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        橡膠浮筏板小半徑曲線行車安全性試驗(yàn)研究

        2018-11-23 03:35:08馮光福張小華張世榮陳立俊韋曉陽
        現(xiàn)代城市軌道交通 2018年11期
        關(guān)鍵詞:輪重載率輪軌

        馮光福,張小華,張世榮,陳立俊,韋曉陽

        (1. 南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司,廣西南寧 530021;2. 中國船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所,上海 200090)

        0 引言

        橡膠浮筏板是一種采用橡膠隔振器作為彈性支承元件,并內(nèi)置于道床板內(nèi)的新型特殊減振軌道結(jié)構(gòu)。它充分利用橡膠的黏彈和阻尼特性,減小支承元件的體積,降低道床板的厚度,從而有效降低軌道高度和重量,解決一些空間不足或承載能力小的線路減振和設(shè)計(jì)難題。通過調(diào)整橡膠隔振器配置,可以在不改變結(jié)構(gòu)的情況下,實(shí)現(xiàn)剛度的調(diào)整,滿足不同區(qū)段的使用需求。橡膠浮筏板應(yīng)用于城市軌道交通,可有效降低列車運(yùn)行對周邊環(huán)境振動(dòng)噪聲的影響。

        本文結(jié)合南寧市軌道交通 2 號線的實(shí)際情況,對新型橡膠浮筏板在小半徑曲線段的行車安全性進(jìn)行測試分析,以期為后續(xù)線路的規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供參考。

        1 測試概況

        南寧市軌道交通 2 號線是連接南寧市南北方向的骨干線,全線采用地下線方式敷設(shè),線路全長 21.2 km。其中,安吉綜合基地入段線區(qū)間的曲線半徑為 360 m,超高 112 mm,順坡率 1.9‰,設(shè)計(jì)速度 58.3 km/h。該路段采用了由南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司與中國船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所聯(lián)合研制的橡膠浮筏板軌道減振系統(tǒng),主要由鋼軌、扣件和墊板、浮筏軌道板、橡膠隔振器、剪力鉸等組成(圖 1)。選取該地段的圓曲點(diǎn)(里程 DK0+162.5)作為測試斷面,進(jìn)行橡膠浮筏板在小半徑曲線段的行車安全性試驗(yàn)研究。

        圖1 橡膠浮筏板軌道減振系統(tǒng)

        2 安全性評價(jià)指標(biāo)

        根據(jù)車輛動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),一般以脫軌系數(shù)、輪重減載率和單側(cè)輪軌橫向力等指標(biāo)來評定車輛運(yùn)行的安全性。

        (1)脫軌系數(shù)。指爬軌輪上的橫向水平力H與垂直力P1的比值H/P1,用于鑒定車輛的車輪在輪軌力作用下是否爬上鋼軌頂面而引起脫軌。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,脫軌系數(shù)的限值見表 1。

        表1 脫軌系數(shù)限值

        表2 輪重減載率限值

        (3)單側(cè)輪軌橫向力。指單側(cè)輪軌最大橫向力,用于鑒定車輛是否導(dǎo)致軌距擴(kuò)寬(道釘拔起)或線路產(chǎn)生嚴(yán)重變形(鋼軌和軌枕在道床上出現(xiàn)橫向滑移或擠翻鋼軌)。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,單側(cè)輪軌橫向力的限值為0.4P(P為軸重)。

        3 現(xiàn)場測試

        3.1 試驗(yàn)車輛

        采用地鐵 B 型車,列車 6 節(jié)編組(4 動(dòng) 2 拖),動(dòng)車質(zhì)量 35 t,拖車質(zhì)量 31 t。列車全長 120 m,車輛定距12.6 m,軸距 2.3 m。測試期間,空車以 60 km/h 的速度往返行車。

        3.2 試驗(yàn)方法

        參考TB/T 2498-94《輪水軌平力、垂直力地面測試方法》,采用全橋剪應(yīng)力法,測試列車通過測試斷面時(shí)鋼軌在垂向和橫向的動(dòng)態(tài)應(yīng)變。利用 DH5920 動(dòng)態(tài)信號數(shù)據(jù)采集分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集記錄,采樣頻率設(shè)為2 000 Hz。

        3.3 現(xiàn)場標(biāo)定

        現(xiàn)場標(biāo)定是通過對鋼軌的垂向和橫向分別施加已知載荷,記錄相應(yīng)的應(yīng)變值,然后將已知載荷與對應(yīng)的應(yīng)變進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合,從而得到該測試通道力與應(yīng)變之間的函數(shù)關(guān)系。采用載荷加載設(shè)備和標(biāo)定架分別對垂向力和橫向力的測試通道進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)定,各測試通道的標(biāo)定結(jié)果見圖 2。

        圖2 現(xiàn)場標(biāo)定結(jié)果

        4 測試結(jié)果分析

        (1)實(shí)測列車通過測試斷面時(shí),鋼軌垂向和橫向?qū)?yīng)的典型動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)程曲線如圖 3 所示。由圖 3 可知,列車經(jīng)過時(shí)內(nèi)、外軌的垂向應(yīng)變時(shí)程曲線有明顯的 24 個(gè)峰值,表明該 6 節(jié)編組列車的 24 個(gè)輪對的載荷全部作用在鋼軌上,車輪垂向無跳脫現(xiàn)象。

