地鐵曲線波磨地段輪軌動力特性影響因素

劉堂輝 姚典 張鵬飛 馮青松

1.廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣州 510010；2.華東交通大學鐵路環境振動與噪聲教育部工程研究中心，南昌 330013

我國地鐵線路曲線設置較多，小半徑曲線是鋼軌波磨高發地段，尤其是半徑為300 m 的小半徑曲線。鋼軌表面波浪形磨損（簡稱波磨）是輪軌系統普遍存在的一種傷損形式，是沿鋼軌縱向軌頭踏面出現的周期性磨損或塑性變形［1］。列車經過波磨地段時，輪軌相互作用劇烈，增大了輪軌振動與噪聲，加劇了輪軌表面的疲勞傷損，縮短了車輛和軌道部件的服役壽命，嚴重時甚至危及行車安全［2-3］。

為控制鋼軌波磨的形成與發展，國內外學者開展了大量研究。文獻［4-5］基于輪軌共振引起波磨理論，認為避免輪軌系統特定頻率的共振有利于控制鋼軌波磨發展；文獻［6-7］基于輪軌摩擦自激振動導致波磨理論，研究了軌道支承剛度、軌枕間距等對波磨發展的影響；文獻［8-10］綜合考慮輪軌動力特性與材料磨損機理，研究了鋼軌扣件剛度和阻尼參數對波磨發展的影響；文獻［11-14］利用多體動力學方法建立車輛-軌道耦合模型，分析了不同曲線參數對鋼軌磨耗的影響，提出了曲線鋼軌波磨防治建議。

鋼軌波磨是軌道交通領域尚未解決的難題。本文從地鐵設計和運營維護的角度，研究曲線半徑、行車速度、輪軌摩擦系數等參數對輪軌動力特性及鋼軌波磨的影響，基于預防和控制鋼軌波磨提出相關參數優化建議。

1 動力學模型和評價指標

1.1 地鐵車輛-曲線軌道空間耦合動力學模型

根據一地鐵線路上波磨頻發的小半徑曲線段車輛與軌道線路實際情況，利用多體動力學軟件UM 建立地鐵車輛-曲線軌道空間耦合動力學模型。……