鐵路軌道復(fù)合不平順的分析與整治

1、軌道復(fù)合不平順的分析與整治軌道復(fù)合不平順是指鐵路軌道同一地點存在多種病害或相鄰地點存在連續(xù)多處同一種病害。軌道復(fù)合不平順比軌道單項不平順對行車安全威脅性更大，對于此類病害應(yīng)引起高度重視，特別是在鐵路第六次提速區(qū)段，建議將此類病害提級處理，即一級病害按二級及以上病害處理；二級病害按三級及以上病害處理。迄今為止，我國鐵路尚未對軌道復(fù)合不平順規(guī)定過安全標(biāo)準(zhǔn)值，但是因其對行車安全威脅性大，有必要對其加以探討。軌道復(fù)合不平順的形式很多，按照引起機車車輛橫向力、垂向力復(fù)合方式不同，分為逆相位復(fù)合不平順、順相位復(fù)合不平順、諧波振動復(fù)合不平順等主要三種形式。一、軌向、水平逆相位復(fù)合不平順當(dāng)存在軌道方向不平順引

2、起的車輛橫向力與軌道水平不平順引起的車輛橫向力作用一致時（如圖1所示：方向為正，水平為負(fù)），為軌道軌向、水平逆相位復(fù)合不平順，對列車運行安全威脅最大。圖1 軌向與水平逆相位復(fù)合不平順示意圖1、軌道方向復(fù)合復(fù)合不平順的計算公式如下：y = y1.4 h （公式1）式中：y -方向不平順復(fù)合值y - 方向不平順值h - 水平不平順值2、軌道軌向、水平逆相位復(fù)合不平順對行車安全指標(biāo)的影響我們直接引用西南交通大學(xué)翟婉明教授著車輛軌道耦合動力學(xué)對此項病害的計算結(jié)果（見表1）。需要說明的是，這里選用的是一個波長為10米的方向不平順，對應(yīng)波長為12.5米的水平不平順的逆相位復(fù)合不平順。表1： 軌道復(fù)合不平順

3、對行車安全指標(biāo)的影響計算方案P（kN）Q（KN）Q/PP/Pacy（g）ach（g）序號h （mm）y（mm）1010128300.240.150.100.052020156650.460.410.270.103030186780.760.640.400.114-510141480.360.270.180.085-520166720.490.490.270.106-530192790.780.690.410.107-1010154560.400.380.200.108-1020176720.480.580.290.109-1030199800.790.760.420.1010-15015848

4、0.320.430.140.1211-1510169600.410.520.210.1112-1520188790.520.680.320.1213-200174530.340.590.160.1314-2010189640.430.690.250.1515-2020203810.540.790.340.17評定標(biāo)準(zhǔn)2501001.00.60.50.7表中：h -水平不平順值y - 方向不平順值P - 輪軌垂向作用力Q - 輪軸橫向水平力Q/P - 脫軌系數(shù)P/P -輪重減載率acy- 方向不平順引起的水平加速度ach - 水平不平順引起的水平加速度從表中可以看出，對軌道水平和方向逆相位復(fù)合不

5、平順安全限值起主控作用的動力學(xué)系數(shù)是輪重減載率，將輪重減載率靜態(tài)指標(biāo)控制為0.60，準(zhǔn)靜態(tài)指標(biāo)控制為0.65，動態(tài)指標(biāo)控制為0.80，脫軌系數(shù)動態(tài)指標(biāo)控制為0.80。線路靜態(tài)檢查時輪重減載率超出0.60，動態(tài)超過0.08應(yīng)及時整治線路設(shè)備。按照軌道方向復(fù)合不平順公式1，查表1，輪重減載率0.59對應(yīng)的數(shù)據(jù)，只要滿足y =y1.4 h28mm，就可以保證輪重減載率 P/P 0.6的安全條件。因此，y =y1.4 h28mm為軌道復(fù)合不平順的安全控制準(zhǔn)則。3、水平加速度復(fù)合、列車在軌向不良的直線段上運行時，會產(chǎn)生離心力，由于直線段未設(shè)置超高，使得列車產(chǎn)生了未被平衡離心力及水平加速度a：a = v2

