分析城市轨道车辆轮轨作用与车体平稳舒适性

王珊珊

摘 要：本文首先针对城市轨道车辆轮轨的作用进行简单阐述，其次对轨道车辆轮轨相互之间的影响进行分析。在这一基础上，提出车辆轮轨本身的作用与车体平稳相互之间的关系，并且提出有针对性的意见和措施。我国铁路在发展过程中，不仅能够实现有线提速的根本效果，而且还需要在车辆能够满足基本安全运行的同时，能够体现出良好的运行平稳性。

关键词：城市轨道 车辆轮轨 车体平稳 作用影响

中图分类号：U211.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）05（c）-0071-02

在当前我国现代社会经济不断快速发展的背景下，城市轨道交通的整体发展势头越来越迅猛，已经逐渐成为现代城市在规划建设过程中必不可少的重要环节和内容。在这种大环境背景下，轨道车辆与轨道结果相互之间的动态作用越来越强烈，特别是这种反复作用的结果必然会导致轨道自身的结构部件出现严重的疲劳损害现象。这样不仅会导致城市轨道自身的功能性作用、安全性以及稳定性受到严重威胁，而且严重的情况下，还会直接导致线路几何自身的形位出现严重的变化现象。这样不仅能够保证为现代人的出行安全提供有效保障，而且还能够尽可能降低轮轨本身对轨道产生的影响。

1 城市轨道车辆轮轨作用

轮轨在实现滚动的过程中，其最基本的接触理论就是在针对列车运动情况进行研究时，轮轨相对的运动状态能够与接触斑上的作用力相互之间呈现出一种潜在关系。在针对这一问题进行分析时，最初提出接触理论的研究学者是Hertz Heinrich，该学者在19世纪的时候，就已经开始利用弹性力学的理论对两弹性体相互之间的接触问题进行分析和深入研究。在经过长时间的研究之后，该学者认为两弹性体相互之间的接触面积，大多数情况下，都是以一个椭圆的形状存在，椭圆的半轴a和b可以结合该学者在实际研究过程中发现的弹性体接触理论。由此可以看出，在该学者的深入研究过程中，其认为在一般状态下，两弹性体在与椭圆面积进行接触的时候，无论是任何一个弹性体自身都会存在一定不变的主曲率半径。在这种情况下，该学者在针对这一问题进行分析和处理的时候，为了方便该学者的计算和研究，其将这些问题进行简化处理。在实践中，凡是该学者接触到的物体都可以被看作是一种半空间状态，与载荷相互之间的接触也只是单纯地被应用在平面上的一个椭圆区域当中[1]。除此之外，在与体内的一些接触区进行接触时，与其相关的一些应力在分布过程中，应当处于一种高度集中的状态，同时与物体相互之间的接触需要与综合考量其中存在的一些几何尺寸。在这种情况下，该学者在实际研究过程中，又做出了不同的意见假设，其假设如果表面本身是以一种光滑的状态存在，那么在整个运作过程中，并不会出现任何摩擦效应。针对这一现象，在具体操作过程中，无论能否与物体表面产生一定接触，那么只是单纯的对法向力能够起到一定的传递作用。在经过这一系列的研究和分析之后，该学者的研究结果具有真实性和有效性的特征，同时还能够经得起时间的检验。也就是该学者提出的理论能够为之后的接触理论、滚动接触理论以及这两面的实践性研究打下良好基础，同时还能够提供一定的辅助帮助[2]。

