陸賢斌　中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司工務(wù)處

1 前言

軌檢車(chē)是當(dāng)今軌道檢查最為科學(xué)準(zhǔn)確的檢測(cè)工具，是指導(dǎo)工務(wù)部門(mén)養(yǎng)護(hù)維修的重要依據(jù)。隨著線路狀態(tài)的不斷提升，軌檢車(chē)的檢查數(shù)據(jù)也有大幅度的改善，同時(shí)軌檢車(chē)檢測(cè)數(shù)據(jù)各項(xiàng)扣分的比重也發(fā)生了明顯的變化。

以前軌檢車(chē)的檢測(cè)數(shù)據(jù)主要以幾何尺寸為主，三角坑、高低、軌向、軌距為主要扣分項(xiàng)目；但隨著線路質(zhì)量的不斷提升，幾何尺寸扣分有了明顯的下降，然而橫向加速度的扣分比重卻有明顯的上升，現(xiàn)就通過(guò)分析軌檢車(chē)橫向加速度出分的原因來(lái)減少橫向加速度扣分。

軌檢車(chē)的橫向加速度是反應(yīng)車(chē)體運(yùn)行過(guò)程中水平受力的綜合指標(biāo)，其大小不僅受線路的幾何尺寸影響，還與線路的曲線參數(shù)，鋼軌狀態(tài)和列車(chē)的運(yùn)行情況等有關(guān)?，F(xiàn)結(jié)合檢測(cè)車(chē)波形圖對(duì)橫向加速度進(jìn)行判定和分析，針對(duì)不同線路狀態(tài)，找出合理的整修方法從而減少橫向加速度扣分。

2 曲線地段

曲線地段是橫向加速度出分最多的地段，占了橫向加速度整體扣分的一大半以上。由于我國(guó)既有線客貨混運(yùn)的特征，曲線超高的設(shè)置本身就會(huì)造成橫向加速度扣分，關(guān)于該部分橫向加速度扣分的取舍，現(xiàn)結(jié)合軌檢車(chē)檢查中的實(shí)際情況加以分析。

2.1 曲線地段無(wú)幾何尺寸病害時(shí)

如圖1為曲線超高引起橫向加速度的波形圖，該段線路基本沒(méi)有幾何尺寸扣分，但出現(xiàn)了大量的0.07g左右的橫向加速度扣分，現(xiàn)就這些橫向加速度扣分進(jìn)行分析。

我國(guó)工務(wù)部門(mén)常用的超高設(shè)置公式為：（1）式中：h--曲線的設(shè)置超高(mm)；

R--曲線半徑(m)；

v--通過(guò)列車(chē)的平均速度(km/h)。我國(guó)的既有線具有客貨混運(yùn)的特點(diǎn)，所以在設(shè)置曲線超高的時(shí)候既要滿(mǎn)足高速客車(chē)，同時(shí)也要考慮低速貨車(chē)。在設(shè)置曲線超高時(shí)，平均速度應(yīng)為該曲線一晝夜所有通過(guò)列車(chē)速度的加權(quán)平均數(shù)。同時(shí)曲線超高的設(shè)置必須滿(mǎn)足《維規(guī)》中規(guī)定的線路允許速度、列車(chē)平均速度對(duì)過(guò)(欠)超高和的要求。

圖1 超高引起橫向加速度的波形圖

如圖1所示，當(dāng)軌檢車(chē)通過(guò)曲線時(shí)，產(chǎn)生的橫向加速度為：

式中：h--曲線的超高(mm)

g--重力加速度；

s--兩鋼軌中心距。

通過(guò)公式(1)和(2)得，曲線欠超高：

考慮到車(chē)輛彈簧系數(shù)，我們假設(shè)為β，一般取值為0.2：

從公式我們可以得出，每13個(gè)mm的過(guò)（欠）超高就會(huì)對(duì)列車(chē)產(chǎn)生0.01g的橫向加速度。在2006版《鐵路線路修理規(guī)則》中規(guī)定，未被平衡的欠超高不應(yīng)大于75mm，困難情況下不應(yīng)大于90mm，但允許速度大于120km/h線路個(gè)別特殊情況下不應(yīng)大于110mm；未被平衡的過(guò)超高不應(yīng)大于30mm，困難情況下不應(yīng)大于50mm，允許速度大于160km/h的線路個(gè)別特殊情況下不應(yīng)大于70mm。而軌檢車(chē)橫向加速度扣分I級(jí)為 0.06g，II級(jí)為 0.09g，III級(jí)為 0.15g如表1。

