钢轨波浪磨耗机理及控制-瞿连辉16928

Wheel m0
Rail m1
Contact stiffness k0
Rail pad k1, 1
Baseplate m1
DFF
Baseplate pad k2, 2
Attenuation:
between rail and slab/sleeper 20 Log10(x12/x32) = ?
between rail and Foundation 20 Log10(x12/x42) = ?
M yr
n
Rail pad Sleeper Ballast
Closed in respect of boundary conditions
轮轨相互作用
车辆轨道动态相互作用及磨耗反馈效应
牵引, 摩擦等
初始几何缺陷
固定波长机理
几何形状 改变
磨耗损伤机理
动态激励
波磨波长种类 :
长波: 200-300mm 短波: 20-80mm
Sleeper/Slab m3
x3
Ballast/formation k3, 3
FST
x4
轨道P2“共振”- 第3类：长波 5-100Hz
波磨波长-频率--车速
种类
特征频率 Hz
长波（P2） 5-100
波长mm： 波长mm： 波长mm： 对应车速 对应车速 对应车速 70km/h 150km/h 300km/h
-190
-200
0
200
来自百度文库
Measured-over
400
600
800
Frequency （Hz）
Predicted-over Measured-mid
1000
1200
Predicted-mid
钢轨横向柔度
Receptance dB (ref 1m/N)
-130
“pinned-pinned resonance”
轮轨滚动接触+轮轨粗糙度
wheel/rail rolling contact + Roughness
车轮表面 Wheel surface
x3
轮轨接触斑面 Contact patch
Rail
Rolling Wheel
h
Rolling Direction
x2
w(m1) 3 x1
Initial Smooth Surface
FL
Accelerometer 500g– Rail Lateral
轨道锤激试验-垂向
Slab Bed
- Accelerometer
Slab Bed 轨道锤激试验-横向
- Accelerometer
Rail (Beam): E, I, mr, ν etc. F
l
∝
k
c
x
预估模型 – 轨道
∝
u(x)
1.3 车轮波浪磨耗 –车辆安全隐患
车轮
1.４ 车内噪声（波浪磨耗弯道线路段）
In-car noise level dB(A) ref 2E-6Pa
80 75 70 65 60 55 50 45 40
10
Train speed=62km/h Corrugation wavelength=43mm
The peak of noise at 400Hz Corrugation frequency = (62/3.6)/0.043 = 401Hz
100
1000
Frequency (Hz)
10000
钢轨波浪磨耗是周期性波浪状缺陷
严重影响交通安全
➢ 钢轨疲劳寿命
➢轮轨振动 ➢能耗及维修费 ➢振动噪声污染 ➢交通安全
Accelerometer 500g –Hammer Vertical Accelerometer 500g – Rail lateral
Fv
Accelerometer 500g–Rail Vertical
Accelerometer 500g – Hammer Lateral
Accelerometer 500g – Rail Lateral
hmin
钢轨表面 Surface of Rail Corrugated
Description of the normal distance variation
3.2 短波波浪磨耗: p-p波
p-p共振-固定波长
f
2l 2
EI mr
1
1
(
rg
2l
)2 (1
2(1 K
v)
)
包含3维方向（6自由度）
钢轨垂向柔度
Receptance dB (ref 1m/N)
-140
“pinned-pinned resonance”
-150
frequency in vertical direction
about 1100~1200Hz on
-160
unloaded track conditions
-170
-180
-140
frequency in lateral direction
about 400~600Hz on
-150
unloaded track conditions
频率与车速:
fc s /
3.3 轮轨柔度差变机理
柔度 ： 频响函数描述方式之一，单位激振力的位移响应
() D() / F()
3.3 轮轨柔度差变机理
测量/预估
为了排除干扰因素（轴载、车速、曲线半径、轮轨表面 条件等）影响，而更准确地了解不同轨道结构的振动特性 及传递规律，可在控制激励大小和方向的条件下计算或测 量轨道的动态响应，获得系统的动态响应函数。
3890-195 8330-417 16670-833
中波
250-400
（rutting）
短波（P-P） 200-1200
78-49
98-16
167-104 208-35
333-208 416-69
3、短波波磨产生和发展机理
3.1 波浪磨耗理论分析
V0
X
3 DOFs (u, w, )
1
Z
Thmoshenko bean Pzr Pxr
2、波浪磨耗模型及类别
2.1 轮/轨激励方向
2.2 波浪磨耗种类
不连续支承“共振” – 第1类：短波 200-1200Hz
f
2l 2
EI mr
1
1
(
rg
2l
)2 (1
2(1 K
v) )
2.2 波浪磨耗种类
轮组扭转“共振”- 第2类: 中等波长 250-400Hz
2.2 波浪磨耗种类
x1 x2
钢轨短波波浪磨耗产生机理及控制措施
介绍内容
1、简介 2、钢轨波磨及类别 3、短波波磨产生和发展机理 4、钢轨波磨控制 5、结论
1、简介
1.1 铁路及扣件
1）不连续支承 2）支承刚度
1.2 钢轨波浪磨耗
长波 - 普通扣件
短波 - 减振扣件
1.3 钢轨波浪磨耗 –扣件失效 +振动噪声
扣件失效、弹条断裂、硫化开胶 + 振动噪声