第三章 軌道結(jié)構(gòu)力學(xué)分析動(dòng)車論壇

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)車車輛不同的運(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。行車速度愈高，安全問(wèn)題愈突出，要保證高速列車運(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)車車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)車車輛部分則簡(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)車車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)車車輛靜止時(shí)，同一個(gè)輪對(duì)的左右兩個(gè)車輪對(duì)稱地作用于乎直軌道上的輪載。列車行駛過(guò)程中，車輪實(shí)際作用于軌道上的堅(jiān)直力稱車輪動(dòng)輪載。動(dòng)輪載超出靜輪載的部分稱為動(dòng)力附加值，產(chǎn)生的原因非常復(fù)雜，有屬于機(jī)車車輛構(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)車車輛在軌道上的運(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；由于車輪踏面不圓順或車輪安裝偏心引起的；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軌道上，因車輛蛇行運(yùn)動(dòng)，車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，車輪沖擊鋼軌的橫

7、向力，在曲線軌道上，主要是因轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向，車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的起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的縱向水平力；坡道上列車重力的水平分力；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，鋼軌撓曲線上凹時(shí)的曲率為負(fù)；并規(guī)定