表1 過(guò)（欠）超高對(duì)應(yīng)橫向加速度表

從表1我們可以看到，在欠超高允許范圍內(nèi)，就有可能產(chǎn)生I級(jí)的橫向加速度，有些特殊地段接近II級(jí)超限；在過(guò)超高特殊情況時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生接近I級(jí)的橫向加速度。圖1的波形圖就是軌檢車(chē)通過(guò)曲線時(shí)，由于過(guò)超高產(chǎn)生的橫向加速度，結(jié)合實(shí)際檢測(cè)情況，我們發(fā)現(xiàn)橫向加速度往往略大于表1的理論值。對(duì)于該部分的橫向加速度，軌檢車(chē)工作人員可以適當(dāng)?shù)膭h除部分I、II級(jí)橫向加速度。由于超高的設(shè)置條件，工務(wù)部門(mén)不能避免該橫向加速度扣分，但針對(duì)這樣的曲線，應(yīng)盡量將圓曲線做圓順，從而減少橫向加速度的扣分個(gè)數(shù)，降低扣分。

2.2 曲線地段出現(xiàn)軌向超限時(shí)

如圖2為當(dāng)曲線地段出現(xiàn)軌向超限時(shí)，引起橫向加速度扣分的波形圖。

圖2 軌向引起橫向加速度的波形圖

為了方便對(duì)橫向加速度的分析，我們可以把曲線和軌向?qū)墮z車(chē)產(chǎn)生的橫向加速度分開(kāi)計(jì)算，而實(shí)際的橫向加速度為兩者的疊加效果。

曲線對(duì)軌檢車(chē)產(chǎn)生的橫向加速度為：

軌向?qū)墮z車(chē)產(chǎn)生的橫向加速度，我們可以將軌向看作是另一段曲線，根據(jù)（fy、λ、R均以m計(jì))，得出R=500λ2/fy。

式中，fy--軌向不平順值，mm；

R--曲線半徑，m；

λ--軌向半波長(zhǎng)，m。根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)原理，在此處產(chǎn)生的橫向加速度為

式中的a為軌向產(chǎn)生的實(shí)際水平加速度，g；v為軌檢車(chē)速度km/h；fy為軌向不平順，mm；β為彈簧附加系數(shù)，一般取0.2；λ為軌向不平順的半波長(zhǎng)，m。

為了更直觀的了解軌向產(chǎn)生橫向加速度的大小，我們假設(shè)軌向的半波長(zhǎng)為5m，120區(qū)段的速度我們?nèi)?10km/h,160區(qū)段的速度我們?nèi)?40km/h，根據(jù)《維規(guī)》中的 I、II、III級(jí)軌向的超限可算出產(chǎn)生的橫向加速度．見(jiàn)表2。

表2 軌向?qū)?yīng)的橫向加速度表

當(dāng)曲線上出現(xiàn)軌向時(shí)，對(duì)軌檢車(chē)產(chǎn)生的橫向加速度為：

結(jié)合表1和公式我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)曲線上出現(xiàn)軌向超限時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生較大的橫向加速度，所以在日常養(yǎng)護(hù)中，應(yīng)特別注意曲線上軌向病害的防治。

2.3 曲線地段出現(xiàn)軌距超限時(shí)

由于我國(guó)既有線客貨混運(yùn)，每條曲線對(duì)于通過(guò)列車(chē)不可避免的存在過(guò)超或欠超的問(wèn)題，這也導(dǎo)致了大部分曲線側(cè)磨嚴(yán)重，曲線位置大軌距病害較為普遍。曲線上的大軌距是造成曲線橫向加速度扣分的主要原因。如圖3曲線地段大軌距引起橫向加速度的波形圖，圓曲線部分普遍存在8mm左右的大軌距，列車(chē)通過(guò)時(shí)，產(chǎn)生大量0.09g左右的橫向加速度超限。

