李子睿，肖俊恒，李 偉

(中國鐵道科學(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總重作為運(yùn)輸條件的主要指標(biāo)。隨著我國客運(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。德國、法國、日本等高速鐵路發(fā)達(dá)國家的研究和運(yùn)營經(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)格的軌道不平順動態(tài)管理標(biāo)準(zhǔn)。利用現(xiàn)場實(shí)車試驗(yàn)進(jìn)行研究，對于完善我國高速鐵路軌道不平順管理體系是必要的。

1 試驗(yàn)概況及測點(diǎn)布置

測點(diǎn)布置 軌向、高低、三角坑不平順的測點(diǎn)布置見圖1所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 軌向不平順

嚴(yán)重的軌向不平順會引起車輛的搖頭、側(cè)擺振動，增大蛇形運(yùn)動和側(cè)擺運(yùn)動的幅度，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)列車通過幅值4 mm和6 mm軌向不平順(基長10 m)時，測試結(jié)果表明:試驗(yàn)列車通過時各項(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，見表1。

為此，進(jìn)一步分析車輛運(yùn)行的平穩(wěn)性，對車體加速度的最大值統(tǒng)計(jì)見表2?？梢姡趦煞N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 車體振動加速度最大值統(tǒng)計(jì) g

2.2 高低不平順

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

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

圖1 各測試工況的測點(diǎn)布置示意

試驗(yàn)列車通過幅值9 mm高低不平順(基長10 m)時，實(shí)測脫軌系數(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)見表3，輪重減載率嚴(yán)重超限的垂直力測試波形見圖2。測試結(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時嚴(yán)重減載，圖2說明，此時已有車輪懸浮，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)列車通過高低不平順時輪重嚴(yán)重減載處垂直力通道測試波形

2.3 三角坑不平順

嚴(yán)重的三角坑不平順對車輛運(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，三角坑不平順還會加劇車輛的側(cè)滾振動，對于車輛的動力性能不利。

試驗(yàn)列車通過幅值6 mm基長2.5 m和幅值7 mm基長3 m的三角坑時，實(shí)測脫軌系數(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)見表5。車體振動加速度最大值統(tǒng)計(jì)見表6。測試結(jié)果表明:幅值6 mm基長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)評判指標(biāo)0.10 g;幅值7 mm基長3 m的三角坑輪重減載率部分超過安全限值0.8，橫向加速度最大值0.11 g，接近舒適度標(biāo)準(zhǔn)評判指標(biāo)0.10 g。

表4 車體振動加速度最大值統(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)列車通過以上三種類型的軌道不平順時軌頭橫向位移方向均指向線路中心線，動態(tài)軌距變化均為軌距縮小。軌頭橫向位移和動態(tài)軌距變化量最大值均不超過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］，通過對時速300 km及以上高速狀態(tài)下三種典型軌道不平順狀態(tài)的測試結(jié)果分析，為現(xiàn)場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)對于幅值4 mm和6 mm軌向不平順(基長10 m)，由于各安全參數(shù)都在相應(yīng)的安全限值內(nèi)，且車體振動加速度均未超過相應(yīng)的舒適度標(biāo)準(zhǔn)評判指標(biāo)。故對于10 m基長的軌向不平順相應(yīng)的舒適度管理值6 mm是安全的。

2)對于幅值5 mm和9 mm高低不平順(基長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時有車輪懸浮。故對于10 m基長的高低不平順限速管理值應(yīng)介于5～9 mm之間。

3)對于幅值6.0 mm基長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3 m的三角坑，輪重減載率部分超限，且車體振動加速度均接近相應(yīng)的舒適度標(biāo)準(zhǔn)評判指標(biāo)。故對于2.5 m基長的三角坑不平順相應(yīng)的舒適度管理值應(yīng)＜6 mm，對于基長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)時間有限，測試樣本不太充足，所得結(jié)論僅供參考。

［1］盧祖文.客運(yùn)專線鐵路軌道［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［2］羅林，張格明，吳旺青，柴雪松等.輪軌系統(tǒng) 軌道不平順狀態(tài)的控制［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［3］張格明.我國準(zhǔn)高速線路軌道不平順的影響及控制［R］.北京:中國鐵道科學(xué)研究院，1998.

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［5］翟婉明.車輛—軌道耦合動力學(xué)(第三版)［M］.北京:科學(xué)出版社，2007.

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