宽频式钢轨动力吸振器对波磨的影响分析

摘要

为了解决某地铁钢弹簧浮置板轨道曲线段钢轨波磨问题，首先对钢轨波磨进行了现场测试，其次依据波磨特征进行宽频式钢轨动力吸振器(wide-frequency tuned mass damper, WTMD)的精准调频和研制。然后将WTMD的质量、刚度和阻尼等参数输入到建立的车辆-WTMD-钢弹簧浮置板耦合动力学模型。模型中浮置板和基础考虑为柔性体，轮轨接触采用多点非赫兹接触的Kik-Piotrowski模型求解。以美国5级谱叠加现场实测的波磨不平顺谱作为激励，运用有限元软件ANSYS和多体动力学仿真软件UM进行联合耦合动力学分析，逐次迭代优化WTMD参数。同时，将有无WTMD的仿真分析得到的钢轨振动加速度和现场实测数据进行对比，研究了WTMD对钢轨振动的影响。最后进行了有无WTMD的钢轨振动总振级、钢轨振动衰减率和3次波磨跟踪测试，研究了WTMD对钢轨振动、钢轨振动衰减率和波磨发展的影响。研究表明：设计的WTMD前3阶振动主频分别为518、700、759 Hz,与车辆通过波磨频率(520～830 Hz)一致；仿真和实测的钢轨振动加速度数据吻合较好，安装WTMD后钢轨振动加速度均方根值由200 g降低为20 g,减振效果为8.1 dB;WTMD可以提高钢轨的垂向和横向振动衰减率，抑制钢轨的垂向和横向pinned-pinned共振；3次波磨跟踪测试发现，WTMD安装后，钢轨波磨发展缓慢，无肉眼可见的波磨。通过以上的仿真和试验都验证了WTMD可以有效地抑制钢轨波磨。

关键词

地铁 / 钢轨动力吸振器 / 耦合动力学 / 波磨 / 浮置板轨道