轮轨式铁路列车运动形态分析

杨素亭

(铁道警官高等专科学校公安基础教研部,河南郑州450053)

轮轨式铁路列车运动形态分析

杨素亭

(铁道警官高等专科学校公安基础教研部,河南郑州450053)

列车运行时的主流运动,是由单体车轮沿钢轨滚动构成轮群沿轨道纵向滚动,从而形成的列车整体沿轨道运行的纵向运动。列车在作主流运动的同时,在微观上伴生着点头、蠕虫、蛇形、摇头等附带有害运动,呈现着复杂的三维运动形态。分析列车运动形态,对于判断和解释违法行为人实施的行为给列车行车安全可能造成的危害及影响,依据我国《刑法》规定确定其行为的罪与非罪性质、行为与后果之间的关系等,均具有重要参考价值和理论支撑作用,是填补新兴分支学科警用铁路技术理论空白的基础性研究,是对铁路刑事科学技术分支学科在内容上的重要补充。

列车;运动形态;警用铁路技术

一、导言

铁路是广义概念,其中按轮轨接触方式划分,可将铁路分为悬浮式铁路和轮轨式铁路两大类。本文所指轮轨式铁路是特指采用钢制列车车轮与钢轨轨道接触的传统方式,用钢轨轨道控制列车运动轨迹形成循轨运动的铁路。

铁路学术界将列车中机车车辆的钢制车轮在钢轨上的运动称为轮轨运动,将研究、分析、描述、揭示轮轨运动现象和规律的学问称轮轨运动学。

她用热水冲泡中国绿茶。他出于礼貌啜饮一口，这绿色茶汤并不让他产生兴趣。他却注意到她的单人床铺上是自带的白色床单，枕套与被单边沿缝制棉布蕾丝，有手工刺绣出来的图案和字。她说，小时候母亲给她手工做的物品，不管是衣服、小包、手帕还是书套，都会刺绣上名字。她们出去旅行，也自带床单枕套被单。母亲对床有浩癖，不喜欢被陌生人反复使用的布料。她因此形成这习惯。

我国《刑法》对破坏火车及其相关设备等犯罪行为进行了规定,主要集中在《刑法》第116条、第117条和第119条。司法实践中,对这些罪名确认的关键是对行为人实施的行为是否足以导致条款规定的严重后果的认定。

研究和分析列车运动形态的主要目的是对列车脱轨案件的案情分析和定性判断,它是填补新兴分支学科警用铁路技术理论空白的基础性研究,是对铁路刑事科学技术分支学科在内容上的重要补充。该项研究对于判断和解释违法行为人实施的行为给列车行车安全可能造成的危害和影响,依据我国《刑法》规定确定其行为的罪与非罪性质、行为与后果之间的关系等,均具有重要的参照价值和理论支撑作用。

我等着父亲拿起墙角他干农活的锹，来拍我的后背，或者用锹把敲我的腿，他以前这么干过，但这次，他没有。他竟然一屁股坐在我家门槛上，号啕大哭，仿佛没有学费上学的不是我，是他。

二、基本描述和约定

(一)铁路构造

一列列车由若干节通过车钩软性连接在一起的机车和车辆组成(图1、图2),每节机车和车辆与轨道接触的是位于机车和车辆下部的由两台或多台转向架组成的走行部,每台转向架最终通过轮对与轨道接触并在轨道上滚动来实现走行,每台转向架可包括多个轮对,每个轮对一般由两个车轮一根车轴和一对轴承组成一个整体。列车的众多车轮构成轮群。

图1

图2

铁路线路由轨道和线路基础两大部分构成,轨道中的钢轨与轨枕连接形成的整体称为轨排。轮轨空间关系及主要构件和部位名称如图3、图4、图5所示。存在横向风力,材料受力后均会发生不同程度的变形等,一列列车在轨道上的轮轨受力关系非常复杂,在每一个瞬间,每一节机车和车辆、每一个转向架、每一个轮对、每一个车轮的轮轨受力都会有细节上的差异,每个车轮的微观运动形态也就各有不同,轮轨实际状态下轮群整体运动的瞬间微观形态和由其形成的列车整体运动的瞬间微观形态极为复杂。

