徐偉昌

(上海鐵路局工務處，上海 200071)

軌道不平順是機車車輛及軌道系統(tǒng)自身振動的激擾源[1]，它是引起輪軌作用力增大的主要因素[2-3]。一方面，超過一定限值的軌道不平順會影響旅客舒適度和行車安全性[4];另一方面，由于軌道不平順的存在，列車輪對沖擊振動引起的動力作用以幾何級數(shù)增加，軌道結構自身產生激振，軌道持續(xù)惡化，從而形成惡性循環(huán)[5]。由此可見軌道不平順管理的重要性。目前鐵路工務部門主要根據(jù)線路動靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)，對每個區(qū)段、每1 km的線路狀態(tài)采用峰值管理法(如偏差扣分法等)、均值管理法(如TQI法等)[6]進行評價。

隨著鐵路養(yǎng)路機械化程度的不斷提高，有砟軌道上常采用大型養(yǎng)路機械(以下簡稱大機)進行以搗固為主的綜合維修作業(yè)[7-8]。采用大機搗固作業(yè)起道量控制準確，搗固受力均勻，搗后軌面平順，是控制軌道狀態(tài)質量的有效手段[9]。如何把平順性管理和以大機為主維修作業(yè)結合起來共同指導維修決策，是需要研究的課題。

本文在全面分析滬昆線浙贛段綜合檢測車軌道質量指數(shù)TQI數(shù)據(jù)的基礎上，提出適用于大機維修管理決策的軌道質量評價指數(shù)的概念，并利用統(tǒng)計學方法對其分布規(guī)律進行分析，為鐵路工務部門進行有砟軌道大機維修管理決策提供評價指標和理論依據(jù)。

1 軌道質量指數(shù)及數(shù)據(jù)來源

軌道質量指數(shù)是指200 m線路基本單元區(qū)段內左高低、右高低、左軌向、右軌向、水平、軌距以及三角坑7項軌道幾何尺寸不平順偏差的標準差之和[10]。單項指標計算公式為

式中:σi為各項幾何不平順偏差的標準差;X—i為基本單元區(qū)段內各項幾何不平順連續(xù)采樣點偏差值的算術平均值;n為采樣點個數(shù)，一般取800。

在鐵路線路養(yǎng)護維修中，通常是根據(jù)線路速度等級、養(yǎng)修作業(yè)方式采取不同的養(yǎng)護維修管理值。200～250 km/h速度等級線路的 TQI管理值[11]見表1。

表1 200～250 km/h速度等級線路的TQI管理值mm

本文所分析的TQI數(shù)據(jù)來源于鐵科院0號綜合檢測車2009年10月—2011年4月對滬昆線浙贛段的綜合檢測結果。經(jīng)篩選，最后確定分析所用的檢測數(shù)據(jù)上行線有23次，下行線有21次。

2 大型養(yǎng)路機械搗固作業(yè)軌道質量評價指數(shù)

2.1 TQI的時間趨勢

以滬昆線浙贛段上行線(圖1)為例分析軌道質量指數(shù)隨時間的變化趨勢。

圖1 滬昆上行線TQI均值隨時間變化曲線

由圖1可知，在2010年3—5月，上行線TQI從3月19日的5.57下降到5月15日的5.13，下降幅度達到7.90%。在該時段內下行線TQI也同樣在下降。2010年3—4月滬昆線浙贛段上下行線路安排了一次大機維修作業(yè)，線路質量改善明顯，TQI出現(xiàn)了較為明顯的下降。維修作業(yè)對軌道質量改善的作用如圖2所示。

2.2 TQI各子項隨時間變化規(guī)律

滬昆上行線TQI指數(shù)各子項隨時間變化的趨勢如圖3所示。

從圖3可以看出，在一個維修周期內，左高低、右高低、水平、三角坑標準差均隨時間的增加而增加。而左軌向、右軌向、軌距標準差則增加有限，基本保持不變。上述規(guī)律表明，用左高低、右高低、水平、三角坑4項標準差代替?zhèn)鹘y(tǒng)的TQI分析軌道質量隨時間的變化規(guī)律更合理。

2.3 大機作業(yè)對TQI各子項的影響規(guī)律

大機作業(yè)對線路總體質量改善明顯，但在基本作業(yè)條件及作業(yè)模式下，大機作業(yè)對TQI各子項有無改善作用，改善量值是多少，則需要進一步分析。為此選取幾段線路作業(yè)前后檢測數(shù)據(jù)進行具體分析，以滬昆上行線K434.400—K442.400為例，其作業(yè)前后檢測數(shù)據(jù)見表 2。從表 2中可以看出:滬昆上行線K434.400—K442.400大機作業(yè)后線路質量總體改善，區(qū)段TQI均值從作業(yè)前的6.002下降到作業(yè)后的5.354，下降0.648，下降幅度為10.796%;大機作業(yè)對高低、水平、三角坑有明顯改善作用;對軌距有輕微惡化作用，但幅值不大;對軌向的影響則存在離散性。

表2 滬昆上行線K434+400—K442+400大機作業(yè)前后檢測數(shù)據(jù)對比 mm

其它大機作業(yè)地段檢測數(shù)據(jù)也表現(xiàn)出相同的特點。因此，在大機作業(yè)維修管理中不應納入軌向和軌距兩項指標。

2.4 大機搗固作業(yè)軌道質量評價指數(shù)的提出

基于上述對TQI各子項隨時間變化規(guī)律以及大機作業(yè)對TQI各子項影響規(guī)律的分析可知，在以大機作業(yè)為主的綜合維修策略研究中，軌道幾何狀態(tài)偏差應重點分析左高低、右高低、水平、三角坑4項偏差。由此引入大型養(yǎng)路機械搗固作業(yè)軌道質量評價指數(shù)(Track Quality Index to Large Machinery Tamping Work，TQITW)的概念。它由左高低、右高低、水平、三角坑4項軌道幾何狀態(tài)指標組成，其表達式為

