張志軍 中交鐵道設(shè)計研究總院有限公司

開通高速鐵路能夠促進相對應(yīng)區(qū)位發(fā)生相應(yīng)變革，也在一定程度上影響了區(qū)域的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)聚集，對相關(guān)區(qū)域的布局、空間發(fā)展都產(chǎn)生了重要影響。相比于其他交通運輸方式，高速鐵路有較高的時效性，且受天氣因素影響較小。但另一方面，高速列車與軌道系統(tǒng)之間的問題更加復(fù)雜、突出。

一、車輛軌道耦合模型

通常情況下，在對車輛軌道缺陷下動力學(xué)進行研究的基礎(chǔ)上，需要促進軌道和車輛基礎(chǔ)動力學(xué)模型構(gòu)建。大量研究人員分析了車輛與軌道之間的相互作用，最具廣泛力的為車輛軌道耦合動力，該理論體系能夠?qū)崿F(xiàn)對軌道車輛獨立系統(tǒng)的有效銜接，并基于復(fù)雜軌下結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)簡化，從而保證理論能夠應(yīng)用于不同研究之中。在鐵路系統(tǒng)動力學(xué)分析的不同方面，車輛-軌道耦合動力學(xué)理論有著十分廣泛的應(yīng)用。為了有效降低軌道局部傷損情況，需要構(gòu)建合理的動力學(xué)分析模型。實際上，傳統(tǒng)車輛動力學(xué)理論比較成熟，借助不同商用軟件能夠構(gòu)建不同車輛模型，且并不斷細化和完善分析、后期處理工作。但另一方面，上述模型未對參振機制充分考慮，且對軌道局部傷損未給予綜合考慮。

車體、輪對以及構(gòu)架是高速動車組車輛體系中比較重要的組成部分。其中，借助軸箱子系統(tǒng)以及鋼彈簧能夠連接輪對和構(gòu)架，且鋼彈簧與軸向定位節(jié)點能夠提供輪對縱向、橫向以及垂向剛度，同時結(jié)合構(gòu)架結(jié)構(gòu)不同，垂向減震器安裝也有所不同，一般都安裝早軸箱尾端以及構(gòu)架端部?？諝鈴椈赡軌?qū)崿F(xiàn)構(gòu)架與車體的垂向、縱向和橫向剛度，在此基礎(chǔ)上空氣彈簧也能夠看作二系減震設(shè)備，為車體提供橫向、垂向阻尼，附加的橫向阻尼一般是由本車體、橫向減震器以及與構(gòu)架提供，而且所采用的抗蛇形減震器能夠為其提供縱向阻尼。橫向止檔、抗側(cè)滾扭桿的扭轉(zhuǎn)、止檔剛度也能夠被車體以及轉(zhuǎn)向架提供。

二、軌道結(jié)構(gòu)病害

從宏觀幾何角度進行分析發(fā)現(xiàn)，軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)反映形式之一即是軌道不平順，也能夠體現(xiàn)軌道結(jié)構(gòu)綜合性能。同時軌道交通系統(tǒng)中，由于各方面因素的影響，不可避免的會出現(xiàn)軌道不平順的現(xiàn)象，其主要是由于軌道結(jié)構(gòu)、機車車輛出現(xiàn)疲勞破壞、振動以及穩(wěn)定性降低的主要因素。在高速情況下，上述問題反應(yīng)更加明顯。確定性不平順以及隨機不平順是軌道不平順的主要分類，其中隨機不平順一般是指軌道生產(chǎn)、安裝、運輸以及施工等因素導(dǎo)致軌道最初階段出現(xiàn)幾何不平順的情況。確定性不平順也是隨機出現(xiàn)，但波形很容易對車輛產(chǎn)生激勵，能夠借助數(shù)學(xué)表達式描述。不同于隨機不平順，確定性不平順只針對特定位置。在軌道與車輛研究過程中，要重點評估整體軌道的優(yōu)劣，其能夠基于線路隨機不平順，且會對車輛運行的穩(wěn)定性以及舒適性造成影響。線路局部位置常見的異常是軌道病害，雖然有較小的范圍，但車輛通過會對車輛安全性、平穩(wěn)性造成影響，基于病害波長不同，能夠?qū)④壍啦『Ψ譃槎滩ā⒅胁ㄒ约伴L波軌道病害。對高速鐵路無砟軌道而言，短波軌道病害具體包括剝離、焊縫凹凸不平順、擦傷、波浪形磨耗等情況，上述病害會將附加沖擊作用力應(yīng)用到車輛輪中。在反復(fù)沖擊后，導(dǎo)致鋼軌損壞、破壞的情況，針對錯誤的情況，相關(guān)工作人員需要盡早處理。軌道板離縫、扣件失效等情況導(dǎo)致線路三角坑。在長波軌道中，軌道不均勻沉降、路橋過渡段剛度不平順等是比較常見的病害類型。使得路基非均勻沉降的勻速相對較多，且比較復(fù)雜，比較常見因素與路段地基土質(zhì)之間有十分密切的關(guān)系。路基非均勻沉降將會有可能導(dǎo)致線路出現(xiàn)幾何變形情況，甚至?xí)?dǎo)致線路不能對同行條件滿足，使得線路的經(jīng)濟效益、運能欠缺。

