高速铁路有砟轨道施工技术总结

I高速铁路有砟轨道目录HYPERLINK\l"_Toc233640829"1．高速铁路基基本概念1HYPERLINK\l"_Toc233640830"1.1高速铁铁路基本特征征1HYPERLINK\l"_Toc233640831"1.1.1三三大支柱1HYPERLINK\l"_Toc233640832"1.1.2三三大要素1HYPERLINK\l"_Toc233640833"1.2铁路运运输速度的时时代背景1HYPERLINK\l"_Toc233640834"1.2.1速速度的时间性性与相对性11HYPERLINK\l"_Toc233640835"1.2.2铁铁路运输高速速化的历程11HYPERLINK\l"_Toc233640836"1.2.3粘粘着铁路的极极限速度2HYPERLINK\l"_Toc233640837"1.3铁路运运输速度提高高的目的与目目标3HYPERLINK\l"_Toc233640838"1.3.1速速度提高的目目的3HYPERLINK\l"_Toc233640839"1.3.2提提高旅行速度度的目标4HYPERLINK\l"_Toc233640840"1.4铁路与与公路和航空空竞争时需要要达到的速度度5HYPERLINK\l"_Toc233640841"1.4.1可可竞争的旅行行时间5HYPERLINK\l"_Toc233640842"1.4.2三方方旅行时间的的比较5HYPERLINK\l"_Toc233640843"1.4.3铁铁路可竞争的的速度分析55HYPERLINK\l"_Toc233640844"1.5高速铁铁路运输模式式与速度目标标值7HYPERLINK\l"_Toc233640845"1.5.1运运输模式7HYPERLINK\l"_Toc233640846"1.5.2速速度目标值88HYPERLINK\l"_Toc233640847"1.6高速轨轨道四大基本本性能9HYPERLINK\l"_Toc233640848"1.6.1所所谓高平顺性性9HYPERLINK\l"_Toc233640849"1.6.2所所谓高稳定性性9HYPERLINK\l"_Toc233640850"1.6.3所所谓高可靠性性9HYPERLINK\l"_Toc233640851"1.6.4所所谓高耐久性性9HYPERLINK\l"_Toc233640852"1.7高速轨轨道结构选型型9HYPERLINK\l"_Toc233640853"1.7.1有有砟与无砟之之争9HYPERLINK\l"_Toc233640854"1.7.2关关于高速轨道道的稳定性99HYPERLINK\l"_Toc233640855"1.7.3关关于高速轨道道的经济性110HYPERLINK\l"_Toc233640856"1.7.4日日德法高速轨轨道铺设业绩绩10HYPERLINK\l"_Toc233640857"1.7.5两两种轨道的综综合评价122HYPERLINK\l"_Toc233640858"2．我国和谐号号CRH型动车组概概述14HYPERLINK\l"_Toc233640859"2.1何谓动动车组14HYPERLINK\l"_Toc233640860"2.2动车组组编组及运用用条件14HYPERLINK\l"_Toc233640861"2.3动车组组基本组成114HYPERLINK\l"_Toc233640862"2.4弹簧装装置16HYPERLINK\l"_Toc233640863"2.5轮对116HYPERLINK\l"_Toc233640864"2.6动车组组车辆主要技技术参数188HYPERLINK\l"_Toc233640865"3．高速轨道轮轮轨低动力作作用技术199HYPERLINK\l"_Toc233640866"3.1车辆与与轨道相互作作用问题199HYPERLINK\l"_Toc233640867"3.2高速轨轨道上的轮载载波动20HYPERLINK\l"_Toc233640868"3.2.1轮轮载波动的地地点20HYPERLINK\l"_Toc233640869"3.2.2轮轮载波动的理理论分析200HYPERLINK\l"_Toc233640870"3.2.3轮轮载波动对轨轨道状态变化化的评估211HYPERLINK\l"_Toc233640871"3.2.4轮轮载波动的原原因22HYPERLINK\l"_Toc233640872"3.2.5轮轮载波动的抑抑制对策222HYPERLINK\l"_Toc233640873"3.3着眼于于车辆的低动动力作用技术术23HYPERLINK\l"_Toc233640874"3.3.1关关于簧下质量量的影响233HYPERLINK\l"_Toc233640875"3.3.2关关于车轮扁疤疤的影响255HYPERLINK\l"_Toc233640876"3.3.3关关于车轮不圆圆顺的影响332HYPERLINK\l"_Toc233640877"3.4着眼于于轨道的低动动力作用技术术33HYPERLINK\l"_Toc233640878"3.4.1关关于轨道几何何不平顺的影影响34HYPERLINK\l"_Toc233640879"3.4.2关关于轨道动力力不平顺的影影响35HYPERLINK\l"_Toc233640880"3.4.3关关于轨道刚度度的影响377HYPERLINK\l"_Toc233640881"4.