第三章 軌道結構力學分析動車論壇

1、第一節(jié)第一節(jié)概述概述軌道結構力學分析，就是應用力學的基本理論，結合輪軌相互作用的原理，分析軌道在機車車輛不同的運營條件下所發(fā)生的動態(tài)行為，即它的內力和變形分布；對主要部件進行強度檢算，以便加強軌道薄弱環(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。此項工作還可以對軌道結構參數進行最佳匹配設計，為軌道結構的合理配套和設計開發(fā)新型軌道結構類型及材料提供理論依據。因此，軌道結構力學分

2、析是設計、檢算和改進軌道結構的理論基礎。隨著鐵路運輸向高速、重載方向的發(fā)展，運量大、密度高的狀況都將對輪軌運輸系統提出更多、更新的要求。行車速度愈高，安全問題愈突出，要保證高速列車運行平穩(wěn)、舒適、不顛覆、不說軌。運載重量愈大，輪軌之間的動力作用越強，對軌道結構的破壞作用也越嚴重。因此，進一步深入研究輪軌相互動力作用規(guī)律，尋求降低輪軌相互作用的途徑，對于保證軌道的強度和穩(wěn)定，減少維修工作量，延長設備使用壽命都具有十分重要的現實意義。分析輪

3、軌相互作用的動力響應，首先應建立一個能較真實地反映軌道結構和機車車輛相互作用基本力學特征的模型，模型的選用取決于研究問題的側重點及分析的目的，抓住主要環(huán)節(jié)，略去次要因素，既要求計算簡單又要求有必要的精度，歷來是簡化分析模型的一條根本原則。在研究軌道結構的動力響應時，人們往往以軌道部分為主體，在模型中反映得要詳細些，而對機車車輛部分則簡化作為一個激擾源向主系統輸入，按照激擾輸入傳遞函數(系統特性)響應輸出的模式來分析軌道系統的振動。結構物

4、的動力行為根本不同于其靜力行為，前考比后者要復雜的多。由于機車車輛簧上及簧下部分質量的振動而產生的，作用于軌道上的動荷載，其頻率較整個軌道，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，這種動荷載對軌道所產生的作用基本上相當于靜荷載，基于這種認識，發(fā)展起來的傳統的軌道強度計算理論與方法已形成比較成熱的體系。為此，本章的內容首先由靜力計算開始，然后逐步擴展。軌道的力學分析，首先要確定作用在軌

5、道上的力。軌道承受著非常復雜的力，而且有強烈的隨機性和重復性。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壓力。輪重是機車車輛靜止時，同一個輪對的左右兩個車輪對稱地作用于乎直軌道上的輪載。列車行駛過程中，車輪實際作用于軌道上的堅直力稱車輪動輪載。動輪載超出靜輪載的部分稱為動力附加值，產生的原因非常復雜，有屬于機車車輛構造及狀態(tài)方而的；有屬于軌道構造及其狀態(tài)的；也有屬

6、于機車車輛在軌道上的運動形態(tài)方而的。主要包括蒸汽機車蒸汽壓力和傳動機構運動時的慣性力以及過量平衡錘的離心力等產生的；由于車輪踏面不圓順或車輪安裝偏心引起的；軌道不平順，諸如軌面單獨不平順、軌縫；錯牙和折角等導致產生的，由不平順產生的附加動壓力隨不平順的長度、深度及行車速度、軸重等的不同而變，嚴重時可達靜輪載的13倍。2橫向水平力包括直線軌道上，因車輛蛇行運動，車輪輪緣接觸鋼軌順產生的往復周期性的橫向力；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，主要是因轉向架轉向，車輪輪緣作用于鋼軌側面上的導向力，此項產生的橫向力較其他各項為大。還有未被平衡的離心力等。3縱向水平力包括列車的起動、制動時產生的縱向水平力；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水平力等，溫度人對無縫線路的穩(wěn)定性來說是至關重要的。一、基本假設和計算模型一、基本假設和計算模型（二）連續(xù)基礎梁微分方程在圖3——2所示的坐標條件下，鋼軌撓曲線上凹時的曲率為負；并規(guī)定