跨座式单轨列车与轨道梁系统的动力响应分析
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１ 跨座式单轨列 车车辆及轨道梁简介
于跨 座式 单 轨 列 车 采 用 与 汽 车 轮 胎 相 似 的橡 胶 轮 胎 ，及 独特 的导 向和稳 定 系统 ，使其 在结 构 、受力 方式 及 轮轨接 触方 式上 与普 通轨 道 交通 系统 有 明显 的差 异 ，有其 自身的特 性 。 目前 ，对 这种 既 有普通
主要 集 中在车 辆稳 定性 、轨道梁 的 自振特 性 和静 载 分析 等方 面＿ 。 ４ ］
本文 针对 重庆 市跨 座式 单轨 交通 系统 牛 角沱 至 李子 坝 区段 的预 应 力混 凝 土 简 支梁 （ ２ ６２ Ｚ ０ — ５梁 ） ，
运用 牛顿 定律 和模 态综 合法 建立 车辆 一轨 道梁 系统
基 金项 目： 国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （０ ７ １５ １９２８）
作 者简介 ：刘羽宇 （９ １ ，男 ，四川 自贡人 ，博士研究生 。 １８ 一）
２ ２
中
国
铁
道
科
学
第 ３ １卷
轮 与轨道梁 两侧接 触 ，承受列 车倾覆 力矩 。对 导 向 轮 和稳定轮 均施加 一定 的预压 力 ，使 列车 紧紧 “ 抓
，
ｂ ＾
…
ｆ Ｉ ］
准跨 径 为 ２ 左 右 ，梁 的 结 构 尺 寸 一 般 为 １０ ０ｍ ５ ｃ ｘ８ Ｅ （ ×宽 ） ｕ ｒ ５Ｃ 高 ，计 算 所 取 的 Ｚ ０ —５梁 位 ２ ６２ 于线路 直线段 ，为一 标 准预 应 力混 凝 土 等截 面 梁 ， 计算跨 径 ２． １２ｍ。
中 图分 类 号 ：Ｕ ３ ２２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
跨 座式单 轨 交通 系统 具有爬 坡 能力 强 、转弯半 径小 、运 行 噪 声 低 ，建 设 费用 低 等 特 点 ， 已在 日
本 、美 国 、澳 大 利 亚 等发 达 国家 成 功 运 营几 十年 。 我 国重 庆 已于 ２ ０ ０ ４年 底 建 成 了 １条 运 营 线路 。 由 跨 座式单 轨 列车 车体 与普 通列 车车 体相 同 ，但
辆简化 为 ６ 自由度的动力系统 ，运用牛顿法建立考 虑轮胎侧 偏特 性 的跨 座式单 轨列 车车辆 的运动 方程 ；用模 个 态综合法建立 轨道 梁的运动微分方程 ；根据车辆和轨 道梁 的力协调 条件 ，建立 车辆 与轨道 梁动力 相互作 用的竖 向耦合运动控 制方 程。采用 Ｖｉ ａ ｏｔｎ６ ５编制程序 ，研究 不 同车速 、不 同轨道 不平顺 条件下 轨道梁 和车辆 ｓ ｌ ｒ ． ｕ Ｆ ａ 的竖 向动力 响应 。结果 表明 ，车速及不同轨道不平顺 条件 对轨道梁 挠度 的影 响较小 ，但 对加速 度影 响较大 ；车
跨 座 式 单 轨 列 车 与 轨 道 梁 系 统 的 动 力 响 应 分 析
刘羽宇 ，葛玉梅 ，杨翊仁
（ 西南交通 大学 力 学与工程学院 ，四川 成都 摘 ６０ ３ ） １０ １
要 ：以重 庆市跨 座式单轨交通系统牛角沱至 李子坝 区段 的预应力 混凝 土简支 梁为研究 对象 ，将 每节 车
体 的竖 向加速度 随车速增 大而增 加 ，车速小于 ４ ｍ ・ 时 ，不 同的轨道 不平顺激 励对车体竖 向加速度 的影 响 ０ｋ ｈ
较 小 ，而 当车 速 大 于 ４ ｍ ・ 时 ，则 影 响较 大 。 ０ｋ ｈ
关键词 ：城市轨道 交通 ；跨 座式 ；独轨铁路 ；车桥耦合 ；竖向动力响应
的竖 向运 动控 制 方 程 ，采 用 Ｖｉ ａ Ｆ ｒａ ． ｓ ｌ ｏ ｔｎ ６ ５自 ｕ
编程 序 ，进行 车辆一 轨 道梁 系统 的竖 向动 力 响应分
析。
图 １ 跨 座 式 列 车 车 辆转 向架 简 化 图
收稿 日期 ：２ ０ —９２ ；修订 日期 ：２ １—７０ ０ ９０ —０ ０ ００ —７
