高速行車條件下預設軌道不平順狀態的試驗分析

李子睿，肖俊恒，李 偉

(中國鐵道科學研究院 鐵道建筑研究所，北京100081)

客運專線或高速鐵路是以高速行車為目的，行車速度已取代年通過總重作為運輸條件的主要指標。隨著我國客運專線建設的快速推進，客運專線的通車里程迅速增長。德國、法國、日本等高速鐵路發達國家的研究和運營經驗表明，要保持高速鐵路軌道的良好平順狀態需要制訂一套嚴格的軌道不平順動態管理標準。利用現場實車試驗進行研究，對于完善我國高速鐵路軌道不平順管理體系是必要的。

1 試驗概況及測點布置

測點布置 軌向、高低、三角坑不平順的測點布置見圖1所示。

2 試驗結果及分析

2.1 軌向不平順

嚴重的軌向不平順會引起車輛的搖頭、側擺振動，增大蛇形運動和側擺運動的幅度，導致輪軸橫向力增大，降低車輛運行的平穩性和安全性。

試驗列車通過幅值4 mm和6 mm軌向不平順(基長10 m)時，測試結果表明:試驗列車通過時各項安全參數均在相應安全限值內，且各安全參數整體數值較小，車輛運行安全狀態良好，見表1。

為此，進一步分析車輛運行的平穩性，對車體加速度的最大值統計見表2。可見，在兩種不同幅值狀態下車體垂向加速度最大值為0.09 g，橫向加速度最大值為0.06 g，整體數值也較小，都小于相應的舒適度標準評判指標(垂向加速度為0.15 g，橫向加速度為0.10 g)。

表1 安全參數最大值統計

表2 車體振動加速度最大值統計 g

2.2 高低不平順

高低不平順會激起車體和轉向架的垂向浮沉和點頭振動，幅值較大時會引起車輛垂向劇烈振動，且使輪軌作用力產生很大的增減載變化。

試驗列車通過幅值5 mm高低不平順(基長10 m)時，實測脫軌系數、輪重減載率和輪軸橫向力均小于其相應的安全限值(見表3)，車體振動加速度也都小于相應的舒適度標準評判指標(見表4)。

圖1 各測試工況的測點布置示意

試驗列車通過幅值9 mm高低不平順(基長10 m)時，實測脫軌系數、輪重減載率和輪軸橫向力等列車運行安全性參數最大值統計見表3，輪重減載率嚴重超限的垂直力測試波形見圖2。測試結果表明:脫軌系數和輪軸橫向力都在安全限值內，輪重減載率在速度大于等于330 km/h時嚴重減載，圖2說明，此時已有車輪懸浮，列車脫軌的可能性比較大，在此速度下存在安全隱患;車體垂向加速度為0.14 g，接近舒適度標準評判指標0.15 g。

表3 安全參數最大值統計

圖2 試驗列車通過高低不平順時輪重嚴重減載處垂直力通道測試波形

2.3 三角坑不平順

嚴重的三角坑不平順對車輛運行安全的影響是最大的，可能導致車輛轉向架呈三輪支撐、一輪懸浮的惡劣狀態，甚至引起車輛脫軌。另外，三角坑不平順還會加劇車輛的側滾振動，對于車輛的動力性能不利。

試驗列車通過幅值6 mm基長2.5 m和幅值7 mm基長3 m的三角坑時，實測脫軌系數、輪重減載率和輪軸橫向力等列車運行安全性參數最大值統計見表5。車體振動加速度最大值統計見表6。測試結果表明:幅值6 mm基長2.5 m的三角坑脫軌系數、輪重減載率和輪軸橫向力均在相應的安全限值內，橫向加速度最大值0.11 g，接近舒適度標準評判指標0.10 g;幅值7 mm基長3 m的三角坑輪重減載率部分超過安全限值0.8，橫向加速度最大值0.11 g，接近舒適度標準評判指標0.10 g。

表4 車體振動加速度最大值統計 g

表5 安全參數最大值統計

表6 車體振動加速度最大值統計 g

2.4 三種工況下軌道結構的穩定性

試驗列車通過以上三種類型的軌道不平順時軌頭橫向位移方向均指向線路中心線，動態軌距變化均為軌距縮小。軌頭橫向位移和動態軌距變化量最大值均不超過1 mm。軌道結構的橫向穩定性很好。

3 結論

根據仿真計算結果［3-4］，通過對時速300 km及以上高速狀態下三種典型軌道不平順狀態的測試結果分析，為現場控制軌道不平順狀態提供試驗參考，提高線路的維修養護效率。主要結論如下:

1)對于幅值4 mm和6 mm軌向不平順(基長10 m)，由于各安全參數都在相應的安全限值內，且車體振動加速度均未超過相應的舒適度標準評判指標。故對于10 m基長的軌向不平順相應的舒適度管理值6 mm是安全的。

2)對于幅值5 mm和9 mm高低不平順(基長10 m)，脫軌系數和輪軸橫向力都在相應安全限值內，幅值9 mm高低不平順在速度不小于330 km/h時有車輪懸浮。故對于10 m基長的高低不平順限速管理值應介于5～9 mm之間。

3)對于幅值6.0 mm基長2.5 m的三角坑，各安全參數均在相應的安全限值內，幅值7 mm基長3 m的三角坑，輪重減載率部分超限，且車體振動加速度均接近相應的舒適度標準評判指標。故對于2.5 m基長的三角坑不平順相應的舒適度管理值應＜6 mm，對于基長3 m的三角坑不平順相應的舒適度管理值應＜7 mm。

以上僅為部分試驗地段試驗數據分析結果，由于本次試驗時間有限，測試樣本不太充足，所得結論僅供參考。

［1］盧祖文.客運專線鐵路軌道［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［2］羅林，張格明，吳旺青，柴雪松等.輪軌系統 軌道不平順狀態的控制［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.

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