6、 K式中：V為列車運行速度K為曲率1/R直線方向不良線形接近于圓形，按照10米弦測量，得到水平加速度與未被平衡超高關(guān)系為a = h / 153，即1.53mm的超高值產(chǎn)生0.01m/s2的離心加速度。、當(dāng)軌向與水平逆相位復(fù)合不平順疊加時，引起的水平振動加速度值最大，此時的水平加速度為a，則a = al + a2式中 a1水平不平順引起的水平加速度。 a2軌向不平順引起的水平加速度； 根據(jù)a = h153，得a = hl153 + h2153= (h1+h2)153 = h153式中 h = h1 + h2，稱為相當(dāng)水平不平順復(fù)合總量。 h1水平不平順值 h2軌向不平順引起的相當(dāng)水平值當(dāng)列車通過

7、軌向不平順的區(qū)段時，車體會傾向不平順方向一側(cè)，從而該側(cè)車輛彈簧壓縮而相當(dāng)于增加了未被平衡離心力，軌檢車在動態(tài)檢測中測得的水平加速度也包含這個數(shù)值。a實 =（ 1+）a = 1.2 a式中：-彈簧附加系數(shù)，=0.2軌向與水平逆相位復(fù)合不平順產(chǎn)生的水平加速度實值為： a實 = 1.2 h153 = 1.2(h1+h2)153 = (h1+h2)128 例如：列車運行速度為200 kmh的直線區(qū)段，采用10米弦量存在5 mm軌向不平順，6mm水平不平順, 計算由此產(chǎn)生的水平加速度值： 直線上存在軌向5 mm不平順，計算時采用圓形作為軌向不平順的線形(見圖2)。f = 5mm，l = 10000/2

8、= 5000mmR = l2 / 2f =50002 / 2*5 = 2500000mm = 2500m 式中 f軌向(mm) l半弦長(mm) R曲線半徑。 圖2 軌向測算原理 當(dāng) = 200km/m時，有 h 2 = 11.8v2 / R= 11.8×200225002 = 0.07552m75 mm a = a1+a2 = (h1+h2)128 = (75+6)128 = 0.63m/s2 = 0.063 g即列車速度為200Km/h時，直線區(qū)段有軌向5mm,水平6mm的復(fù)合不平順，會產(chǎn)生0.063g的水平加速度，相當(dāng)于存在8.1mm的未被平衡欠超高。4、加強軌道復(fù)合不平順的控

9、制 要控制水平加速度出分，必須對軌向與水平逆相位復(fù)合不平順加以關(guān)注，在直線地段要注意軌向不良是否存在逆相位水平不平順，在曲線地段要注意是否存在欠超高。鐵路線路修理規(guī)則和既有線提速200250Km/h線橋設(shè)備維修規(guī)則中規(guī)定，車體I-IV級橫向加速度軌道動態(tài)幾何尺寸容許偏差管理值分別為0.06g、0.10g、0.15g、0.20 g；軌向、水平軌道靜態(tài)幾何尺寸容許偏差管理值如表2所示。表2 靜態(tài)幾何尺寸容許偏差管理值 項目250kmhmax>200kmh正線200kmhmax>160kmh正線160kmhmax>120kmh正線max120kmh正線及到發(fā)線其他站線作業(yè)驗收經(jīng)常保

10、養(yǎng)臨時補修限速標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)驗收經(jīng)常保養(yǎng)臨時補修作業(yè)驗收經(jīng)常保養(yǎng)臨時補修作業(yè)驗收經(jīng)常保養(yǎng)臨時補修作業(yè)驗收經(jīng)常保養(yǎng)臨時補修軌距(mm)+2-2+4-2+6-4+8-6+2-2+4-2+6-4+4-2+6-4+8-4+6-2+7-4+9-4+6-2+9-4+10-4水平(mm)3581035846846105811高低(mm)358113584684610581l軌向(直線) (mm) 347934746846105811三角坑(扭曲) (mm)緩和曲線3468346456457578直線和圓曲線34683464684695810以V=200 kmh為例，水平加速度三級管理值為 a = 0.15g =