圖3 大軌距引起橫向加速度的波形圖

軌距超限對(duì)列車(chē)產(chǎn)生的橫向加速度類(lèi)似于軌向，計(jì)算公式為：

同樣我們假設(shè)軌向的半波長(zhǎng)為5m，120區(qū)段的速度我們?nèi)?10km/h,160區(qū)段的速度我們?nèi)?40km/h，根據(jù)《維規(guī)》中的I、II、III級(jí)軌向的超限可算出產(chǎn)生的橫向加速度（見(jiàn)表3）。

表3 軌距對(duì)應(yīng)橫向加速度表

當(dāng)曲線上出現(xiàn)軌距時(shí)，對(duì)軌檢車(chē)產(chǎn)生的橫向加速度為：

結(jié)合實(shí)際檢測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)軌距的波長(zhǎng)往往較長(zhǎng)，所以產(chǎn)生的橫向加速度往往比表2的數(shù)據(jù)小，但當(dāng)曲線位置出現(xiàn)大軌距時(shí)，由于兩者的疊加，也會(huì)產(chǎn)生大量的橫向加速度扣分。曲線位置由于大軌距引起的橫向加速度扣分是我們?nèi)粘z查中橫向加速度主要的出分原因。對(duì)于該部分的橫向加速度，應(yīng)盡量減小大軌距超限，對(duì)于側(cè)磨嚴(yán)重的曲線應(yīng)及時(shí)更換，同時(shí)盡量將曲線做順，從而減少橫向加速度扣分。

2.4 曲線地段出現(xiàn)水平超限時(shí)

當(dāng)曲線地段出現(xiàn)水平超限時(shí)，如圖4為曲線地段高低引起橫向加速度的波形圖，圓曲線上有一處8mm的高低超限，同樣把曲線和水平對(duì)軌檢車(chē)產(chǎn)生的橫向加速度分開(kāi)計(jì)算。

圖4 水平超限引起橫向加速度的波形圖

曲線對(duì)軌檢車(chē)產(chǎn)生的橫向加速度為：

曲線上的水平對(duì)軌檢車(chē)產(chǎn)生的橫向加速度我們可以把水平看做曲線上的過(guò)（欠）超高對(duì)列車(chē)產(chǎn)生的橫向加速度，根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)原理產(chǎn)生有水平加速度(a以m/s2計(jì))，把(v以km/h計(jì),)代入上式得水平加速度為：；考慮機(jī)車(chē)彈簧壓縮則實(shí)際水平加速度為

根據(jù)《維規(guī)》中的水平的I、II、III級(jí)超限，得表3

表4 水平超限對(duì)應(yīng)橫向加速度表

所以曲線上出現(xiàn)水平超限時(shí)，對(duì)軌檢車(chē)產(chǎn)生的橫向加速度為：

相對(duì)軌向和軌距來(lái)說(shuō)，水平產(chǎn)生的橫向加速度相對(duì)較小，但由于曲線本身過(guò)超或欠超對(duì)列車(chē)產(chǎn)生了一定的橫向加速度，再疊加水平超限產(chǎn)生的橫向加速度，同樣有可能產(chǎn)生橫向加速大值超限。

2.5 曲線地段出現(xiàn)軌向、軌距、水平逆相位復(fù)合不平順時(shí)

當(dāng)曲線地段同時(shí)出現(xiàn)軌向、軌距、水平超限中任意逆相位復(fù)合不平順時(shí)，這時(shí)我們應(yīng)該特別注意，由于橫向作用力的相互疊加，往往會(huì)產(chǎn)生橫向加速度大值超限。如圖5為曲線地段復(fù)合不平順引起橫向加速度的波形圖及對(duì)應(yīng)超限。

圖5 復(fù)合不平順引起橫向加速度的波形圖

圖6 復(fù)合不平順及橫向加速度扣分

從圖5和圖6我們發(fā)現(xiàn)，在曲線上同一地點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)軌距、高低、軌向的逆相位復(fù)合不平順時(shí)，雖然幾何尺寸超限都只有Ⅰ、Ⅱ級(jí)，但疊加的橫向加速度卻達(dá)到了0.17g的Ⅲ級(jí)超限。曲線上出現(xiàn)逆相位復(fù)合不平順時(shí)，其計(jì)算公式為：

