QY-2型減振扣件對(duì)列車運(yùn)行平穩(wěn)性影響的測(cè)試與分析

張小華，孫德華，張晚晴，徐世航

（1.中國船舶重工集團(tuán)公司 第七一一研究所，上海 200090；2.南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司，南京 200125）

QY-2型減振扣件對(duì)列車運(yùn)行平穩(wěn)性影響的測(cè)試與分析

張小華1，孫德華1，張晚晴1，徐世航2

（1.中國船舶重工集團(tuán)公司 第七一一研究所，上海 200090；2.南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司，南京 200125）

高彈性減振扣件的安裝，增加了軌道的彈性，有效降低了振動(dòng)噪聲的傳遞，同時(shí)必然會(huì)影響到列車的運(yùn)行。為了考察QY-2型減振扣件對(duì)運(yùn)營列車平穩(wěn)性的影響，分別對(duì)南京地鐵機(jī)場(chǎng)線的B型列車經(jīng)過QY-2型減振扣件和ZX-2型普通扣件軌道結(jié)構(gòu)時(shí)的車體振動(dòng)加速度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，分析軌道扣件對(duì)列車平穩(wěn)性的影響，結(jié)果表明采用QY-2型減振扣件可有效保證列車的平穩(wěn)運(yùn)行，列車在垂向和橫向的平穩(wěn)性指標(biāo)都達(dá)到優(yōu)。

振動(dòng)與波；地鐵；軌道結(jié)構(gòu)；平穩(wěn)性；QY-2型減振扣件

城市軌道交通的減振降噪措施中，減振扣件作為一種簡(jiǎn)潔高效的方式，直接安裝在鋼軌下方，提高軌道結(jié)構(gòu)的彈性，降低振動(dòng)向道床和隧道傳遞，從而有效降低列車運(yùn)營對(duì)周邊環(huán)境的影響[1–3]。由于軌道結(jié)構(gòu)剛度的變化，必然影響到列車的走行能力和車輛-軌道耦合系統(tǒng)的響應(yīng)[4–5]。南京地鐵機(jī)場(chǎng)線采用6節(jié)編組的B型列車，最高運(yùn)行速度100 km/h。全線鋪設(shè)整體道床，一般地段采用ZX-2型扣件，中等減振地段采用了高彈性的QY-2型減振扣件。

為了考察高彈性的QY-2型減振扣件對(duì)列車運(yùn)行平穩(wěn)性的影響，本文分別對(duì)列車經(jīng)過QY-2型減振扣件和ZX-2型普通扣件軌道結(jié)構(gòu)時(shí)的振動(dòng)情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，對(duì)比分析軌道扣件對(duì)列車運(yùn)行平穩(wěn)性的影響。

1 軌道扣件簡(jiǎn)介

ZX-2型普通扣件為彈性分開式，扣件的靜剛度為40 kN/mm，動(dòng)靜比為1.5。QY-2型減振扣件為整體硫化型，是由中國船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所研發(fā)的一種壓縮型減振扣件如圖1所示，扣件的靜剛度約為18 kN/mm，動(dòng)靜比為1.25。

QY-2型減振扣件中的關(guān)鍵元件——減振器，采用了兩端包覆式設(shè)計(jì)，在提供合適的垂向、橫向剛度，起到減振作用的同時(shí)，可以有效控制鋼軌的上拉和小傾，提高軌距保持能力和列車的運(yùn)行穩(wěn)定性。

圖1 QY-2型減振扣件

2 車體振動(dòng)測(cè)試

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

選擇列車的末節(jié)車廂，按照《鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》GB5599-1985[6]的規(guī)定，在車廂前后端的地面上布置傳感器，測(cè)量車體振動(dòng)加速度，布點(diǎn)如圖2所示。

圖2 車體振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

2.2 測(cè)試儀器

測(cè)試系統(tǒng)采用丹麥B&K公司的3053-B型信號(hào)分析儀，傳感器選用CA-YD-109B型低頻加速度傳感器。儀器設(shè)備在使用前經(jīng)過國家計(jì)量檢測(cè)中心檢驗(yàn)。

2.3 測(cè)試方法及里程

由于振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量為時(shí)間歷程，因此，為準(zhǔn)確測(cè)量經(jīng)過相應(yīng)扣件時(shí)的車體振動(dòng)信號(hào)，在相應(yīng)扣件里程的中間隧道斷面，同時(shí)進(jìn)行軌道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)檢測(cè)，并記錄所有班次列車經(jīng)過的觸發(fā)信號(hào)。通過觸發(fā)時(shí)間的校對(duì)，準(zhǔn)確選擇列車經(jīng)過相應(yīng)扣件軌道里程時(shí)，車體在垂向和橫向的振動(dòng)數(shù)據(jù)。

