現(xiàn)代有軌電車小半徑曲線無縫線路穩(wěn)定性分析

段立言

摘要：在如今，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快以及人口的不斷增加，在交通上面臨著更大的壓力，尤其是一些大城市經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)交通擁堵的情況。為了有效地緩解這種壓力，國(guó)家大力支持各種公共交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，而有軌電車作為一種運(yùn)輸能力比較大，而且耗能比較少的交通工具，也被越來越廣泛地應(yīng)用于各地。有軌電車的小半徑曲線無縫線路是電車運(yùn)行的重要組成部分，其無縫線路的穩(wěn)定性是很重要的，本篇文章將針對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：有軌電車;小半徑曲線;無縫線路;穩(wěn)定性

引言

現(xiàn)代有軌電車作為環(huán)境友好型的交通運(yùn)輸工具之一，在我國(guó)的多個(gè)地區(qū)都已經(jīng)興建起了相應(yīng)的電車線路。相對(duì)于地鐵和輕軌，現(xiàn)代有軌電車可以通過的軌道最小平面半徑是比較小的，因而在運(yùn)行過程中其靈活性也更加好。但是，無論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，在目前對(duì)于現(xiàn)代有軌電車的小半徑曲線無縫線路穩(wěn)定性的研究還是不多的，相關(guān)的一些規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)也沒有得到統(tǒng)一和完善。因此，進(jìn)行其穩(wěn)定性的研究和分析具有重要意義。

一、在當(dāng)前對(duì)于無縫線路穩(wěn)定性研究中的不足

首先，在當(dāng)前比較缺乏針對(duì)性的研究。盡管在目前我國(guó)對(duì)于小半徑曲線無縫線路穩(wěn)定性的研究并不少，但是在研究其穩(wěn)定性的時(shí)候所針對(duì)的對(duì)象往往都是國(guó)鐵和地鐵，這二者的曲線半徑最小還是250米，但是有軌電車的曲線半徑最少是30米，尤其是膠輪導(dǎo)軌的電車，其半徑則將近10.5米[1]。因此，在進(jìn)行現(xiàn)代有軌電車的無縫線路穩(wěn)定性研究的時(shí)候，不能夠直接將現(xiàn)在有的關(guān)于無縫線路的研究結(jié)果用于有軌電車中。其次，我國(guó)在進(jìn)行有軌電車的無縫線路研究的時(shí)候，并沒有統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，在研究過程中通常是借鑒地鐵的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行的。再者，在進(jìn)行無縫線路研究時(shí)，所進(jìn)行的都是橫向穩(wěn)定性的研究，缺乏垂直穩(wěn)定性的研究。

二、關(guān)于線路的橫向穩(wěn)定性影響因素的分析

影響現(xiàn)代有軌電車的小半徑曲線無縫線路穩(wěn)定性的因素有很多，從橫向的角度而言，主要有四個(gè)因素，分別是曲線半徑、扣件的橫向剛度、初始不平順以及道床的橫向阻力。

（一）對(duì)于曲線半徑因素分析

本篇文章主要根據(jù)曲線半徑為30、50、100、150、200以及300米的情況進(jìn)行計(jì)算分析。

通過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，在無縫線路還是穩(wěn)定的時(shí)候，鋼軌的最大橫向位移不大于2毫米，而隨著鋼軌的升溫幅度的增加，其位移會(huì)隨之呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)的情況。一旦位移比2毫米大時(shí)，線路就會(huì)失去穩(wěn)定性，此時(shí)，橫向位移就會(huì)急速增加，軌道腫脹偏離跑道。而如果電車的鋼軌升溫幅度是相同的，那么其橫向位移與曲線半徑就會(huì)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系[2]。例如，當(dāng)曲線無縫線路的半徑分別為30、50和100米，溫度升到30℃時(shí)，最大橫向位移就會(huì)逐漸減少為1.99、1.40和0.84米。

軌道的臨界升溫幅度與曲線的半徑之間呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，當(dāng)半徑分別為30和50米的無縫線路升溫幅度為30.2和42.2℃的時(shí)候，鑒于對(duì)安全系數(shù)1.3的考慮，此時(shí)可以升溫的幅度只有23.2和32.5℃。而當(dāng)曲線的半徑比100米大時(shí)，幅度都是比70℃大的，安全系數(shù)下可升溫高于50℃，也就是曲線半徑的大小對(duì)于電車無縫線路穩(wěn)定性的影響會(huì)逐漸降低。就有砟軌道而言，在曲線半徑低于100米的地方進(jìn)行無縫線路施工時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行加固處理。

（二）對(duì)于扣件橫向剛度因素的分析

扣件對(duì)于有軌電車的無縫線路而言，是非常重要的，扣件的橫向剛度會(huì)從一定程度上影響無縫線路的穩(wěn)定性。

在此，將扣件的橫向剛度設(shè)為20、50和100kN/mm，然后計(jì)算四種曲線半徑前提下，鋼軌在不同的升溫幅度時(shí)的位移情況。如圖一，通過計(jì)算可以得知，當(dāng)升溫幅度一致時(shí)，鋼軌的最大橫向位移與扣件的橫向剛度之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。例如，當(dāng)溫度升高至30℃時(shí)，扣件的剛度會(huì)由20kN/mm變?yōu)?0kM/mm，鋼軌的橫向位移也會(huì)隨著無縫線路曲線半徑的增大而逐漸減小，相當(dāng)于當(dāng)扣件的剛度依次增大10kM/mm時(shí)，鋼軌位移就會(huì)縮小為0.083、0.067、0.04和0.027毫米。分析數(shù)據(jù)可知，如扣件剛度比50kM/mm小，進(jìn)行扣件剛度的增加可使無縫線路穩(wěn)定性提高，大于50kM/mm時(shí)，增加剛度的作用不大。

（三）對(duì)于初始不平順因素的分析

初始不平順對(duì)于無縫線路穩(wěn)定性是有影響的。在此，先將初始不平順的矢度改為三、六和九毫米，彈性和塑性各占據(jù)一半，然后計(jì)算曲線半徑為30、50、100和200米時(shí)，隨升溫幅度變化的鋼軌位移。計(jì)算可知，當(dāng)升溫幅度一致時(shí)，鋼軌最大橫向位移與初始不平順矢度之間是正相關(guān)關(guān)系。如，當(dāng)溫度升至30℃時(shí)，矢度由原來的3毫米增大至9毫米，而以上計(jì)算的四個(gè)半徑曲線情況下，鋼軌最大橫向位移依次增大0.17、0.20、0.20和0.21毫米，所以初始不平順對(duì)線路穩(wěn)定性是有一定影響的。

三、結(jié)束語

本篇文章中，主要分析了目前對(duì)于現(xiàn)代有軌電車小半徑曲線無縫線路的研究情況，并以有軌電車中的有砟軌道為例，對(duì)于影響無縫線路橫向穩(wěn)定性的因素進(jìn)行分析在本文中作出的關(guān)于無縫線路穩(wěn)定性的分析和研究還是有限的，在此，筆者也希望將來有機(jī)會(huì)加深對(duì)無縫線路的研究，進(jìn)一步驗(yàn)證相關(guān)的研究數(shù)據(jù)和結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪振國(guó)， 雷曉燕， 羅錕.普通軌與槽型軌對(duì)現(xiàn)代有軌電車小半徑曲線通過能力的影響[J].城市軌道交通研究， 2018， v.21;No.184（01）：72-76.

[2]吳青松， 段曉暉.有軌電車特小半徑曲線受力和變形特性[J].鐵道建筑， 2018， 058（011）：150-154.

（作者單位：蘇州高新有軌電車集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司）