(四)基本约定

以十九大精神为基准，以五位一体和四个全面布局为中心，以全新的发展理念为思想指导，不断落实乡村振兴战略，在这一过程中需重视农业发展，为农民创造更好的生活条件，实现统筹发展，并积极整合资源弥补自身的不足，全面实现小康社会。

列车重量由转向架传递到轴承、由轴承传递到车轮、由车轮最终传递到铺着钢轨的铁路线上。列车传递到轮对上的重量称轴重(P),每个轮对承受的轴重具体分配到其每个车轮上的重量称轮重。

办好技能大赛是突破口。近年来，国家举办的各级各类技能竞赛，让各种岗位的劳动者都有展示技能、锻炼和出彩的机会。此外，组织优秀技工参加世界技能大赛并取得优异成绩，也具有重要意义，其带动和引领作用明显。第43届世界技能大赛中国实现金牌零的突破，在全社会引起热烈反响。大赛也引起了各级党委、政府和社会各界的广泛关注，各地、各行业企业都把参与世界技能大赛作为推动技能人才培养、选拔优秀技能人才、宣传技能人才典型、交流先进技术的有效途径。世界技能大赛的引领、带动和集聚效应正在逐步显现，对技能人才队伍建设的影响也越来越大。

假定将列车视为一个轮对,这个轮对呈重心绝对集中、制造无缺陷、绝对刚性无变形;轨道呈绝对水平、顺直、牢固、绝对刚性无变形;轮对摆放在轨排正中无偏离、车轮旋转形成的牵引力方向与轨排水平纵向绝对一致;轮对横向受力绝对平衡并无横向运动之初速度等理想状态。我们将在上述理想假定情况下的轮轨关系和轮轨状态称为轮轨理想状态。

三、沿轨道纵面运动形态分析

(一)沿轨道纵向运动

列车运行的主流运动是由单体车轮沿钢轨作轨道纵向滚动构成轮群沿轨道纵向滚动而形成的列车整体沿轨道纵向的纵向运动(图6)。

图6

(二)轮轨理想状态

由机车车辆制造误差、装载偏心和线路安装不能达到绝对平顺等原因形成的轮对重心与线路中心不一致的偏心,会造成两股钢轨对轮对两车轮支撑力的不对等,从而形成受两侧钢轨对轮对的支撑力的不对称,并产生轮对横向运动或横向运动趋势(12)。

一条轨道两股钢轨顶面的平分中心点连成的线称为轨道中心线或铁路线路中心线。轨道纵面是指通过轨道中心线并与水平面垂直的竖向立面。轨道纵向是指与轨道中心线平行的方向或走向。轨道竖向是指与水平面垂直的方向。轨道横面是指与轨道中心线垂直的竖向立面。轨道横向是指与轨道中心线垂直并呈水平的方向或走向。

在轮轨理想状态下,每个车轮的瞬间运动形态相同,整列列车的瞬间运动形态保持绝对的一致性。

(三)轮轨实际状态

实际情况下的轮轨关系和状态称为轮轨实际状态。由于制造、安装、装载误差的绝对存在,列车运动方向难于始终与轨道水平纵向保持一致性,外界

(二)沿轨道竖向点头运动

轮轨在实际状态下,钢轨受不同轮重压力呈现不同程度竖向波浪型变形(图7),造成轮对沿轨道竖向不同程度的上下起伏运动,甚至出现不同程度的车轮瞬间腾空,车轮脱离钢轨腾空后产生车轮空转,以及腾空车轮在下落时对钢轨产生竖向冲撞和敲击。在轮轨运动学中将上述运动形态形象地命名为点头运动。

图7

(三)沿轨道纵向蠕动

因病致贫、因病返贫是扶贫攻坚的主攻方向，是打赢脱贫攻坚战的难中之难、坚中之坚。方案围绕扶贫任务，提出了医疗保障扶贫的六大目标。

列车中机车车辆间用车钩进行软性连接,运行中各机车车辆间会因产生不同程度的点头运动不同步、运行速度不同步、沿轨道纵向作用力出现不一致等现象,形成各机车车辆间沿轨道纵向产生不同程度的拉、推、拽、撞等如蠕虫样拱动和滑动。在轮轨运动学中将上述运动形态形象地命名为蠕虫运动或蠕滑运动(图8)。

