铁路轨道复合不平顺的分析与整治

1、轨道复合不平顺的分析与整治轨道复合不平顺是指铁路轨道同一地点存在多种病害或相邻地点存在连续多处同一种病害。轨道复合不平顺比轨道单项不平顺对行车安全威胁性更大，对于此类病害应引起高度重视，特别是在铁路第六次提速区段，建议将此类病害提级处理，即一级病害按二级及以上病害处理；二级病害按三级及以上病害处理。迄今为止，我国铁路尚未对轨道复合不平顺规定过安全标准值，但是因其对行车安全威胁性大，有必要对其加以探讨。轨道复合不平顺的形式很多，按照引起机车车辆横向力、垂向力复合方式不同，分为逆相位复合不平顺、顺相位复合不平顺、谐波振动复合不平顺等主要三种形式。一、轨向、水平逆相位复合不平顺当存在轨道方向不平顺引

2、起的车辆横向力与轨道水平不平顺引起的车辆横向力作用一致时（如图1所示：方向为正，水平为负），为轨道轨向、水平逆相位复合不平顺，对列车运行安全威胁最大。图1 轨向与水平逆相位复合不平顺示意图1、轨道方向复合复合不平顺的计算公式如下：y = y1.4 h （公式1）式中：y -方向不平顺复合值y - 方向不平顺值h - 水平不平顺值2、轨道轨向、水平逆相位复合不平顺对行车安全指标的影响我们直接引用西南交通大学翟婉明教授著车辆轨道耦合动力学对此项病害的计算结果（见表1）。需要说明的是，这里选用的是一个波长为10米的方向不平顺，对应波长为12.5米的水平不平顺的逆相位复合不平顺。表1： 轨道复合不平顺

3、对行车安全指标的影响计算方案P（kN）Q（KN）Q/PP/Pacy（g）ach（g）序号h （mm）y（mm）1010128300.240.150.100.052020156650.460.410.270.103030186780.760.640.400.114-510141480.360.270.180.085-520166720.490.490.270.106-530192790.780.690.410.107-1010154560.400.380.200.108-1020176720.480.580.290.109-1030199800.790.760.420.1010-15015848

4、0.320.430.140.1211-1510169600.410.520.210.1112-1520188790.520.680.320.1213-200174530.340.590.160.1314-2010189640.430.690.250.1515-2020203810.540.790.340.17评定标准2501001.00.60.50.7表中：h -水平不平顺值y - 方向不平顺值P - 轮轨垂向作用力Q - 轮轴横向水平力Q/P - 脱轨系数P/P -轮重减载率acy- 方向不平顺引起的水平加速度ach - 水平不平顺引起的水平加速度从表中可以看出，对轨道水平和方向逆相位复合不

5、平顺安全限值起主控作用的动力学系数是轮重减载率，将轮重减载率静态指标控制为0.60，准静态指标控制为0.65，动态指标控制为0.80，脱轨系数动态指标控制为0.80。线路静态检查时轮重减载率超出0.60，动态超过0.08应及时整治线路设备。按照轨道方向复合不平顺公式1，查表1，轮重减载率0.59对应的数据，只要满足y =y1.4 h28mm，就可以保证轮重减载率 P/P 0.6的安全条件。因此，y =y1.4 h28mm为轨道复合不平顺的安全控制准则。3、水平加速度复合、列车在轨向不良的直线段上运行时，会产生离心力，由于直线段未设置超高，使得列车产生了未被平衡离心力及水平加速度a：a = v2

6、 K式中：V为列车运行速度K为曲率1/R直线方向不良线形接近于圆形，按照10米弦测量，得到水平加速度与未被平衡超高关系为a = h / 153，即1.53mm的超高值产生0.01m/s2的离心加速度。、当轨向与水平逆相位复合不平顺叠加时，引起的水平振动加速度值最大，此时的水平加速度为a，则a = al + a2式中 a1水平不平顺引起的水平加速度。 a2轨向不平顺引起的水平加速度； 根据a = h153，得a = hl153 + h2153= (h1+h2)153 = h153式中 h = h1 + h2，称为相当水平不平顺复合总量。 h1水平不平顺值 h2轨向不平顺引起的相当水平值当列车通过

7、轨向不平顺的区段时，车体会倾向不平顺方向一侧，从而该侧车辆弹簧压缩而相当于增加了未被平衡离心力，轨检车在动态检测中测得的水平加速度也包含这个数值。a实 =（ 1+）a = 1.2 a式中：-弹簧附加系数，=0.2轨向与水平逆相位复合不平顺产生的水平加速度实值为： a实 = 1.2 h153 = 1.2(h1+h2)153 = (h1+h2)128 例如：列车运行速度为200 kmh的直线区段，采用10米弦量存在5 mm轨向不平顺，6mm水平不平顺, 计算由此产生的水平加速度值： 直线上存在轨向5 mm不平顺，计算时采用圆形作为轨向不平顺的线形(见图2)。f = 5mm，l = 10000/2

