Page 273 - 《振动工程学报》2025年第8期
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第 8 期                      陈兆玮，等： 桥墩沉降下山地齿轨车辆基本振动特性                                       1913

              轨铁路，其中包含多条超大坡度桥上齿轨线路                      ［1‑2］ 。  分析了船舶推进系统中人字齿轮的动力学特性；那
              对于桥上齿轨线路而言，桥梁因长期服役所产生的                            日苏等   ［22］ 对环模制粒机齿轮减速器进行模态分析和
              桥墩沉降问题难以避免。而桥墩沉降导致的梁体竖                            动力学求解，为提高该装置性能提供了理论依据；
              向位移会使齿轨和钢轨发生变形，齿轮‑齿轨啮合条                           BÖRÖCZ   ［23］ 研究了卡车运输时不同车速和路况对
              件恶化，使二者无法稳定啮合，甚至脱啮，造成齿轨                           轨道和齿条振动的影响。
              车辆振动及噪声增大。同时 ，在齿轮‑齿条反复啮                                综上所述，虽然桥墩沉降对轨道交通车辆的影
              合、脱离过程中，二者会发生干涉，导致使用寿命降                           响和齿轮动力学的相关研究已较为完善，但下述问
              低，严重时可致传动失效，影响列车牵引，威胁列车                           题仍有待进一步研究：（1） 目前对于齿轨车辆动力
              运行安全性。因此，有必要开展桥墩沉降下齿轮‑齿                           学的研究仍处于基础阶段，齿轨车辆在不同工况下
              轨啮合动态特性研究，从而保证山区齿轨车辆运行                            的基本振动特性尚未被明确揭示；（2） 现阶段研究
              的平稳性和安全性。                                         多聚焦于桥墩沉降对轮轨和胎轨制式轨道车辆的影
                  目前，各国学者已经开展了桥墩沉降对轨道交                          响，而其对齿轨车辆的影响尚不明确；（3） 齿轨车辆
              通系统的影响、齿轨车辆动力学和齿轮动力学方面                            依靠齿轮‑齿条啮合力实现超大坡度爬升，但桥墩沉
                               ［3］
              的研究。余翠英等 分析了横桥向桥墩不均匀沉降                            降 导 致 的 齿 条 变 形 对 其 啮 合 行 为 的 影 响 仍 是 未
              对轨道结构层间受力及其轨面变形规律的影响；陈                            知的。
              兆 玮 等 分 析 了 影 响 桥 墩 沉 降 控 制 阈 值 的 关 键 因                本文基于列车‑轨道‑桥梁动力相互作用理论，
                    ［4］
                                                      ［5］
              素，并提出了桥墩沉降的控制阈值；ABDU 等 通过
                                                                考虑齿轮‑齿轨非线性啮合行为和轮轨非线性接触
              列车通过桥梁时的垂向加速度对桥墩沉降值进行估
                                                                行为，建立车辆‑齿轨（轨道）‑桥梁耦合动力学模型，
                          ［6］
              计；勾红叶等 针对桥梁‑轨道系统变形，提出了基
                                                                分析桥墩沉降对 Strub 型齿轨车辆‑齿轨（轨道）‑桥
              于 不 同 指 标 体 系 的 行 车 安 全 评 价 准 则 ；RODRI‑
                                                                梁系统的影响，研究列车通过时桥墩沉降对车辆啮
              GUEZ 等 对整体桥梁的结构性进行了分析，结果
                      ［7］
                                                                合力、加速度、啮合误差和啮合频率的影响，为山区
                                                        ［8］
              表明该类桥梁适用于高速铁路系统；冯玉林等 分
                                                                桥上齿轨线路修建和运维提供理论支撑。
              析了连续桥梁变形对列车运行平稳性和安全性的
              影响。
                                                                1 考虑桥墩沉降的山地齿轨车辆⁃齿轨
                  相比于上述研究，国内外对齿轨车辆动力学的
                                           ［9］
              研究仍处在基础阶段。赵冠闯等 研究了齿轨车辆                                 (轨道)⁃桥梁耦合动力学模型
              车体重心高度和转动惯量对其运行平稳性和安全性
                                                                     本节建立了考虑桥墩沉降的车辆‑齿轨（轨道）
              的影响；陈兆玮等        ［10］ 分析了轨道不平顺对齿轨车辆
                                                                桥梁耦合动力学模型，如图 1 所示。齿轨车辆、齿轨
              动态特性的影响；陈再刚等            ［11］ 研究了齿轨铁路导入
                                                                （轨 道）、桥 梁 3 个 子 系 统 分 别 通 过 齿 轮‑齿 条（轮
              装置的动态响应规律，最终提出了合理的列车通过
              速度；温炎丰等       ［12］ 对山地齿轨轨道交通系统进行了                 对‑钢轨）和桥梁‑轨道相互作用耦合成一个大系统。
              动力学仿真，计算得出了车辆特殊限界。                                     具体建模方法如下：
                  同时，就齿轮动力学研究而言，李波等                ［13］ 利用啮         （1） 车辆模型：车辆模型主要由车体、转向架、
              合线趋近量与法向力之间的非线性关系优化应力求                            轮对和齿轮等子结构组成，上述部件均被视为刚体，
              解；孙晓霞等     ［14］ 分析了齿轮时变啮合刚度的激励作                   考虑 5 个方向的自由度，车体受到二系悬挂力的作
              用对齿轮振动时油膜动态特性的影响；郭栋等                      ［15］ 建  用；转向架受到一系悬挂力、二系悬挂力、齿轮‑齿轨
              立了双离合变速器的齿轮敲击动力学模型，求解了                            啮合力以及摩擦力的作用；轮对主要受到一系悬挂、
              齿轮副的动力学响应；常乐浩等               ［16］ 提出了齿轮副瞬         齿轮‑齿轨啮合以及轮轨接触力的作用，车辆模型具
              态接触特性与动力学耦合分析方法，并用该方法探                            体动力学方程参考文献［10］。
              究齿轮副非线性动力学现象成因；易园园等                    ［17］ 建立        （2） 轨道（齿轨）模型：有砟轨道模型包括齿轨
              直齿轮传动非线性动力学模型，探究线外啮合对齿                            （钢轨）、连接件（含扣件）、轨枕、道床等结构，将轨枕
              轮传动动态服役行为的影响规律；宁志远等                    ［18］ 以行    视为刚体，齿轨和钢轨视为连续弹性离散点支承上
              星齿轮为研究对象，分析其齿面磨损与齿轮动力学                            的无限长梁，建立 Timoshenko 梁模型           ［24］ ，考虑其扭
              耦合特性之间的关系；陈再刚等               ［19］ 分析了齿轮传动         转和剪切应力。
              系统啮合激励对轨道车辆及其部件动态响应的影                                 （3） 桥梁结构模型：采用有限元法建立桥梁结
              响；BENATAR 等     ［20］ 验证了斜齿轮副动态荷载分布                构振动方程，每个节点考虑 6 个自由度，桥梁的支座
              和动态模型，填补了该方面研究的空白；徐江海等                      ［21］  单元选用线性弹簧和黏性阻尼模拟。
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