高速有砟轨轨道技术的发发展方向411HYPERLINK\l"_Toc233640882"4.1高速有砟砟轨道结构动动力学性能仿仿真计算分析析41HYPERLINK\l"_Toc233640883"4.1.1仿仿真计算条件件41HYPERLINK\l"_Toc233640884"4.1.2车车辆簧下质量量的影响422HYPERLINK\l"_Toc233640885"4.1.3列列车速度的影影响43HYPERLINK\l"_Toc233640886"4.1.4轨轨道不平顺的的影响44HYPERLINK\l"_Toc233640887"4.1.5轨轨下胶垫刚度度的影响455HYPERLINK\l"_Toc233640888"4.1.6道道床支承刚度度的影响466HYPERLINK\l"_Toc233640889"4.1.7基基本结论477HYPERLINK\l"_Toc233640890"4.2轨道合理理刚度47HYPERLINK\l"_Toc233640891"4.2.1轨轨道刚度基本本原理47HYPERLINK\l"_Toc233640892"4.2.2轨轨道合理刚度度的判别准则则49HYPERLINK\l"_Toc233640893"4.2.3轨轨道合理刚度度仿真计算分分析49HYPERLINK\l"_Toc233640894"4.3日德法法高速有砟轨轨道的运用经经验50HYPERLINK\l"_Toc233640895"4.3.1日日本新干线有有砟轨道500HYPERLINK\l"_Toc233640896"4.3.2德德国高速线有有砟轨道500HYPERLINK\l"_Toc233640897"4.3.3法法国客运专线线有砟轨道551HYPERLINK\l"_Toc233640898"4.4高速有有砟轨道的基基本原理和技技术路线522HYPERLINK\l"_Toc233640899"4.4.1引引论52HYPERLINK\l"_Toc233640900"4.4.2增增加轨道质量量52HYPERLINK\l"_Toc233640901"4.4.3降降低轨道刚度度55HYPERLINK\l"_Toc233640902"4.4.4优优选轨道阻尼尼57HYPERLINK\l"_Toc233640903"4.4.5轨轨道动力参数数选择原则557HYPERLINK\l"_Toc233640904"4.4.6现现代有砟轨道道合理结构558HYPERLINK\l"_Toc233640905"5．高速有砟轨轨道的维修与与管理59HYPERLINK\l"_Toc233640906"5.1高速有砟砟轨道维修管管理的基本原原理59HYPERLINK\l"_Toc233640907"5.1.1高高速轨道维修修管理的时代代特征59HYPERLINK\l"_Toc233640908"5.1.2高高速轨道不平平顺维修管理理的基本概念念60HYPERLINK\l"_Toc233640909"5.1.3高高速轨道不平平顺维修管理理目标值的确确定方法611HYPERLINK\l"_Toc233640910"5.1.4轨轨道不平顺波波形特性633HYPERLINK\l"_Toc233640911"5.1.5轨轨道不平顺检检测弦长644HYPERLINK\l"_Toc233640912"5.1.6轨轨道不平顺的的评定方法665HYPERLINK\l"_Toc233640913"5.1.7未未来高速铁路路轨道形位的的检测设想668HYPERLINK\l"_Toc233640914"5.2高速轨轨道不平顺的的维修管理标标准70HYPERLINK\l"_Toc233640915"5.2.1概概述70HYPERLINK\l"_Toc233640916"5.2.2轨轨道不平顺分分级管理目标标值的确定原原则70HYPERLINK\l"_Toc233640917"5.2.3我我国高速铁路路轨道不平顺顺维修管理标标准71HYPERLINK\l"_Toc233640918"5.2.4日日本新干线轨轨道不平顺管管理标准733HYPERLINK\l"_Toc233640919"5.3轨道几几何偏差对高高速车辆运行行品质的影响响分析76HYPERLINK\l"_Toc233640920"5.3.1分分析条件766HYPERLINK\l"_Toc233640921"5.3.2轨轨道高低不平平顺的影响分分析78HYPERLINK\l"_Toc233640922"5.3.3轨轨道方向不平平顺的影响分分析78HYPERLINK\l"_Toc233640923"5.3.4轨轨道水平不平平顺的影响分分析79HYPERLINK\l"_Toc233640924"5.3.5轨轨距不平顺的的影响分析880HYPERLINK\l"_Toc233640925"5.3.6扭扭曲不平顺的的影响分析880HYPERLINK\l"_Toc233640926"5.3.7分分析结论800HYPERLINK\l"_Toc233640927"5.4轨距对对轮轨关系的的影响分析881HYPERLINK\l"_Toc233640928"5.4.1车车轮踏面等效效锥度分析881HYPERLINK\l"_Toc233640929"5.4.2轮轮缘根部磨耗耗可能性分析析81HYPERLINK\l"_Toc233640930"