七是有效维护了和谐稳定的社会关系。“一站式”司法确认机制所确认的调解协议，是纠纷当事人在人民调解组织主持下自行协商的结果。双方没有经过法庭上的对抗和诉讼技巧的较量，双方的关系未因纠纷的发生而进一步撕裂，反而通过调解工作得到及时修复，有效维护了社会关系的和谐。

图8

四、沿轨道横面运动形态分析

(一)蛇形运动

轮对受横向力时,轨排会在水平方向发生整体波浪型变形,会使轮对沿钢轨纵向运行通畅程度受影响,并同时伴生轮对横向摆动(图11)。

柳红躺在竹榻上玩着红丝巾，突然想体验一下戳瞎双眼的感觉——当然，她是不会这么说的，而是用这条红丝巾将自己的双眼蒙了起来，非要她公公在前面带路，她在后面跟着，在家里走个来回。谁知她没走两步，一只脚刚跨过门槛，整个人就跌进屋里去，幸亏前面有她公公挡着，她才没有跌倒地上，而是跌在了苏长河的背上。

图9

3.重力偏心

钢轨在轮重压力下,会在竖向呈现不同程度的波浪型变形的同时,在水平方向也呈现出不同程度的波浪型变形(图10),会使轮对沿钢轨纵向运行通畅程度受影响,并同时伴生轮对横向摆动。

图10

2.轨排波浪型变形

轮对在沿轨道作纵向滚动这一主流运动的同时,会伴生不同程度的沿轨道横向的左右摆动,整个列车在作轨道纵向运动时的每一瞬间各单体轮对都会呈现出不同姿态、不同摆幅的横向摆动。在轮轨运动学中将上述运动形态形象地命名为蛇形运动(图9)。产生蛇形运动的原因主要包括以下4个方面。

图11

1.钢轨波浪型变形

上述两项研究中，高龄组侵入性治疗出血风险均未明显增加，尤其是后一项研究中，重大出血比例不到2%、轻微出血也在10%以内，小于本研究中的重大出血率(超过10%)。这可能与后一项研究入选患者的体质量更大(平均71 kg以上)、肾功能较好(eGFR>50 mL·min-1·1.73 m-2)、出院时氯吡格雷应用率较低(小于80%)等有关。上述研究提示，高龄患者中，除年龄因素外，还存在其他影响临床治疗效果的因素，在临床实践中须综合分析。

(二)摇头运动

图12

4.外界横向力

受外界横向风力或其他外力,轮对瞬间纵向滚动方向与轨道纵向不一致时,轮对在牵引力作用下,在沿轨道作纵向滚动这一主流运动的同时,也会伴生不同程度的沿轨道横向的左右摆动(图13)。

图13

1.2.2 综合心理护理 为确保研究结果的可靠性和一致性，干预前对干预人员进行选拔和培训，选择有心内科工作经验的本科生、主管护师参加相关知识培训，根据以往工作表现、责任心及干预技巧掌握程度，确定两名责任护士实施此项研究。

在不会发生脱轨的前提下,当轮对沿轨道横向向左侧移动时(图14、图15),左侧车轮与钢轨顶面接触的滚动点的半径大于右侧车轮与钢轨顶面接触的滚动点的半径,轮对旋转一周左侧车轮沿轨道纵向滚动距离大于右侧车轮沿轨道纵向滚动距离,轮对整体顺时针偏转。同时左轮轮缘后部与左侧钢轨内侧面相撞,右轮轮缘前部与右侧钢轨内侧面相撞,产生两侧钢轨内侧面对轮对的沿轨道横向向内的反作用力,并导致轮对产生逆时针偏转趋势。反之同理。整个列车在作轨道纵向运动时的每一瞬间,各单体轮对都会呈现出不同姿态、不同摆幅的顺时针、逆时针的来回摇头偏转。在轮轨运动学中将上述运动现象形象地命名为摇头运动。