2 轨道车辆轮轨间的影响

在针对轨道车辆轮轨相互之间的影响因素进行分析的时候，需要对轮轨相互之间的接触状态有一定深入的了解和认识。由于车輪本身与钢轨相互之间的接触状态比较复杂，大体上可以分为两种方式，其中一种是一点接触，而另外一则是两点接触。轮对相对轨道进行移动时，其移动量并不是很大，一般在具体操作过程中，会出现车轮踏面或者是其他一些与钢轨轨顶顶面相互之间能够呈现出一定接触的现象，可以将这种现象称之为“一点接触”。而轮对相对轨道出现横向移动或者是摇头角出现位移的时候，而这种移动量已经超过一定范围的时候，需要根据实际情况的不同，以及不同轮轨形状特点进行分析之后，可能会导致车轮踏面或者是轮胎本身与钢轨顶面、侧面形成一定的接触。那么这种情况下，就可以将其归纳到“两点接触”的范围当中[3]。一般情况下，无论是任何一种现象，在具体操作过程中，如果轮对相对轨道而言，能够产生出足够的横移量的时候，那么轮对摇头角本身的角度越大，那么轮轨相互之间能够出现两点接触的可能性就会越大。

轮对与钢轨在实际接触过程中，其状态可以如图1所呈现出的内容。根据图中所呈现出的内容进行分析可以看出，在图1（a）中是左右轮轨相互之间的接触；而图1（b）则是左侧轮轨出现严重的脱离现象，但是右侧实现接触。除此之外，图1（c）当中所呈现出的内容则是左右轮轨全部都脱离时的状态。

3 车辆轮轨作用与车体平稳

3.1 车辆垂向运行分析

车辆运行的平稳性主要体现在车辆在实际运行过程中的振动程度。通过这种振动程度可以准确有效地判断出旅客在乘坐过程中的舒适程度，也就是旅客在乘坐过程中的舒适性可以直接被看作是一种标准，是判断列车在运行过程中是否能够给旅客提供一定舒适性的重要依据。在这种情况下，可以结合实际情况，对旅客乘坐的具体舒适度进行准确有效的评价，最根本的依据就是通过车体的整体振动以及速度对其进行准确有效的评价和分析。我国铁路在针对机车车辆实际运行过程中的平稳性进行判断和分析的时候，需要根据车体本身的振动频率以及平稳性指标对其进行准确有效的判断和分析。车体振动加速度指标在制定以及具体实施过程中，其有车体垂向加速度，同时平稳性指标在实际应用过程中，其会根据车体垂向平稳性指标对其进行操作[4]。

3.2 车辆横向运行分析

在针对城市轨道车辆轮轨作用与车体平稳舒适性相关内容进行分析时，结合数学模型以及物理模型对这一问题进行模型构建。在构建过程中，将车体、转向架以及轮对的横向自由度融入其中，通过具体操作之后的结果可以看出，总的自由度数逐渐增加，一直增加到21个。同时在轨道激励过程中，还会对轨道自身的横向不平顺影响因素进行综合考量，并且对其进行综合判断和分析。在这种情况下，对轨道车辆的横向稳定性进行仿真操作，通过结果分析可以看出，轨道车辆车体的横向运行平稳性等级基本上可以判断为优。

3.3 实验结构对比分析

通过各种实验对比结果可以看出，仿真的结果与实际测量结果相互之间存在一定的偏差，导致这些偏差出现的原因也具有一定的不同之处。比如在仿真模型的具体构建和使用过程中，轨道不平顺的激励本身就是一种理想化的操作方式，所以与实际情况之间可能会存在一定的偏差。在实际测量过程中，车体本身会出现一定的晃动影响，这样就会导致车体的横向振动与仿真结果存在一定的差异性。

4 结语

综上所述，本文主要是针对轮轨的作用机理进行简单阐述。同时，从轨道车辆的垂向平稳性以及曲线通过性方面进行深入分析。这样不仅能够从根本上对车辆的平稳性和安全性提供有效保障，而且还能够推动城市轨道的整体发展。

参考文献

[1] 崔泽安.低地板车辆动力学性能及轮轨力间接测量研究[D].西南交通大学，2017.

[2] 陈晓庆.城市轨道交通快线线形参数及线路车辆动力响应研究[D].北京交通大学，2017.

[3] 杨云帆.直线电机地铁车辆—轨道动态相互作用研究[D].西南交通大学，2017.

[4] 张茂松.公铁两用车轨道运行动力学性能研究[D].西南交通大学，2017.