铁路 列 车特点 又有 汽 车动力 特性 的跨 座式 单 轨列 车 的车辆 一轨道 梁耦 合 动力 响应研 究还 较少 。少 量 文
转 向架及 轮对 系统 却 有 其 自身 特点 ，如 图 １ 示 。 所 其走 行部 有 ３种 轮胎 ，均 为充 气橡 胶车 轮 。走行 轮 与轨 道 梁上表 面接触 ，承 受车 辆 的竖 向荷 载 并传递 牵 引力 和制 动力 给轨 道梁 ；导 向轮 与轨 道梁 两侧接
驶 方 向
车体
ｆ
一
住”轨道梁 。由于采用充气橡胶车轮 ，列车不设一 系悬 挂 ，将 车轴 直接焊 接到转 向架构 架上 。转 向架 的具体结构参见文献 ［］ ６。 跨 座式 单 轨交 通 的轨 道 梁 既 是 列 车 运 行 的轨
道 ，又是承 重结构 ，起 承载 、导 向、稳 定车辆 的作 用 。一般采用 Ｉ 形预应 力混凝 土 等截 面简 支梁 ，标
第３卷， ５ １ 第 期
２０ １０年 ９月
文 章 编 号 ：１０ —６ ２ （０ ０ ５０ ２ —７ ０ １４ ３ ２ １ ）０ —０ １０
中 国 铁 道 科 学
ＣＨ Ｉ Ａ Ｎ ＲＡ Ｉ ＬＷ ＡＹ ＣＩ Ｓ ＥＮＣＥ
Ｖｏ ． １ Ｎｏ ５ １３ ．
Ｓ ｐｅ ｅ ，２ １ ｅ ｔ ｍｂ ｒ ０ ０
触 ，对列 车运 动 导 向 ，这 与普 通轮 轨交 通转 向架利 用 车轮 踏面 的锥 度和 轮缘 自动 对 中导 向不 同 ；稳定
献 主要 出 自 日本 ，如 ＫｅｊｏＧｏａ等 对 跨 座 式 单 ｎｉ ｄ ｒ 轨列 车 车 辆 曲 线 通 过 性 能 进 行 了 研 究口 ；Ｌ Ｅ 等 Ｅ 对跨 座式 列 车车辆 与钢 轨道 梁 的相互 作用 及乘 坐舒 适性 进行 了试 验 和 计算 研 究＿ 。 国 内 的 已有研 究 ２ 】
Ｉ ２ Ｉ丝！ Ｉ．Ｉ Ｉ 晕Ｌ ： 掣 ． ＿ ａ
（ ａ ）车辆简化模型
２ 计算模型
２ １ 车辆 系统 ．
２ １ １ 车辆模 型 ．．
１ 跨座式单轨列 车车辆及轨道梁简介
于跨 座式 单 轨 列 车 采 用 与 汽 车 轮 胎 相 似 的橡 胶 轮 胎 ，及 独特 的导 向和稳 定 系统 ，使其 在结 构 、受力 方式 及 轮轨接 触方 式上 与普 通轨 道 交通 系统 有 明显 的差 异 ，有其 自身的特 性 。 目前 ，对 这种 既 有普通
主要 集 中在车 辆稳 定性 、轨道梁 的 自振特 性 和静 载 分析 等方 面＿ 。 ４ ］
本文 针对 重庆 市跨 座式 单轨 交通 系统 牛 角沱 至 李子 坝 区段 的预 应 力混 凝 土 简 支梁 （ ２ ６２ Ｚ ０ — ５梁 ） ，
运用 牛顿 定律 和模 态综 合法 建立 车辆 一轨 道梁 系统
基 金项 目： 国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （０ ７ １５ １９２８）
作 者简介 ：刘羽宇 （９ １ ，男 ，四川 自贡人 ，博士研究生 。 １８ 一）
２ ２
中
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第 ３ １卷
轮 与轨道梁 两侧接 触 ，承受列 车倾覆 力矩 。对 导 向 轮 和稳定轮 均施加 一定 的预压 力 ，使 列车 紧紧 “ 抓
，
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准跨 径 为 ２ 左 右 ，梁 的 结 构 尺 寸 一 般 为 １０ ０ｍ ５ ｃ ｘ８ Ｅ （ ×宽 ） ｕ ｒ ５Ｃ 高 ，计 算 所 取 的 Ｚ ０ —５梁 位 ２ ６２ 于线路 直线段 ，为一 标 准预 应 力混 凝 土 等截 面 梁 ， 计算跨 径 ２． １２ｍ。
中 图分 类 号 ：Ｕ ３ ２２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
跨 座式单 轨 交通 系统 具有爬 坡 能力 强 、转弯半 径小 、运 行 噪 声 低 ，建 设 费用 低 等 特 点 ， 已在 日
