高速动车组轮轨激扰频率分析

高速动车组在钢轨上运行时，由于轮轨冲击会产生众多频率，本节将对齿轮箱箱体振动产生影响的主频进行分析，以便为齿轮箱箱体及轴箱振动特性分析奠定基础。车轮踏面非均匀磨耗是造成车轮踏面不圆顺的主因，其表现形式有扁疤、车轮多边形等，产生的后果是导致轮轨之间强烈的冲击振动。该冲击振动经由轮轴、轴承传递到齿轮箱上，而振动频率为车轮转频的倍数关系。相同工况下，车轮多边形阶数越高，车轮滚动一周所生产的激扰频率也越高，假定其频率用fi表示，则有：

式中，v为车速，km/h；Ni为车轮多边形阶数；D为车轮滚动圆直径，mm。

如果振动频率源来自车轮多边形，其转动频率会随着速度的变化而变化，假设齿轮箱箱体内大、小齿轮的传动比为85∶35，因此可推导出车轮多边形的转频、电机转频及齿轮啮合频率等。表3-1为部分列车牵引传动部件频率计算结果。

表3-1　三种速度工况下传动部件频率

高速铁路都是无砟轨道，轨枕安装在轨道板上面，哈大线轨枕间距为0.629m，而轨道板长度依据线路的曲直工况为4～6m，因此高速动车组在钢轨上运行时会受到枕跨和轨道板的冲击而产生激扰频率。表3-2计算了3种速度工况下枕跨和轨道板对高速动车组产生的冲击频率，即速度为300km/h工况下，128.20Hz和132.49Hz为轨枕间距分别为0.65m和0.629m的枕跨冲击频率，13.89～20.83Hz为轨道板长度范围为4～6m的轨道板冲击频率，其他速度工况与此类似。表3-3为哈大与武广高铁两种不同的轨道结构形式及不同轨枕距离下的钢轨局部模态[119]；表3-4为京沪线轨道板振动模态仿真结果[120]；本书中用到的其他相关频率分析不再列举，具体的主频数值来源可查阅文献[121]，这些频率数据将为本书3.3节的分析提供依据。(www.xing528.com)

表3-2　3种速度工况下枕跨和轨道板冲击频率

表3-3　不同轨枕距离下钢轨局部模态对比

京沪线高铁轨道的轨枕距离为0.65m，采用CRTS2型板式轨道，这与武广高铁的轨道结构几乎一致，而轨道钢轨的局部模态主要受枕跨的影响，所以可以认为京沪高铁轨道与武广高铁轨道的模型基本一致。

表3-4　京沪线轨道板振动模态仿真结果　单位：Hz