高速铁路线路轨道维修技术的探讨

2015-03-18张念淮

郑州铁路职业技术学院学报 2015年4期

关键词：平顺行车波长

张念淮，李勇

(郑州铁路职业技术学院，河南郑州 450052)

1 高速线路轨道不平顺与车辆轮对相互作用特点

轨道不平顺是引起机车车辆产生振动和轮轨作用力增大的主要原因，对列车的运行状态有重大影响，也是影响行车速度的主要因素之一。在高速行车时，轨道形成的轮轨影响作用明显，而且对设备的损坏性也比较大。

1.1 影响幅值

随着行车速度的提高，轨道不平顺幅值对行车平衡、安全的影响迅速增大。在高速行车的条件下，幅值微小的轨道不平顺也可能引起轮轨的强烈冲击振动，产生很大的轮轨作用力。如无缝线路的焊缝幅值不足0.5 mm 的微小台阶形成的不平顺可引起数倍于静轮重的巨大轮轨冲击力。在低速运行时，幅值小的不平顺，不需纠正;在高速运行时，则需纠正。

1.2 影响波长

当行车速度低时，路基高度偏差，不均匀沉降、桥梁挠曲变形等形成的波长影响很小，无须进行维护监控管理。在列车高速运行时，长波的不平顺对列车的振动影响很大，当行车速度达到140 km/h 速度时，引起车体产生振动的敏感波长可达40 m;当行车速度超过160 km/h 时，引起车体产生强烈的敏感波长可达50 m，必须维修校正波长范围大为增加，尤其是要加大对长度在20～50 m 路基下沉的小型路基病害整治的力度。

1.3 易产生谐振

当行车速度不高时，影响极小无须处理的44 m、50 m 等波长的轨道方向不平顺，其激频率分别在140 km/h、160 km/h 时均为1Hz，而机车和车体的自频率也在1Hz，这些激频率与车体自频率一致或接近，必然会引起车体的强烈谐振;因此，在高速行车条件下，要纠正具有谐振波长特征的方向轨道的不平顺。

1.4 危害大

在高速行车条件下，如果轨道平顺性恶性，一旦引发脱轨事故，所造成的危害要比低、中速运行时严重得多。如德国高速列车的脱轨事故、我国的沈阳北客车脱轨事故，危害性都比较大。

2 轨道不平顺的分类

2.1 垂直轨道不平顺

垂直轨道不平顺包括高低不平顺、水平不平顺、平面扭曲。平面扭曲是指左、右两股钢轨顶面相对于轨道平面的扭曲。用相隔一定距离的两个横截面水平幅值的代数差进行度量。

2.2 横向轨道不平顺

横向轨道不平顺包括方向不平顺、轨距偏差、轨距顺坡率。轨距偏差是指两股钢轨轨顶作用面以下16 mm 上所测量得的两轨间最短距离相对标准轨距的偏差。通常由于扣件不良、轨枕挡肩失效、轨头侧面磨耗、扣件离隙、扣件压力不足、列车动态弹性挤开等原因造成的。轨距顺坡率是用钢轨的轨距偏差值在一定长度内的代数差进行度量的。

2.3 复合不平顺及曲线头尾的偏差

轨向、水平、逆向复合不平顺，有反超高的特征，这类不平顺可能是脱轨事故的主要诱因［1］。

对于曲线在直缓点、缓圆点区的水平提高，正矢顺坡起点、终点不一致或不匹配的几何复合不平顺，对行车平衡舒适和安全行车也有着不可忽视的影响。

3 对轨道平顺状态的评定方法及不良状态的判断

我们在大多数的情况下仅按幅值大小来评价轨道不平顺的局部状态，并确定需经常维修、保养、临时补修的地段，这是不够的。根据不平顺波形特征的影响，我们除了应注意幅值超限以外，还应同时考虑幅值相应的能近似反映波长影响的平均变化率。对三波或三波以上连续的周期性不平顺，如属谐振波长范围，即使幅值不超过评定局部不平顺的限度值，也需加强维修管理［2］。

3.1 判断需要维修的地段

用轨道质量指数等不平顺幅值的统计指标描述250 m 区段的轨道连续不平顺状态，判断确定需要维修的地段。

3.2 轨道不平顺的安全管理(即临时补修)［3］

对未达到III 级超限的某些不平顺轨道进行及时分析、及时处理。至于轨道方向、水平的逆向复合不平顺，在维修没有规定复合值的情况下，要通过查阅有关技术规定再作具体要求。

3.3 直线地段的复合不平顺计算

直线地段的复合不平顺计算包括以下几个方面:①不平顺计算;②轨向与水平不平顺的逆相位复合的计算;③机车车辆影响的加速度计算;④限值计算。

3.4 对车体水平加速的分析

各项偏差应在《铁路线路维修规则》的限度内。现场曲线的头尾位置、缓和曲线长度、曲线半径，均应与设备保持一致。曲线正矢容许偏差见表1。

表1 曲线正矢容许偏差

如:汗丹线长江埠工务段管辖正线206 km，其中有曲线69 条，曲线半径1 000 m 的有3 条，曲线半径1200m 的有30 条，按照《铁路线路维修规则》对上述圆顺度的要求，列车低速时符合安全要求;提速后，由于曲线的局部不圆顺，出现过水平加速度三级分，针对提速后出现的新情况，我们查阅了大量的资料，得知车体加速度与圆曲线超高、圆顺情况有直接关系。

当列车以速度V(m/s)通过半径为R(m)，外观超高h(mm)的曲线轨道时，离心力产生向心力，向心加速度a=gh/s1;由于列车通过速度V 与外轨超高h 不相适应，所以产生未被平衡加速度(a0)为a0=v2/R-gh/s1。

式中s1为两股钢轨中心线间距离。

必须规定一个合理的未被平衡的离心加速度容许值a0，Vmax为列车的最高行车速度，则Vmax/R-gh/s1＜a0。

g 采用9.8 m/s2，S1采用1 500 mm，将其带入上式，并把Vmax(m/s)改成Vmax/3.6(km/h)，则得11.8V2max/R-h ＜153a。

在Vmax＞Vo(平均速度)的情况下，△h 为正值，称为欠超高;Vmax＜Vo的情况下，△h 为负值，称为过超高。

案例:某次在轨检车平推检查时，共计出现10个三级分，而且这10 个轨检车三级分均为水平加速度，工务段组织人员到现场进行了分别检查，情况如下:

行车速度为145 km/h，曲线半径为1200 m，曲线所设超高为105 mm，用20 m 弦线检查曲线正矢连续差没有超过6 mm 的地方，曲线超高符合要求;但是用10 m 弦量，正矢均达到16 mm，计算得R=12500/f(f 为曲率半径)。

12500 m 应用10 m 弦量定数，将16 mm 代入f 得曲线半径为781 m(取整数)，曲线欠超高值△h=11.8V2×1452 ÷781-75=243 mm。铁路维规规定曲线在一般情况下的欠超高值为75 mm。