線路上常見的一個問題即是軌道隨機不平順，沿線路方向變化規(guī)則不固定，波形變化情況也相對復(fù)雜，波長、幅值以及相位簡諧波疊加形成波形，在線路運行時間發(fā)生改變，因此其本質(zhì)上屬于一種隨機過程，不能用數(shù)學(xué)表達式給予準確表達。在描述軌道隨機不平順時，一般應(yīng)用隨機過程相關(guān)理論，如概率密度函數(shù)、功率譜密度等，綜合描述幅值、空間波長域等，來構(gòu)架軌道不平順功率譜密度函數(shù)?；趯壍离S機不平順數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)，軌道不平順功率譜密度函數(shù)因此形成，借助譜估計方法以及曲線擬合方法可以了解和掌握頻率功率譜密度的關(guān)系，能夠?qū)€路宏觀幾何狀態(tài)表征，指導(dǎo)軌道養(yǎng)護維修工作。

三、車輛相應(yīng)與軌道缺陷之間的關(guān)系

借助耦合理論對車輛模型、軌道缺陷模型和軌道模型構(gòu)建，能夠?qū)θ魏螘r段對任意車輛軌道相應(yīng)情況模擬，有效拓展耦合理論應(yīng)用空間。在實際應(yīng)用過程中，車輛響應(yīng)數(shù)據(jù)能夠作為位置或時間為自變量，其性質(zhì)為非周期一維信號。就信號層面看，一個信號能夠?qū)⒁欢ㄐ畔渲?，但上述信息會有不同干擾，因此借助相關(guān)方法能夠明確干擾信號中的需求信息。短波、中波以及長波軌道病害是軌道病害的主要類型，二系、一系懸掛存在車體、構(gòu)架以及輪對，借助簡單分析，能夠明確軌道病害出現(xiàn)激擾會由于減震過濾效果，導(dǎo)致車輛不同部分出現(xiàn)差異。借助對比分析，可以明確波長軌道病害導(dǎo)致的車輛相應(yīng)主體也存在差異。中波軌道的病害則處于上述兩種中間，主要是對構(gòu)架加速度響應(yīng)造成影響。導(dǎo)致上述差異主要因素包括：其一，是不同波長軌道病害導(dǎo)致車輛頻率成本增加，與相應(yīng)波長特征相符合。其二，一系、二系懸掛的阻尼特征會對大部分中高頻、高頻成分相應(yīng)能量耗散，從而使得病害影響增大，影響列車的正常運行。

四、總結(jié)

綜上所述，軌道結(jié)構(gòu)病害對車輛軌道耦合動力學(xué)有著十分突出的影響。就實際情況看，相關(guān)工作人員需要加強相應(yīng)研究，促進理論在實踐中的具體應(yīng)用。針對分析、應(yīng)用過程中存在的不足，相關(guān)工作人員還需要加強相應(yīng)的研究，以期促進軌道列車正常運行。