針對(duì)ZX-2型普通扣件列車振動(dòng)的測(cè)試?yán)锍虨镵30+500～K30+600，曲線半徑1 500 m，超高54 mm，實(shí)際運(yùn)行速度為82.9 km/h[7]；QY-2型扣件的測(cè)試?yán)锍虨镵31+920～K32+020，曲線半徑1 200 m，超高64 mm，時(shí)速80.7 km/h。車體振動(dòng)分析時(shí)程為4 s。

3 測(cè)試結(jié)果分析

3.1 時(shí)域分析

列車經(jīng)過ZX-2型普通扣件和QY-2型減振扣件軌道結(jié)構(gòu)時(shí)車體的振動(dòng)時(shí)程曲線見圖3和圖4。

圖3 ZX-2工況下列車振動(dòng)時(shí)程曲線

由圖3可以看出，列車經(jīng)過ZX-2扣件軌道結(jié)構(gòu)時(shí)，車體的垂向最大振動(dòng)加速度幅值為0.053 g，橫向最大振動(dòng)加速度幅值為0.025 g。

圖4 QY-2工況下列車振動(dòng)時(shí)程曲線

由圖4可以看出，列車經(jīng)過QY-2扣件軌道結(jié)構(gòu)時(shí)，車體的垂向最大振動(dòng)加速度幅值為0.045 g，橫向最大振動(dòng)加速度幅值為0.019 g。

通過圖3和圖4的對(duì)比可知：列車在QY-2型減振扣件軌道結(jié)構(gòu)上運(yùn)行時(shí)，列車的垂、橫向最大加速度值較ZX-2扣件有明顯的降低，降幅分別達(dá)到15%和24%。

3.2 頻域分析

對(duì)列車的振動(dòng)時(shí)程，進(jìn)行頻譜分析，得到列車垂向和橫向振動(dòng)的頻域分布見圖5、圖6，詳細(xì)了解引起振動(dòng)的主要頻率。

圖5 ZX-2工況下列車振動(dòng)頻響曲線

由圖5可以看出，列車經(jīng)過ZX-2扣件軌道結(jié)構(gòu)時(shí)，車體的垂向振動(dòng)主要集中在5 Hz以下，1.5 Hz處出現(xiàn)峰值0.011 g，橫向振動(dòng)主要集中在4 Hz以內(nèi)，2.5Hz處出現(xiàn)峰值0.007g。

圖6 QY-2工況下列車振動(dòng)頻響曲線

由圖6可以看出，列車經(jīng)過QY-2扣件軌道結(jié)構(gòu)時(shí)，車體的垂向振動(dòng)主要集中在5 Hz以下，2.5 Hz處出現(xiàn)峰值0.009 g，橫向振動(dòng)主要集中在4 Hz以內(nèi)，2.25 Hz處出現(xiàn)峰值0.006 g。

通過圖5和圖6的對(duì)比可知：列車在QY-2型減振扣件軌道結(jié)構(gòu)上運(yùn)行時(shí)，列車的振動(dòng)頻率分布與ZX-2型普通扣件軌道結(jié)構(gòu)基本相同。QY-2型減振扣件的使用，使列車垂向振動(dòng)提高了1 Hz，幅值降低了0.003 g，18.2%，橫向振動(dòng)主頻沒變，幅值降低了0.001 g，14.3%。

3.31/3倍頻程分析

對(duì)車體的振動(dòng)加速度進(jìn)行1/3倍頻分析，得到1 Hz～40 Hz范圍內(nèi)各中心頻率對(duì)應(yīng)的垂向及橫向加速度振級(jí)如圖7、圖8所示，對(duì)比分析列車經(jīng)過不同扣件時(shí)車體的垂向、橫向加速度振級(jí)。

圖7 車體1/3倍頻程垂向加速度振級(jí)

從圖7可知，列車經(jīng)過不同的扣件軌道時(shí)，車體的垂向加速度振級(jí)分布基本相同，車體經(jīng)過QY-2扣件時(shí)，在20 Hz處的峰值消除，其余頻段則稍有增加，1.25 Hz頻段處的最大峰值降低了1.15 dB。

圖8 車體1/3倍頻程橫向加速度振級(jí)