本 、美 国 、澳 大 利 亚 等发 达 国家 成 功 运 营几 十年 。 我 国重 庆 已于 ２ ０ ０ ４年 底 建 成 了 １条 运 营 线路 。 由 跨 座式单 轨 列车 车体 与普 通列 车车 体相 同 ，但
辆简化 为 ６ 自由度的动力系统 ，运用牛顿法建立考 虑轮胎侧 偏特 性 的跨 座式单 轨列 车车辆 的运动 方程 ；用模 个 态综合法建立 轨道 梁的运动微分方程 ；根据车辆和轨 道梁 的力协调 条件 ，建立 车辆 与轨道 梁动力 相互作 用的竖 向耦合运动控 制方 程。采用 Ｖｉ ａ ｏｔｎ６ ５编制程序 ，研究 不 同车速 、不 同轨道 不平顺 条件下 轨道梁 和车辆 ｓ ｌ ｒ ． ｕ Ｆ ａ 的竖 向动力 响应 。结果 表明 ，车速及不同轨道不平顺 条件 对轨道梁 挠度 的影 响较小 ，但 对加速 度影 响较大 ；车
跨 座 式 单 轨 列 车 与 轨 道 梁 系 统 的 动 力 响 应 分 析
刘羽宇 ，葛玉梅 ，杨翊仁
（ 西南交通 大学 力 学与工程学院 ，四川 成都 摘 ６０ ３ ） １０ １
要 ：以重 庆市跨 座式单轨交通系统牛角沱至 李子坝 区段 的预应力 混凝 土简支 梁为研究 对象 ，将 每节 车
体 的竖 向加速度 随车速增 大而增 加 ，车速小于 ４ ｍ ・ 时 ，不 同的轨道 不平顺激 励对车体竖 向加速度 的影 响 ０ｋ ｈ
较 小 ，而 当车 速 大 于 ４ ｍ ・ 时 ，则 影 响较 大 。 ０ｋ ｈ
关键词 ：城市轨道 交通 ；跨 座式 ；独轨铁路 ；车桥耦合 ；竖向动力响应
的竖 向运 动控 制 方 程 ，采 用 Ｖｉ ａ Ｆ ｒａ ． ｓ ｌ ｏ ｔｎ ６ ５自 ｕ
编程 序 ，进行 车辆一 轨 道梁 系统 的竖 向动 力 响应分
析。
图 １ 跨 座 式 列 车 车 辆转 向架 简 化 图
收稿 日期 ：２ ０ —９２ ；修订 日期 ：２ １—７０ ０ ９０ —０ ０ ００ —７
铁路 列 车特点 又有 汽 车动力 特性 的跨 座式 单 轨列 车 的车辆 一轨道 梁耦 合 动力 响应研 究还 较少 。少 量 文
转 向架及 轮对 系统 却 有 其 自身 特点 ，如 图 １ 示 。 所 其走 行部 有 ３种 轮胎 ，均 为充 气橡 胶车 轮 。走行 轮 与轨 道 梁上表 面接触 ，承 受车 辆 的竖 向荷 载 并传递 牵 引力 和制 动力 给轨 道梁 ；导 向轮 与轨 道梁 两侧接
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车体
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一
住”轨道梁 。由于采用充气橡胶车轮 ，列车不设一 系悬 挂 ，将 车轴 直接焊 接到转 向架构 架上 。转 向架 的具体结构参见文献 ［］ ６。 跨 座式 单 轨交 通 的轨 道 梁 既 是 列 车 运 行 的轨
道 ，又是承 重结构 ，起 承载 、导 向、稳 定车辆 的作 用 。一般采用 Ｉ 形预应 力混凝 土 等截 面简 支梁 ，标
第３卷， ５ １ 第 期
２０ １０年 ９月
文 章 编 号 ：１０ —６ ２ （０ ０ ５０ ２ —７ ０ １４ ３ ２ １ ）０ —０ １０
中 国 铁 道 科 学
ＣＨ Ｉ Ａ Ｎ ＲＡ Ｉ ＬＷ ＡＹ ＣＩ Ｓ ＥＮＣＥ
Ｖｏ ． １ Ｎｏ ５ １３ ．
Ｓ ｐｅ ｅ ，２ １ ｅ ｔ ｍｂ ｒ ０ ０
触 ，对列 车运 动 导 向 ，这 与普 通轮 轨交 通转 向架利 用 车轮 踏面 的锥 度和 轮缘 自动 对 中导 向不 同 ；稳定
献 主要 出 自 日本 ，如 ＫｅｊｏＧｏａ等 对 跨 座 式 单 ｎｉ ｄ ｒ 轨列 车 车 辆 曲 线 通 过 性 能 进 行 了 研 究口 ；Ｌ Ｅ 等 Ｅ 对跨 座式 列 车车辆 与钢 轨道 梁 的相互 作用 及乘 坐舒 适性 进行 了试 验 和 计算 研 究＿ 。 国 内 的 已有研 究 ２ 】
Ｉ ２ Ｉ丝！ Ｉ．Ｉ Ｉ 晕Ｌ ： 掣 ． ＿ ａ
（ ａ ）车辆简化模型
２ 计算模型
２ １ 车辆 系统 ．
２ １ １ 车辆模 型 ．．