11、1.47 ms2 a = (hl+h2)128 h = h1+h2 = 128×a = 128×1.47 = 188 mm 查表，水平臨時補修靜態(tài)管理值為8 mm，考慮02 mm彈性下沉量，則h1 = 8-10mm，計算取h1 = 10 mm，則 h2 = 188一l0 = 178 mm 由h = 23.62×f / l2得 f = 50002 h（23.6×2002 ） 5mm考慮02 mm軌道彈性擠開量，對應(yīng)的軌向控制值為5-3 mm，取3 mm。即V=200 kmh時，若要控制車輛水平加速度小于III級超限，此地段水平不大于8mm,軌向不能大于3m

12、m。對于每一處這種類型的病害，都可以采用上述方法計算出軌向、水平最大允許偏差值，作為控制線路設(shè)備質(zhì)量的依據(jù)，也是線路病害整治后幾何尺寸不良的底線。同樣道理，我們還可以計算出II級超限的軌向、水平值，更好地卡控線路設(shè)備質(zhì)量。5、軌向、水平逆向位復(fù)合病害的整治措施軌向、水平逆向位復(fù)合不平順容易引起機車車輛水平力、水平加速度增大，導(dǎo)致脫軌的危險。工務(wù)工作人員現(xiàn)場靜態(tài)檢查時，不僅要檢查軌面幾何尺寸，還要檢查鋼軌側(cè)磨、鋼軌硬彎，道床板結(jié)、翻漿，軌枕失效、扣件扣壓力不足，吊板、暗坑等病害。同一處所檢查是否存在水平與方向逆相位復(fù)合不平順；檢查曲線時，除了用10 m弦檢查外，必要時還要破點檢查；同時要檢查曲線

13、兩頭直線段的方向是否良好，緩和曲線、圓曲線正矢連續(xù)差是否太大等。 工務(wù)人員應(yīng)堅持“治病治根，綜合治理”的原則，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，綜合整治線路病害，并堅持作業(yè)后回檢制度，同時注意觀察列車通過時軌面動態(tài)變化情況。對于軌向、水平逆向位復(fù)合不平順具體整治方法為：1、打開軌檢車振幅圖或現(xiàn)場檢查資料，按上述方法計算出水平（超高）、軌向（曲線正矢）的最大允許值，到現(xiàn)場標(biāo)注在軌腰上。2、按繩正法將直線撥直或?qū)⑶€按規(guī)定撥圓順。3、必要時采用全站儀打直直線方向，計算出曲線撥量，打樁撥道，徹底消滅曲線欠超高和反正矢。4、適當(dāng)起道，整平線路，必要時起成一側(cè)水平。 5、作業(yè)回檢，曲線上破點檢查正矢。 二、軌向、水平順

14、相位復(fù)合不平順當(dāng)存在軌道方向不平順引起的車輛橫向力與軌道水平不平順引起的車輛橫向力作用相反時（如圖3所示：方向為負(fù)，水平為負(fù)），為軌道順相位復(fù)合不平順。列車經(jīng)過時，因水平引起的垂向力與方向引起的垂向力部分復(fù)合抵消，方向引起的橫向力與水平引起的橫向力部分復(fù)合抵消，列車通過時晃動幅度小，對運行安全威脅不大，不容易引起重視，但軌道幾何尺寸上存在水平和圖3 軌向與水平順相位復(fù)合不平順示意圖軌向不平順。此類病害具有隱蔽性，人工添乘、車載添乘儀和便攜添乘儀都不易發(fā)現(xiàn)，只有在靜態(tài)檢查或查看軌檢車振幅圖時才能發(fā)現(xiàn)。所以，軌道順相位復(fù)合不平順處所應(yīng)引起我們高度重視，防止線路設(shè)備突發(fā)病害危及行車安全。病害的整治措施：1、將直線線路撥直或?qū)⑶€按規(guī)定撥圓順。2、適當(dāng)落道，整平線路。三、連續(xù)幾何尺寸復(fù)合不平順對于明顯存在的三波及以上的周期性不平順，具有諧波振動的特點，產(chǎn)生共振后，加劇列車蛇形運動、沉浮振動、支承輪減載，使車輛橫向水平力或垂向力增大，即使軌檢車檢測到的病害峰值并