8、= 5000mmR = l2 / 2f =50002 / 2*5 = 2500000mm = 2500m 式中 f轨向(mm) l半弦长(mm) R曲线半径。 图2 轨向测算原理 当 = 200km/m时，有 h 2 = 11.8v2 / R= 11.8×200225002 = 0.07552m75 mm a = a1+a2 = (h1+h2)128 = (75+6)128 = 0.63m/s2 = 0.063 g即列车速度为200Km/h时，直线区段有轨向5mm,水平6mm的复合不平顺，会产生0.063g的水平加速度，相当于存在8.1mm的未被平衡欠超高。4、加强轨道复合不平顺的控

9、制 要控制水平加速度出分，必须对轨向与水平逆相位复合不平顺加以关注，在直线地段要注意轨向不良是否存在逆相位水平不平顺，在曲线地段要注意是否存在欠超高。铁路线路修理规则和既有线提速200250Km/h线桥设备维修规则中规定，车体I-IV级横向加速度轨道动态几何尺寸容许偏差管理值分别为0.06g、0.10g、0.15g、0.20 g；轨向、水平轨道静态几何尺寸容许偏差管理值如表2所示。表2 静态几何尺寸容许偏差管理值 项目250kmhmax>200kmh正线200kmhmax>160kmh正线160kmhmax>120kmh正线max120kmh正线及到发线其他站线作业验收经常保

10、养临时补修限速标准作业验收经常保养临时补修作业验收经常保养临时补修作业验收经常保养临时补修作业验收经常保养临时补修轨距(mm)+2-2+4-2+6-4+8-6+2-2+4-2+6-4+4-2+6-4+8-4+6-2+7-4+9-4+6-2+9-4+10-4水平(mm)3581035846846105811高低(mm)358113584684610581l轨向(直线) (mm) 347934746846105811三角坑(扭曲) (mm)缓和曲线3468346456457578直线和圆曲线34683464684695810以V=200 kmh为例，水平加速度三级管理值为 a = 0.15g =

11、1.47 ms2 a = (hl+h2)128 h = h1+h2 = 128×a = 128×1.47 = 188 mm 查表，水平临时补修静态管理值为8 mm，考虑02 mm弹性下沉量，则h1 = 8-10mm，计算取h1 = 10 mm，则 h2 = 188一l0 = 178 mm 由h = 23.62×f / l2得 f = 50002 h（23.6×2002 ） 5mm考虑02 mm轨道弹性挤开量，对应的轨向控制值为5-3 mm，取3 mm。即V=200 kmh时，若要控制车辆水平加速度小于III级超限，此地段水平不大于8mm,轨向不能大于3m

12、m。对于每一处这种类型的病害，都可以采用上述方法计算出轨向、水平最大允许偏差值，作为控制线路设备质量的依据，也是线路病害整治后几何尺寸不良的底线。同样道理，我们还可以计算出II级超限的轨向、水平值，更好地卡控线路设备质量。5、轨向、水平逆向位复合病害的整治措施轨向、水平逆向位复合不平顺容易引起机车车辆水平力、水平加速度增大，导致脱轨的危险。工务工作人员现场静态检查时，不仅要检查轨面几何尺寸，还要检查钢轨侧磨、钢轨硬弯，道床板结、翻浆，轨枕失效、扣件扣压力不足，吊板、暗坑等病害。同一处所检查是否存在水平与方向逆相位复合不平顺；检查曲线时，除了用10 m弦检查外，必要时还要破点检查；同时要检查曲线

13、两头直线段的方向是否良好，缓和曲线、圆曲线正矢连续差是否太大等。 工务人员应坚持“治病治根，综合治理”的原则，严格按标准化作业，综合整治线路病害，并坚持作业后回检制度，同时注意观察列车通过时轨面动态变化情况。对于轨向、水平逆向位复合不平顺具体整治方法为：1、打开轨检车振幅图或现场检查资料，按上述方法计算出水平（超高）、轨向（曲线正矢）的最大允许值，到现场标注在轨腰上。2、按绳正法将直线拨直或将曲线按规定拨圆顺。3、必要时采用全站仪打直直线方向，计算出曲线拨量，打桩拨道，彻底消灭曲线欠超高和反正矢。4、适当起道，整平线路，必要时起成一侧水平。 5、作业回检，曲线上破点检查正矢。 二、轨向、水平顺

14、相位复合不平顺当存在轨道方向不平顺引起的车辆横向力与轨道水平不平顺引起的车辆横向力作用相反时（如图3所示：方向为负，水平为负），为轨道顺相位复合不平顺。列车经过时，因水平引起的垂向力与方向引起的垂向力部分复合抵消，方向引起的横向力与水平引起的横向力部分复合抵消，列车通过时晃动幅度小，对运行安全威胁不大，不容易引起重视，但轨道几何尺寸上存在水平和图3 轨向与水平顺相位复合不平顺示意图轨向不平顺。此类病害具有隐蔽性，人工添乘、车载添乘仪和便携添乘仪都不易发现，只有在静态检查或查看轨检车振幅图时才能发现。所以，轨道顺相位复合不平顺处所应引起我们高度重视，防止线路设备突发病害危及行车安全。病害的整治措施：1、将直线线路拨直或将曲线按规定拨圆顺。2、适当落道，整平线路。三、连续几何尺寸复合不平顺对于明显存在的三波及以上的周期性不平顺，具有谐波振动的特点，产生共振后，加剧列车蛇形运动、沉浮振动、支承轮减载，使车辆横向水平力或垂向力增大，即使轨检车检测到的病害峰值并