從圖8可知，車體的橫向加速度振級(jí)分布也基本相同，采用QY-2后，20 Hz處的橫向峰值同樣消除，25 Hz以上頻段的振動(dòng)略有增加。

3.4 平穩(wěn)性指標(biāo)分析

列車運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)[6]按以下公式計(jì)算。

式中W——平穩(wěn)性指標(biāo)；

A——振動(dòng)加速度，g；

F——振動(dòng)頻率，Hz；

F(f)——頻率修正系數(shù)，如表1所示。

表1 頻率修正系數(shù)

按公式(1)計(jì)算得到列車經(jīng)過ZX-2扣件和QY-2扣件軌道時(shí)，列車垂向和橫向的運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)見表2。

表2 不同減振軌道的車體平穩(wěn)性指標(biāo)

由表2可知，列車經(jīng)過QY-2型減振扣件和ZX-2扣件的軌道時(shí)，運(yùn)行平穩(wěn)性等級(jí)高于1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[6]。高彈性QY-2型減振扣件的應(yīng)用，使列車的平穩(wěn)性指標(biāo)略有降低，影響很小僅有2.4%和4.3%的變化。QY-2型減振扣件的使用可以很好地保持列車的平穩(wěn)運(yùn)行。

4 結(jié)語

通過上述列車車體振動(dòng)實(shí)測(cè)分析，得出以下結(jié)論：

（1）在時(shí)域內(nèi)，列車經(jīng)過QY-2型減振扣件軌道時(shí)，車體的最大加速度較ZX-2型普通扣件有15%～25%的降低。

（2）列車經(jīng)過QY-2型減振扣件和ZX-2型普通扣件軌道時(shí)，列車的振動(dòng)頻率分布基本相同，最大振幅則降低了0.001 g～0.003 g。

（3）QY-2型扣件的使用，明顯降低列車在20 Hz頻段處的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，而在25 Hz以上范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)則有所增加。

（4）減振扣件的使用對(duì)列車的運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)影響很小，QY-2型減振扣件在降低振動(dòng)傳遞的同時(shí)，能有效保證列車的平穩(wěn)運(yùn)行，可廣泛應(yīng)用于城市軌道交通中等減振地段。

[1]葛世平.城市軌道交通的振動(dòng)和噪聲對(duì)環(huán)境的影響及其對(duì)策[J].城市軌道交通研究，2003（3）：30-34.

[2]丁靜波，王菁，曹亮，等.無錫地鐵2號(hào)線軌道系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2015，59（1）：29-32.

[3]陶洪敏，宋雷鳴.軌道結(jié)構(gòu)的減振降噪技術(shù)[J].噪聲與振動(dòng)控制，2005，25（4）：43-44.

[4]翟婉明，蔡成標(biāo)，王開云.軌道剛度對(duì)列車走行性能的影響[J].鐵道學(xué)報(bào)，2000（，6）：80-83.

[5]王平，徐金輝，汪力等.軌道剛度對(duì)車輛-軌道系統(tǒng)頻率響應(yīng)的影響[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2014（9）：46-52.

[6]鐵道部.GB5599-1985鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1987.

[7]中國船舶工業(yè)聲學(xué)振動(dòng)儀器檢測(cè)中心.南京地鐵機(jī)場(chǎng)線壓縮型減振扣件在線性能測(cè)試報(bào)告[R].上海：中國船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所，2015.

Measurement andAnalysis of the Influence of QY-2 Damper Fastener on Train Running Stability

ZHANG Xiao-hua1,SUN De-hua1,ZHANG Wan-qing1,XU Shi-hang2
(1.Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute,Shanghai 200090,China; 2.Nanjing metro Co.Ltd.,Nanjing 200215,China)

Due to the installation of high elastic damper fasteners,the track flexibility can be increased,so that the transfer of vibration and noise can be effectively reduced.However,the train running state is inevitably affected.The influence of QY-2 fastener on train running stability is investigated through testing and analyzing the train vibration acceleration when passing the track of QY-2 fastener and ZX-2 fastener in Nanjing Airport Line.The results show that QY-2 fastener can effectively ensure the smooth running.The vertical and lateral sperling index can reach the first class level.

vibration and wave;metro;track structure;running stability;QY-2 damper fastener

U213.2

：A

：10.3969/j.issn.1006-1335.2017.01.019

1006-1355(2017)01-0086-03+148

2016-09-29

張小華（1980－），男，江蘇省南通市人，高級(jí)工程師，主要從事動(dòng)力設(shè)備及軌道交通的振動(dòng)與噪聲控制。E-mail:zhangxiaohua@csic711.com