當(dāng)曲線上出現(xiàn)逆相位復(fù)合不平順時(shí)，由于產(chǎn)生的橫向加速度的相互疊加，往往會(huì)產(chǎn)生Ⅲ級(jí)超限，所以工務(wù)部門(mén)應(yīng)特別重視曲線地段逆相位復(fù)合不平順的整治，避免大值超限。

3 直線地段

直線地段橫向加速度相對(duì)來(lái)說(shuō)比較少，但一旦出現(xiàn)橫向加速度大值，就應(yīng)特別注意。由于單一的水平不平順不會(huì)對(duì)列車(chē)產(chǎn)生橫向加速度，所以直線地段的橫向加速度主要是由軌向、軌距以及逆相位復(fù)合不平順引起的。直線地段由于軌距、軌向以及逆相位復(fù)合不平順引起的橫向加速度的計(jì)算公式我們可以參照曲線地段的計(jì)算公式。其中以逆相位復(fù)合不平順引起的橫向加速度最為嚴(yán)重。

4 道岔地段

道岔地段也是經(jīng)常產(chǎn)生橫向加速度的主要處所，從日常檢查中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)軌檢車(chē)高速直向或側(cè)向通過(guò)道岔時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生不同程度的橫向加速度，這主要和道岔地段相對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)病害有關(guān)。

當(dāng)軌檢車(chē)直向通過(guò)道岔時(shí)，橫向加速度主要是由道岔的結(jié)構(gòu)病害造成的，主要有基本軌曲折點(diǎn)不符合標(biāo)準(zhǔn)，尖軌不密貼，護(hù)軌方向不順等，除了結(jié)構(gòu)病害，道岔上的軌向也是引起橫向加速的的主要原因

當(dāng)軌檢車(chē)側(cè)向通過(guò)道岔時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生比較大的橫向加速度，如圖7為列車(chē)側(cè)向通過(guò)道岔時(shí)出現(xiàn)橫向加速度的波形圖。

圖7 側(cè)向過(guò)岔引起橫向加速度的波形圖

這種情況在我們平時(shí)的檢測(cè)中經(jīng)常遇到。側(cè)向過(guò)岔的運(yùn)動(dòng)軌跡類(lèi)似于一條曲線，我們可以看作是列車(chē)通過(guò)曲線來(lái)計(jì)算產(chǎn)生的橫向加速度，公式為：，由于重力的水平分力幾乎為零，所以列車(chē)產(chǎn)生的向心加速度a即為橫向加速度。當(dāng)通過(guò)道岔的速度過(guò)快時(shí)，必然產(chǎn)生較大的橫向加速度。

5 結(jié)論

（1）橫向加速度的扣分主要集中在曲線上，由于我國(guó)既有線客貨混運(yùn)，曲線本身的超高設(shè)置就可能引起橫向加速度Ⅰ級(jí)超限。

（2）當(dāng)曲線上出現(xiàn)幾何超限時(shí)，其產(chǎn)生的橫向加速度與超高引起的橫向加速度相互疊加，造成橫向加速度大量扣分。其中曲線上的大軌距超限是引起橫向加速度扣分最多的幾何超限。

（3）在日常檢查中，應(yīng)特別注意逆相位復(fù)合不平順，由于橫向加速度的相互疊加，Ⅰ、Ⅱ級(jí)的幾何超限往往會(huì)產(chǎn)生橫向加速度大值，特別是曲線地段的逆相位復(fù)合不平順。

（4）道岔地段經(jīng)常出現(xiàn)橫向加速度大值超限，主要原因是道岔的結(jié)構(gòu)病害以及側(cè)向過(guò)岔速度過(guò)快引起的，在日常檢查中，應(yīng)特別注意道岔區(qū)段的檢查。

[1]鄧學(xué)通.《準(zhǔn)高速軌檢車(chē)檢測(cè)原理及應(yīng)用》.中國(guó)鐵道出版社，2004（8）.

[2]王金報(bào),戚昌憲等.《鐵道工務(wù)》.中國(guó)鐵道出版社.2003.

[3]汪勤,吳紀(jì)才.《軌道復(fù)合不平順權(quán)重系數(shù)的求解方法》.《鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)》.2005.

[4]許玉德.《軌道不平順預(yù)測(cè)理論及輔助決策系統(tǒng)的研究》.北京交通大學(xué).2003.