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向,車(chē)輪輪緣作用于鋼軌側(cè)面上的導(dǎo)向力,此項(xiàng)產(chǎn)生的橫向力較其他各項(xiàng)為大。還有未被平衡的離心力等。3縱向水平力包括列車(chē)的起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的縱向水平力;坡道上列車(chē)重力的水平分力;爬行力以及鋼軌因溫度變化不能自由伸縮而盧乍的縱內(nèi)水平力等,溫度人對(duì)無(wú)縫線(xiàn)路的穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。一、基本假設(shè)和計(jì)算模型一、基本假設(shè)和計(jì)算模型(二)連續(xù)基礎(chǔ)梁微分方程在圖3——2所示的坐標(biāo)條件下,鋼軌撓曲線(xiàn)上凹時(shí)的曲率為負(fù);并規(guī)定
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