張小華，孫德華，張晚晴，徐世航

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

QY-2型減振扣件對列車運行平穩(wěn)性影響的測試與分析

張小華1，孫德華1，張晚晴1，徐世航2

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

高彈性減振扣件的安裝，增加了軌道的彈性，有效降低了振動噪聲的傳遞，同時必然會影響到列車的運行。為了考察QY-2型減振扣件對運營列車平穩(wěn)性的影響，分別對南京地鐵機場線的B型列車經(jīng)過QY-2型減振扣件和ZX-2型普通扣件軌道結構時的車體振動加速度進行現(xiàn)場測試，分析軌道扣件對列車平穩(wěn)性的影響，結果表明采用QY-2型減振扣件可有效保證列車的平穩(wěn)運行，列車在垂向和橫向的平穩(wěn)性指標都達到優(yōu)。

振動與波；地鐵；軌道結構；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潔高效的方式，直接安裝在鋼軌下方，提高軌道結構的彈性，降低振動向道床和隧道傳遞，從而有效降低列車運營對周邊環(huán)境的影響[1–3]。由于軌道結構剛度的變化，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[4–5]。南京地鐵機場線采用6節(jié)編組的B型列車，最高運行速度100 km/h。全線鋪設整體道床，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型減振扣件對列車運行平穩(wěn)性的影響，本文分別對列車經(jīng)過QY-2型減振扣件和ZX-2型普通扣件軌道結構時的振動情況進行了現(xiàn)場測試，對比分析軌道扣件對列車運行平穩(wěn)性的影響。

1 軌道扣件簡介

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，動靜比為1.25。

QY-2型減振扣件中的關鍵元件——減振器，采用了兩端包覆式設計，在提供合適的垂向、橫向剛度，起到減振作用的同時，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行穩(wěn)定性。

圖1 QY-2型減振扣件

2 車體振動測試

2.1 測點布置

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

圖2 車體振動測點布置示意圖

2.2 測試儀器

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

2.3 測試方法及里程

由于振動信號的測量為時間歷程，因此，為準確測量經(jīng)過相應扣件時的車體振動信號，在相應扣件里程的中間隧道斷面，同時進行軌道結構的振動檢測，并記錄所有班次列車經(jīng)過的觸發(fā)信號。通過觸發(fā)時間的校對，準確選擇列車經(jīng)過相應扣件軌道里程時，車體在垂向和橫向的振動數(shù)據(jù)。

針對ZX-2型普通扣件列車振動的測試里程為K30+500～K30+600，曲線半徑1 500 m，超高54 mm，實際運行速度為82.9 km/h[7]；QY-2型扣件的測試里程為K31+920～K32+020，曲線半徑1 200 m，超高64 mm，時速80.7 km/h。車體振動分析時程為4 s。

3 測試結果分析

3.1 時域分析

列車經(jīng)過ZX-2型普通扣件和QY-2型減振扣件軌道結構時車體的振動時程曲線見圖3和圖4。

圖3 ZX-2工況下列車振動時程曲線

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

圖4 QY-2工況下列車振動時程曲線

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

通過圖3和圖4的對比可知：列車在QY-2型減振扣件軌道結構上運行時，列車的垂、橫向最大加速度值較ZX-2扣件有明顯的降低，降幅分別達到15%和24%。

3.2 頻域分析

對列車的振動時程，進行頻譜分析，得到列車垂向和橫向振動的頻域分布見圖5、圖6，詳細了解引起振動的主要頻率。

圖5 ZX-2工況下列車振動頻響曲線

由圖5可以看出，列車經(jīng)過ZX-2扣件軌道結構時，車體的垂向振動主要集中在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工況下列車振動頻響曲線

由圖6可以看出，列車經(jīng)過QY-2扣件軌道結構時，車體的垂向振動主要集中在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的對比可知：列車在QY-2型減振扣件軌道結構上運行時，列車的振動頻率分布與ZX-2型普通扣件軌道結構基本相同。QY-2型減振扣件的使用，使列車垂向振動提高了1 Hz，幅值降低了0.003 g，18.2%，橫向振動主頻沒變，幅值降低了0.001 g，14.3%。

3.31/3倍頻程分析

對車體的振動加速度進行1/3倍頻分析，得到1 Hz～40 Hz范圍內(nèi)各中心頻率對應的垂向及橫向加速度振級如圖7、圖8所示，對比分析列車經(jīng)過不同扣件時車體的垂向、橫向加速度振級。

圖7 車體1/3倍頻程垂向加速度振級

從圖7可知，列車經(jīng)過不同的扣件軌道時，車體的垂向加速度振級分布基本相同，車體經(jīng)過QY-2扣件時，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

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

3.4 平穩(wěn)性指標分析

列車運行平穩(wěn)性指標[6]按以下公式計算。

式中W——平穩(wěn)性指標；

A——振動加速度，g；

F——振動頻率，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)計算得到列車經(jīng)過ZX-2扣件和QY-2扣件軌道時，列車垂向和橫向的運行平穩(wěn)性指標見表2。

表2 不同減振軌道的車體平穩(wěn)性指標

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，運行平穩(wěn)性等級高于1級標準[6]。高彈性QY-2型減振扣件的應用，使列車的平穩(wěn)性指標略有降低，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)運行。

4 結語

通過上述列車車體振動實測分析，得出以下結論：

（1）在時域內(nèi)，列車經(jīng)過QY-2型減振扣件軌道時，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，列車的振動頻率分布基本相同，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頻段處的動態(tài)響應，而在25 Hz以上范圍內(nèi)的動態(tài)響應則有所增加。

（4）減振扣件的使用對列車的運行平穩(wěn)性指標影響很小，QY-2型減振扣件在降低振動傳遞的同時，能有效保證列車的平穩(wěn)運行，可廣泛應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和噪聲對環(huán)境的影響及其對策[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號線軌道系統(tǒng)設計研究[J].鐵道標準設計，2015，59（1）：29-32.

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

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

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

[6]鐵道部.GB5599-1985鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，1987.

[7]中國船舶工業(yè)聲學振動儀器檢測中心.南京地鐵機場線壓縮型減振扣件在線性能測試報告[R].上海：中國船舶重工集團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，高級工程師，主要從事動力設備及軌道交通的振動與噪聲控制。E-mail:zhangxiaohua@csic711.com