        (2)根據(jù)動(dòng)態(tài)應(yīng)變測試數(shù)據(jù),結(jié)合現(xiàn)場標(biāo)定所得應(yīng)變與載荷的函數(shù)關(guān)系,計(jì)算出每趟列車的每個(gè)輪對經(jīng)過測試斷面時(shí)的輪軌力。外軌和內(nèi)軌輪軌力的典型樣本時(shí)程曲線如圖 4 所示。由圖 4 可知,外軌和內(nèi)軌的輪軌垂向力清晰明顯,外軌受力整體大于內(nèi)軌(實(shí)測運(yùn)行速度 62 km/h 大于 58.3 km/h 的理論設(shè)計(jì)速度)。外軌的輪軌橫向力由于受到導(dǎo)向力、超高未平衡橫向力和輪軌摩擦阻力等綜合作用,受力情況比較復(fù)雜,輪軌橫向力主要指向軌道外側(cè),但依然存在指向軌道中心線的較小橫向力(數(shù)值為負(fù)值)。內(nèi)軌受到后輪的橫向作用力微弱,說明轉(zhuǎn)向架的后輪基本不擠壓內(nèi)軌。

        圖3 列車經(jīng)過時(shí)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)程曲線

        圖4 內(nèi)、外軌輪軌力時(shí)程曲線

        (3)經(jīng)統(tǒng)計(jì),實(shí)測不同車次列車通過時(shí)的輪軌垂向力最大值如圖 5 所示。由圖 5 可知,外軌的輪軌垂向力最大值在 57.34~61.73 kN 之間,內(nèi)軌的輪軌垂向力最大值在 44.69~47.93 kN 之間。輪軌垂向力最大值、最大均值和均方差統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表 3。由圖 5 和表 3 可知,實(shí)測列車輪軌垂向力最大值 61.73 kN 出現(xiàn)在外軌上,與文獻(xiàn)[7]規(guī)定的限值 250 kN 相比有足夠的安全裕量。

        圖5 不同車次輪軌垂向力最大值

        表3 輪軌垂向力統(tǒng)計(jì)表 kN

        5 安全性指標(biāo)評價(jià)

        將所有車次的各輪動(dòng)態(tài)軌輪力,分別按照安全性評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析,然后得到每車次的最大值,最終統(tǒng)計(jì)出車輛經(jīng)過小半徑曲線的橡膠浮筏板的運(yùn)行安全性評價(jià)指標(biāo)結(jié)果。

        5.1 脫軌系數(shù)

        實(shí)測列車經(jīng)過測試斷面時(shí),不同車次的外、內(nèi)輪軌脫軌系數(shù)的最大值如圖 6 所示。由圖 6 可以看出,內(nèi)軌的輪軌最大脫軌系數(shù)在 0.35~0.53 之間,外軌的輪軌最大脫軌系數(shù)在 0.20~0.36 之間,內(nèi)軌的脫軌系數(shù)明顯大于外軌。列車外、內(nèi)軌脫軌系數(shù)的最大值、最大均值和均方差的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表 4。由圖 6 和表 4 可知,實(shí)測列車脫軌系數(shù)最大值為 0.53,與相關(guān)規(guī)范規(guī)定的車輛脫軌系數(shù)限值 0.8 相比有足夠的安全裕量。

        圖6 不同車次輪軌脫軌系數(shù)最大值

        表4 脫軌系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

        5.2 輪重減載率

        實(shí)測列車經(jīng)過測試斷面時(shí),不同車次的最大輪重減載率在 0.19~0.27 之間,最大值出現(xiàn)在轉(zhuǎn)向架的第一輪對。列車輪重減載率的最大值、最大值均值和均方差的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表 5。由表 5 可知,實(shí)測列車輪重減載率最大值為 0.27,與相關(guān)規(guī)范規(guī)定的車輛輪重減載率限值 0.6相比有足夠的安全裕量。

        表5 輪重減載率統(tǒng)計(jì)表

        5.3 單側(cè)輪軌橫向力

        實(shí)測列車經(jīng)過測試斷面時(shí),不同車次的外、內(nèi)軌輪軌橫向力的最大值如圖 7 所示。內(nèi)軌橫向力的最大值在14.18~21.67 kN 之間,外軌橫向力的最大值在 11.05~20.67 kN 之間,單側(cè)輪軌橫向力最大值、最大值均值和均方差的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表 6。由圖 7 和表 6 可知,實(shí)測列車輪軌橫向力最大值 21.67 kN 出現(xiàn)在內(nèi)軌上,與文獻(xiàn)[6]規(guī)定的限值 56 kN 相比有一定的安全裕量。

        圖7 不同車次輪軌橫向力最大值

        表6 輪軌橫向力統(tǒng)計(jì)表 kN

        6 結(jié)語

        (1)通過對新型橡膠浮筏板減振軌道系統(tǒng)小半徑曲線的實(shí)車安全性運(yùn)行試驗(yàn)測試,脫軌系數(shù)、輪重減載率和單側(cè)輪軌橫向力最大值分別為 0.53、0.27 和 21.67 kN,均滿足相應(yīng)安全限值的要求,且還有一定的安全裕量。測試結(jié)果表明,新型橡膠浮筏板減振軌道系統(tǒng)在小半徑曲線段依然能保證列車運(yùn)營安全。

        (2)在橡膠浮筏板的小半徑曲線段(R= 360 m),曲線外側(cè)的輪軌垂向力大于內(nèi)側(cè),最大輪軌橫向力和最大脫軌系數(shù)則出現(xiàn)在內(nèi)側(cè),轉(zhuǎn)向架的前輪輪重減載率一般大于后輪。研究成果可為后續(xù)小半徑曲線減振設(shè)計(jì)和規(guī)劃提供參考。

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