高速行車條件下預(yù)設(shè)軌道不平順狀態(tài)的試驗(yàn)分析

李子睿，肖俊恒，李 偉

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京100081)

客運(yùn)專線或高速鐵路是以高速行車為目的，行車速度已取代年通過(guò)總重作為運(yùn)輸條件的主要指標(biāo)。隨著我國(guó)客運(yùn)專線建設(shè)的快速推進(jìn)，客運(yùn)專線的通車?yán)锍萄杆僭鲩L(zhǎng)。德國(guó)、法國(guó)、日本等高速鐵路發(fā)達(dá)國(guó)家的研究和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)表明，要保持高速鐵路軌道的良好平順狀態(tài)需要制訂一套嚴(yán)格的軌道不平順動(dòng)態(tài)管理標(biāo)準(zhǔn)。利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車試驗(yàn)進(jìn)行研究，對(duì)于完善我國(guó)高速鐵路軌道不平順管理體系是必要的。

1 試驗(yàn)概況及測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)點(diǎn)布置 軌向、高低、三角坑不平順的測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 軌向不平順

嚴(yán)重的軌向不平順會(huì)引起車輛的搖頭、側(cè)擺振動(dòng)，增大蛇形運(yùn)動(dòng)和側(cè)擺運(yùn)動(dòng)的幅度，導(dǎo)致輪軸橫向力增大，降低車輛運(yùn)行的平穩(wěn)性和安全性。

試驗(yàn)列車通過(guò)幅值4 mm和6 mm軌向不平順(基長(zhǎng)10 m)時(shí)，測(cè)試結(jié)果表明:試驗(yàn)列車通過(guò)時(shí)各項(xiàng)安全參數(shù)均在相應(yīng)安全限值內(nèi)，且各安全參數(shù)整體數(shù)值較小，車輛運(yùn)行安全狀態(tài)良好，見(jiàn)表1。

為此，進(jìn)一步分析車輛運(yùn)行的平穩(wěn)性，對(duì)車體加速度的最大值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2?？梢?jiàn)，在兩種不同幅值狀態(tài)下車體垂向加速度最大值為0.09 g，橫向加速度最大值為0.06 g，整體數(shù)值也較小，都小于相應(yīng)的舒適度標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判指標(biāo)(垂向加速度為0.15 g，橫向加速度為0.10 g)。

表1 安全參數(shù)最大值統(tǒng)計(jì)

表2 車體振動(dòng)加速度最大值統(tǒng)計(jì) g

2.2 高低不平順

高低不平順會(huì)激起車體和轉(zhuǎn)向架的垂向浮沉和點(diǎn)頭振動(dòng)，幅值較大時(shí)會(huì)引起車輛垂向劇烈振動(dòng)，且使輪軌作用力產(chǎn)生很大的增減載變化。

試驗(yàn)列車通過(guò)幅值5 mm高低不平順(基長(zhǎng)10 m)時(shí)，實(shí)測(cè)脫軌系數(shù)、輪重減載率和輪軸橫向力均小于其相應(yīng)的安全限值(見(jiàn)表3)，車體振動(dòng)加速度也都小于相應(yīng)的舒適度標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判指標(biāo)(見(jiàn)表4)。

圖1 各測(cè)試工況的測(cè)點(diǎn)布置示意

試驗(yàn)列車通過(guò)幅值9 mm高低不平順(基長(zhǎng)10 m)時(shí)，實(shí)測(cè)脫軌系數(shù)、輪重減載率和輪軸橫向力等列車運(yùn)行安全性參數(shù)最大值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3，輪重減載率嚴(yán)重超限的垂直力測(cè)試波形見(jiàn)圖2。測(cè)試結(jié)果表明:脫軌系數(shù)和輪軸橫向力都在安全限值內(nèi)，輪重減載率在速度大于等于330 km/h時(shí)嚴(yán)重減載，圖2說(shuō)明，此時(shí)已有車輪懸浮，列車脫軌的可能性比較大，在此速度下存在安全隱患;車體垂向加速度為0.14 g，接近舒適度標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判指標(biāo)0.15 g。

表3 安全參數(shù)最大值統(tǒng)計(jì)

