第三章 軌道結(jié)構(gòu)力學分析動車論壇

1、第一節(jié)第一節(jié)概述概述軌道結(jié)構(gòu)力學分析，就是應用力學的基本理論，結(jié)合輪軌相互作用的原理，分析軌道在機車車輛不同的運營條件下所發(fā)生的動態(tài)行為，即它的內(nèi)力和變形分布；對主要部件進行強度檢算，以便加強軌道薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化軌道工作狀態(tài)、提高軌道承載能力，最大眼度地發(fā)揮既有軌道的潛能，以盡可能少的投入取得盡可能高的效益。此項工作還可以對軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)進行最佳匹配設計，為軌道結(jié)構(gòu)的合理配套和設計開發(fā)新型軌道結(jié)構(gòu)類型及材料提供理論依據(jù)。因此，軌道結(jié)構(gòu)力學分

2、析是設計、檢算和改進軌道結(jié)構(gòu)的理論基礎。隨著鐵路運輸向高速、重載方向的發(fā)展，運量大、密度高的狀況都將對輪軌運輸系統(tǒng)提出更多、更新的要求。行車速度愈高，安全問題愈突出，要保證高速列車運行平穩(wěn)、舒適、不顛覆、不說軌。運載重量愈大，輪軌之間的動力作用越強，對軌道結(jié)構(gòu)的破壞作用也越嚴重。因此，進一步深入研究輪軌相互動力作用規(guī)律，尋求降低輪軌相互作用的途徑，對于保證軌道的強度和穩(wěn)定，減少維修工作量，延長設備使用壽命都具有十分重要的現(xiàn)實意義。分析輪

3、軌相互作用的動力響應，首先應建立一個能較真實地反映軌道結(jié)構(gòu)和機車車輛相互作用基本力學特征的模型，模型的選用取決于研究問題的側(cè)重點及分析的目的，抓住主要環(huán)節(jié)，略去次要因素，既要求計算簡單又要求有必要的精度，歷來是簡化分析模型的一條根本原則。在研究軌道結(jié)構(gòu)的動力響應時，人們往往以軌道部分為主體，在模型中反映得要詳細些，而對機車車輛部分則簡化作為一個激擾源向主系統(tǒng)輸入，按照激擾輸入傳遞函數(shù)(系統(tǒng)特性)響應輸出的模式來分析軌道系統(tǒng)的振動。結(jié)構(gòu)物

4、的動力行為根本不同于其靜力行為，前考比后者要復雜的多。由于機車車輛簧上及簧下部分質(zhì)量的振動而產(chǎn)生的，作用于軌道上的動荷載，其頻率較整個軌道，尤其是較鋼軌的自振頻率低很多，且碎石道床具有很高的阻尼消振作用，故而不能充分激發(fā)起軌道的振動，這種動荷載對軌道所產(chǎn)生的作用基本上相當于靜荷載，基于這種認識，發(fā)展起來的傳統(tǒng)的軌道強度計算理論與方法已形成比較成熱的體系。為此，本章的內(nèi)容首先由靜力計算開始，然后逐步擴展。軌道的力學分析，首先要確定作用在軌

5、道上的力。軌道承受著非常復雜的力，而且有強烈的隨機性和重復性。大體上可分為垂直于軌面的豎向力，垂直于鋼軌軸向的橫向水平力和平行于鋼軌軸向的縱向水平力等。1豎向力包括靜輪重和附加動壓力。輪重是機車車輛靜止時，同一個輪對的左右兩個車輪對稱地作用于乎直軌道上的輪載。列車行駛過程中，車輪實際作用于軌道上的堅直力稱車輪動輪載。動輪載超出靜輪載的部分稱為動力附加值，產(chǎn)生的原因非常復雜，有屬于機車車輛構(gòu)造及狀態(tài)方而的；有屬于軌道構(gòu)造及其狀態(tài)的；也有屬

6、于機車車輛在軌道上的運動形態(tài)方而的。主要包括蒸汽機車蒸汽壓力和傳動機構(gòu)運動時的慣性力以及過量平衡錘的離心力等產(chǎn)生的；由于車輪踏面不圓順或車輪安裝偏心引起的；軌道不平順，諸如軌面單獨不平順、軌縫；錯牙和折角等導致產(chǎn)生的，由不平順產(chǎn)生的附加動壓力隨不平順的長度、深度及行車速度、軸重等的不同而變，嚴重時可達靜輪載的13倍。2橫向水平力包括直線軌道上，因車輛蛇行運動，車輪輪緣接觸鋼軌順產(chǎn)生的往復周期性的橫向力；軌道方向不平順處，車輪沖擊鋼軌的橫

7、向力，在曲線軌道上，主要是因轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向，車輪輪緣作用于鋼軌側(cè)面上的導向力，此項產(chǎn)生的橫向力較其他各項為大。還有未被平衡的離心力等。3縱向水平力包括列車的起動、制動時產(chǎn)生的縱向水平力；坡道上列車重力的水平分力；爬行力以及鋼軌因溫度變化不能自由伸縮而盧乍的縱內(nèi)水平力等，溫度人對無縫線路的穩(wěn)定性來說是至關(guān)重要的。一、基本假設和計算模型一、基本假設和計算模型（二）連續(xù)基礎梁微分方程在圖3——2所示的坐標條件下，鋼軌撓曲線上凹時的曲率為負；并規(guī)定