式中:σi分別為左高低、右高低、水平、三角坑4項軌道幾何狀態(tài)偏差的標準差。

3 大機搗固作業(yè)軌道質量評價指數(shù)分布

3.1 大機搗固作業(yè)軌道質量評價指數(shù)分布分析

根據(jù)2010—2011年上海局管內滬昆線浙贛段上下行線路TQITW數(shù)據(jù)，作直方圖及累計分布圖。2011年4月20日上下行線TQITW分布如圖4所示。

圖4 2011年4月20日滬昆線浙贛段TQITW值分布

由圖4可以看出，TQITW的分布與正態(tài)分布和α值較大的γ分布較為接近。為進一步確定其分布規(guī)律，需對數(shù)據(jù)作擬合檢驗。

3.2 大機搗固作業(yè)軌道質量評價指數(shù)分布檢驗

γ分布概率密度函數(shù)為

式中:x∈(0，+∞);α為形狀參數(shù);β為尺度參數(shù)，其數(shù)學期望為αβ，方差為αβ2。

利用Matlab中kstest函數(shù)計算數(shù)據(jù)檢驗參數(shù)，部分計算結果如表3所示。其中，H=0表示數(shù)據(jù)服從γ分布。

表3 滬昆上行線TQITW數(shù)據(jù)γ分布參數(shù)計算

由表3可知，上行線的TQITW數(shù)據(jù)均服從γ分布。

為進一步檢驗TQITW數(shù)據(jù)服從γ分布的程度，對上述數(shù)據(jù)進行χ2擬合優(yōu)度檢驗。在顯著性水平5%的情況下，對分布適應性計算結果進行評價，評價結果見表4。

表4 分布適應性評價結果(χ2值)

從表4可以看出，在置信度為95%的情況下，上述數(shù)據(jù)均服從γ分布。利用上述同樣的方法，對其它數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和χ2擬合優(yōu)度檢驗，也均滿足χ2檢驗的要求，因此可以認為大機搗固作業(yè)軌道質量評價指數(shù)數(shù)據(jù)服從γ分布。

4 結論

本文通過對滬昆線浙贛段綜合檢測車檢測得到的軌道質量指數(shù)數(shù)據(jù)進行分析，得到以下結論:

1)在一個維修周期內，軌道質量指數(shù)各子項中左高低、右高低、水平、三角坑標準差均隨時間的增加而增加，而左軌向、右軌向、軌距標準差則基本保持不變。

2)大機作業(yè)對高低、水平、三角坑有明顯的改善作用，對軌距有輕微惡化作用，對軌向的影響則存在一定離散性。

3)在上述兩點的基礎上，提出大型養(yǎng)路機械搗固作業(yè)軌道質量評價指數(shù)(TQITW)的概念，用于以大機搗固作業(yè)為主要內容的綜合維修策略研究。該指數(shù)實現(xiàn)了設備狀態(tài)變化規(guī)律與作業(yè)手段之間的結合，有利于設備的科學管理。

4)對大型養(yǎng)路機械搗固作業(yè)軌道質量評價指數(shù)數(shù)據(jù)進行檢驗分析，發(fā)現(xiàn)其服從γ分布。為鐵路工務部門制定有砟軌道大機維修管理決策提供了理論依據(jù)。

[1]羅林，張格明，吳旺青，等.輪軌系統(tǒng)軌道平順狀態(tài)的控制[M].北京:中國鐵道出版社，2006.

[2]雷曉燕，毛利軍.線路隨機不平順對車輛—軌道耦合系統(tǒng)動力響應分析[J].中國鐵道科學，2001，22(6):38-43.

[3]黃俊飛，練松良，宗德明，等.軌道隨機不平順與車輛動力響應的相干分析[J].同濟大學學報:自然科學版，2003，31(1):16-20.

[4]練松良，黃俊飛.客貨共運線路軌道不平順不利波長的分析研究[J].鐵道學報，2004，26(2):111-115.

[5]馮青松，雷曉燕，練松良，等.不平順條件下高速鐵路軌道振動的解析研究[J].振動工程學報，2008，21(6):559-564.

[6]王俊文.軌道質量指數(shù)(TQI)在線路天窗維修中的應用[J].鐵道建筑，2009(11):86-88.

[7]姜華.鐵路大型養(yǎng)路機械使用的思考和研究[J].制造業(yè)自動化，2011，33(4):175-177.

[8]羅沛東.對提升大型養(yǎng)路機械作業(yè)效率的探討[J].科技信息，2012(7):252，220.

[9]龔佩毅，高靜華，葉一鳴，等.繁忙干線大型養(yǎng)路機械夜間線路大修綜合施工軌道質量控制和容許速度的研究[J].鐵道標準設計，2002(7):20-22.

[10]翁紹德，李志隆，楊鳳春，等.軌道質量指數(shù)的基本概念及計算機處理技術[J].鐵道建筑，1994(8):22-27.

[11]中華人民共和國鐵道部.鐵運[2007]44號 既有線提速200～250 km/h線橋設備維修規(guī)則[S].北京:中國鐵道出版社，2007.