同样道理，孕前孕妈妈体重较重，意味着自身体内脂肪较多，所以在24周前增重3千克即可，因为还有2千克左右的间质其实孕妈妈已经储备了；如果孕前孕妈妈体重较为理想，到24周增重4千克左右也可以了，适当地储备了一下营养；孕前较瘦的孕妈妈，24周前可以增重5～6千克，是为了弥补孕前的营养储备不足。所以体重是一个行之有效的监测能量是否充足的最简单的方法，但称量体重的方法一定要对，那就是早晨起床，空腹，排空二便，穿同样的衣服，最好是内衣，在同一个秤上称重，这样做是为了称出净体重，减少其他因素对体重的影响，这样的体重才有可比性，否则由于外在因素的影响，不能准确反映体重的增加幅度。

五、列车运动形态综述

列车运行的主流运动是由单体车轮沿钢轨作轨道纵向滚动构成轮群沿轨道纵向滚动而形成的列车整体沿轨道纵向的纵向运动。

列车整体在微观上的运行形态,是列车轮群的各车轮在沿轨道纵向进行纵向滚动的同时,伴生着点头、蠕虫、蛇形、摇头运动等不利于列车运行安全和稳定的有害附带运动所形成的复合三维运动(图16)。

图16

在同一瞬间,每个机车车辆甚至轮对都具有随机性的不同运动形态,每对相邻机车车辆间的蠕虫、点头、蛇形、摇头运动程度和运动形态,均具有不同程度的不同步性和随机性,每一瞬间列车整体在实际运行时呈现的复合三维运动形态,在微观上极不规则和极为复杂。

各种有害附带运动虽然无法完全消除,但可以通过提高线路整体强度、刚度、稳定性和机车车辆性能等方法,将其控制在规定幅度和范围内。

点头、蠕虫、蛇形、摇头运动的上下起伏、左右摆动偏转、前后拽撞幅度过大,不仅会加大列车运动的不稳定性,甚至还会使腾空过高的车轮的轮缘高出轨面,或左右摆动的车轮从轨道的两股钢轨中脱出,从而使车轮失去钢轨限制进而造成脱轨和颠覆;或者使机车车辆在相互间剧烈的拉、推、拽、撞之下直接受损,进而造成列车脱轨和颠覆。

在铁路设计时,必须采取措施,严格控制点头、蠕虫、蛇形、摇头等有害附带运动幅度,以保证列车安全和平稳。

3批原料采用不同氢气露点工艺，所得二氧化钼样品粒度分布(分散剂为水)如图2所示，扫描电镜照片如图3所示。

六、轮轨运动学研究现状

在西南交通大学两院院士沈志云等知名专家支持下,西南交通大学利用其牵引动力国家重点实验室,开展了国家自然科学基金重点项目“高速列车轮轨系统动力学的研究”、“轮轨波浪型磨损和滚动接触疲劳的研究”的专项实验研究。受“国家优秀博士论文专项资金”及“铁路科技图书出版基金”资助,铁路学者金学松、刘启跃撰写出版了学术专著《轮轨摩擦学》。

在《轮轨摩擦学》的前言中,作者有这样的论述:“轮轨关系问题的研究十分复杂,涉及弹塑性力学、摩擦学、材料学、有限元理论和方法、结构动力学、强度理论、数值方法,如不能很好地将它们交叉运用在轮轨关系问题的研究中,就不能完整地解决轮轨关系问题。由于目前计算手段和数值方法的限制以及学科交叉研究的难度,理论研究状况不尽如人意,主要还是借助于试验手段。”这一论述基本概括了当前世界传统轮轨式铁路列车运动理论研究和应用的状况。

因此,当前执法工作中对可能造成脱轨案件的判定仅囿于经验模糊性判断,还难于用数学量化计算的方法进行精准认定,司法鉴定也仅囿于权威经验模糊性认定。上述研究对进行此类案件的判断,特别是进行权威经验模糊性司法鉴定,具有重要参考价值和基础理论性支撑作用。

[1]金学松,刘启跃.轮轨摩擦学[M].北京:中国铁道出版社,2004.151

[2]郝瀛.铁道工程[M].北京:中国铁道出版社,2000.211

责任编辑:马 克

D918

C

1009-3192(2010)06-0052-04

2010-09-23

杨素亭,男,山东定陶人,铁道警官高等专科学校公安基础教研部主任,教授。