圖2 試驗(yàn)列車通過(guò)高低不平順時(shí)輪重嚴(yán)重減載處垂直力通道測(cè)試波形

2.3 三角坑不平順

嚴(yán)重的三角坑不平順對(duì)車輛運(yùn)行安全的影響是最大的，可能導(dǎo)致車輛轉(zhuǎn)向架呈三輪支撐、一輪懸浮的惡劣狀態(tài)，甚至引起車輛脫軌。另外，三角坑不平順還會(huì)加劇車輛的側(cè)滾振動(dòng)，對(duì)于車輛的動(dòng)力性能不利。

試驗(yàn)列車通過(guò)幅值6 mm基長(zhǎng)2.5 m和幅值7 mm基長(zhǎng)3 m的三角坑時(shí)，實(shí)測(cè)脫軌系數(shù)、輪重減載率和輪軸橫向力等列車運(yùn)行安全性參數(shù)最大值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5。車體振動(dòng)加速度最大值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表6。測(cè)試結(jié)果表明:幅值6 mm基長(zhǎng)2.5 m的三角坑脫軌系數(shù)、輪重減載率和輪軸橫向力均在相應(yīng)的安全限值內(nèi)，橫向加速度最大值0.11 g，接近舒適度標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判指標(biāo)0.10 g;幅值7 mm基長(zhǎng)3 m的三角坑輪重減載率部分超過(guò)安全限值0.8，橫向加速度最大值0.11 g，接近舒適度標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判指標(biāo)0.10 g。

表4 車體振動(dòng)加速度最大值統(tǒng)計(jì) g

表5 安全參數(shù)最大值統(tǒng)計(jì)

表6 車體振動(dòng)加速度最大值統(tǒng)計(jì) g

2.4 三種工況下軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

試驗(yàn)列車通過(guò)以上三種類型的軌道不平順時(shí)軌頭橫向位移方向均指向線路中心線，動(dòng)態(tài)軌距變化均為軌距縮小。軌頭橫向位移和動(dòng)態(tài)軌距變化量最大值均不超過(guò)1 mm。軌道結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定性很好。

3 結(jié)論

根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果［3-4］，通過(guò)對(duì)時(shí)速300 km及以上高速狀態(tài)下三種典型軌道不平順狀態(tài)的測(cè)試結(jié)果分析，為現(xiàn)場(chǎng)控制軌道不平順狀態(tài)提供試驗(yàn)參考，提高線路的維修養(yǎng)護(hù)效率。主要結(jié)論如下:

1)對(duì)于幅值4 mm和6 mm軌向不平順(基長(zhǎng)10 m)，由于各安全參數(shù)都在相應(yīng)的安全限值內(nèi)，且車體振動(dòng)加速度均未超過(guò)相應(yīng)的舒適度標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判指標(biāo)。故對(duì)于10 m基長(zhǎng)的軌向不平順相應(yīng)的舒適度管理值6 mm是安全的。

2)對(duì)于幅值5 mm和9 mm高低不平順(基長(zhǎng)10 m)，脫軌系數(shù)和輪軸橫向力都在相應(yīng)安全限值內(nèi)，幅值9 mm高低不平順在速度不小于330 km/h時(shí)有車輪懸浮。故對(duì)于10 m基長(zhǎng)的高低不平順限速管理值應(yīng)介于5～9 mm之間。

3)對(duì)于幅值6.0 mm基長(zhǎng)2.5 m的三角坑，各安全參數(shù)均在相應(yīng)的安全限值內(nèi)，幅值7 mm基長(zhǎng)3 m的三角坑，輪重減載率部分超限，且車體振動(dòng)加速度均接近相應(yīng)的舒適度標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判指標(biāo)。故對(duì)于2.5 m基長(zhǎng)的三角坑不平順相應(yīng)的舒適度管理值應(yīng)＜6 mm，對(duì)于基長(zhǎng)3 m的三角坑不平順相應(yīng)的舒適度管理值應(yīng)＜7 mm。

以上僅為部分試驗(yàn)地段試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，由于本次試驗(yàn)時(shí)間有限，測(cè)試樣本不太充足，所得結(jié)論僅供參考。

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