有軌電車列車-嵌入式軌道動態(tài)相互作用研究.pdf

1、有軌電車經(jīng)歷了興起-衰落-復興的階段。由于有軌電車具有廣泛的適用性及建設靈活性，可以滿足不同城市、不同區(qū)域、不同運量對軌道交通的不同需求，我國目前有25個省（區(qū)、市）的72座城市提出了建設現(xiàn)代有軌電車線路的發(fā)展規(guī)劃，超過40座城市已經(jīng)開展了現(xiàn)代有軌電車的路網(wǎng)規(guī)劃工作，規(guī)劃線路達到50條以上，規(guī)劃里程高達1300多公里，總投資將超過3000億元。但是，現(xiàn)代有軌電車在我國剛剛興起，還缺乏相關的建設和運營標準及相關的理論研究成果支撐。為保證現(xiàn)

2、代有軌電車在我國的健康快速發(fā)展，急需對現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)開展深入的理論和試驗研究。因此，對有軌電車列車-嵌入式軌道耦合動力學性能研究具有重要的理論意義和工程應用價值。本文主要開展了以下幾方面的研究工作:
　　(1)論文首先簡要回顧了國內(nèi)外有軌電車的發(fā)展和有軌電車系統(tǒng)動力學研究的歷史與現(xiàn)狀，明確了有軌電車列車-嵌入式軌道耦合動力學研究的意義和研究方向。
　　(2)基于車輛-軌道耦合系統(tǒng)動力學理論和有限元方法，建立了比較完善的有軌

3、電車列車-嵌入式軌道耦合系統(tǒng)動力學模型。模型中，列車簡化為96自由度的多剛體動力系統(tǒng)，車間鉸接機構采用動力學約束建模，車間減振器采用空間非線性阻尼單元模擬;利用Timoshenko梁模擬連續(xù)彈性支承基礎上的槽型軌，采用三維實體有限元單元模擬軌道板，鋼軌填充材料用三維粘彈性彈簧-阻尼單元模擬，嵌入式道床板底部的自密實混凝土支撐簡化為等效的彈簧-阻尼單元，不考慮路基的影響;車輛與鋼軌間通過非線性的輪軌關系耦合，采用跡線法和最小距離法確定輪軌

4、接觸幾何關系;采用Hertz非線性彈性接觸理論求解輪軌法向力，采用沈氏理論確定輪軌切向力。通過仿真計算結果與現(xiàn)場測試結果的對比分析，驗證了有軌電車列車-嵌入式軌道耦合系統(tǒng)動力學模型的準確性與可靠性。
　　(3)歸納總結了國內(nèi)外適用于有軌電車列車-嵌入式軌道耦合系統(tǒng)動力性能評定的相關標準和指標;介紹了國內(nèi)嵌入式軌道綜合試驗段上有軌電車與新型嵌入式軌道結構的動力學試驗情況，初步分析與評估了試驗車輛與軌道的動力學性能;基于有軌電車列車-

5、嵌入式軌道耦合動力學仿真計算，對有軌電車列車-嵌入式軌道耦合振動的基本特性進行了計算分析。
　　(4)應用有軌電車列車-嵌入式軌道耦合系統(tǒng)動力學分析模型，從軌道幾何不平順敏感波長及安全限值兩方面入手對嵌入式軌道結構的不平順控制策略進行研究，系統(tǒng)調(diào)查軌道幾何不平順對有軌電車動力學性能的影響規(guī)律，提出了有軌電車運行安全性和運行平穩(wěn)性指標的軌道幾何不平順敏感波長分別為1～20m和1～40m，以及方向、軌距、高低、水平和扭曲5種軌道幾何不

6、平順安全限值，為現(xiàn)代有軌電車線路的標準建設和養(yǎng)護維修提供較為系統(tǒng)的理論依據(jù)。
　　(5)基于軌道交通的典型輪軌傷損現(xiàn)象，建立了車輪擦傷、鋼軌焊接不平順、鋼軌波磨3種典型的輪軌傷損分析模型，系統(tǒng)地調(diào)查了車輪擦傷、鋼軌焊接不平順及鋼軌波磨3種典型的輪軌異常磨損形式對有軌電車列車-嵌入式軌道系統(tǒng)耦合振動行為的影響規(guī)律，并提出這3種典型輪軌傷損的養(yǎng)護維修策略。
　　(6)應用有軌電車列車-嵌入式軌道耦合系統(tǒng)動力學分析模型，系統(tǒng)研究了