5.4.3铁铁道车辆运动动稳定性822HYPERLINK\l"_Toc233640931"5.4.4车车辆在直线轨轨道上蛇行失失稳时轮轨系系统动力学响响应特性833HYPERLINK\l"_Toc233640932"5.4.5车车辆在直线轨轨道上正常运运行时轮轨系系统动力学响响应特性844HYPERLINK\l"_Toc233640933"5.4.6基基本结论866HYPERLINK\l"_Toc233640934"5.5侧向风力力对曲线安全全行车的影响响分析86HYPERLINK\l"_Toc233640935"5.5.1车车辆倾覆系数数表达式866HYPERLINK\l"_Toc233640936"5.5.2曲曲线上车辆倾倾覆临界风速速表达式888HYPERLINK\l"_Toc233640937"5.5.3车车辆倾覆临界界风速的计算算88HYPERLINK\l"_Toc233640938"5.5.4我我国风力等级级标准（2009年）92HYPERLINK\l"_Toc233640939"5.5.5车车辆倾覆与列列车速度和曲曲线超高的关关系921．高速铁路基基本概念1.1高速铁铁路基本特征征1.1.1三三大支柱铁路高速化综合合反映了铁路路技术装备、工工程标准和管管理质量水平平。它需要有有：车辆的高性能化化信号转换的迅速速化轨道结构的现代代化1.1.2三三大要素快速、舒适、安安全是高速铁铁路的三大要要素。三者缺缺一，难言高高速。高速是是当代铁路运运输的必然选选择，是与其其它运输方式式（公路、航航空）竞争中中取胜的前提提。1.2铁路运运输速度的时时代背景1.2.1速速度的时间性性与相对性铁路运输速度的的高低是一个个具有时间性性和相对性的的概念。不同同的历史时期期，具有不同同的科学技术术水平，这就就形成了与该该时期相应的的速度标准。与与当时的速度度水平相比较较，就产生了了高速或低速速的概念。1825年英国国修建了世界界第一条铁路路，1830年由斯蒂文文森父子制造造的命名为“火箭号”的机车，牵牵引17t，在利物浦~曼彻斯特间间以平均速度度22km//h跑完全程，速速度之高，颇颇为轰动。这这是因为蒸汽汽机用于火车车上，比过去去马拉车在木木轨上行驶，既既跑的快又拉拉的多。在1964年以以前，铁路客客运的最高速速度达到110~1120km//h，就颇为令令人满意了；；达到140~1160km//h，就可称得得上是高速了了。1.2.2铁铁路运输高速速化的历程（1）第一代高高速1964年100月1日，一条时时速210km的日本东海海道新干线投投入运营，有有人称之为第第一代高速。（2）第二代高高速上世纪90年代代，法国、日日本、德国、意意大利、西班班牙等国铁路路已实现250~3300km//h的最高运营营速度，被称称为第二代高高速。（3）第三代高高速法国铁路于19981年2月和1989年12月用TGV动车分别创创出380kmm/h和482.44km/h的高速纪录录；日本铁路路300X系高速试验验列车于1995年9月和1996年3月也跑出了350kmm/h和443kmm/h的高速纪录录；中国铁路路高速动车组组于2008年7月在京津城城际铁路上跑跑出394kmm/h的最高速度度。因此实现现350~5500km//h的速度被认认为是第三代代高速。（4）第四代高高速至于大于5000km/h的靠轮轨粘粘着运输的第第四代高速，已已被法国铁路路TGV动车于1990年5月和2007年6月，分别在在有砟轨道上上，实现了最最高试验速度度515.33km/h和574.88km/h。因此说，铁路高高速运输是一一个具有时间间性和相对性性的概念，是是由科学技术术水平决定的的。它综合反反映了铁路技技术装备、工工程标准和管管理质量。需需要机车车辆辆、线路标准准、轨道结构构、诊断维护护和行车指挥挥的现代化。1.2.3粘粘着铁路的极极限速度（1）何谓极限限速度借助轮轨间的粘粘着作用而产产生牵引力的的铁路，可能能实现的最高高速度称为极极限速度。那么，由钢轨、轨轨枕和道床组组成的现有传传统有砟轨道道，靠轮轨摩摩擦产生牵引引力的粘着铁铁路，可能达达到的极限速速度究竟是多多少呢？曾经经是一个很有有争议的问题题。问题的实实质是，速度度的极限是由由空气阻力和和粘着条件决决定的。（2）空气阻力力与牵引力的的关系列车的空气阻力力与列车流线线型的程度有有关，并与列列车速度的平平方成正比，速速度越高空气气阻力越大。法法德的试验研研究表明，速速度达到300kmm/h时，90~955%的功率要消消耗于克服空空气阻力。轮轨粘着铁路，牵牵引力受轮轨轨粘着的限制制。而粘着力力则等于动轮轮荷载与轮轨轨间粘着系数数的乘积。粘粘着系数随行行车速度的提提高而降低，并并与轮轨材质质、表面状况况、维修质量量及动轮转动动特征等一系系列因素有关关。国外实测测表明，当速速度V≤160kmm/h时，电力机机车（或动车车组）的粘着着系数约为0.20~~0.25；而当V=2500~300kkm/h时，粘着系系数将降低到到0.05~~0.03，也就是说说，机车（或或动车组）能能产生的最大大牵引力，仅仅为其本身重重量的5%~3%。（3）轮轨粘着着极限速度由图1.2.11可见，随着着行车速度的的提高，空气气阻力急剧增增大，走行的的总阻力亦随随之增大；而而当速度提高高时，粘着系系数降低，粘粘着力亦随之之降低，牵引引力必将随粘粘着力的降低低而降低。据据此，走行阻阻力曲线与牵牵引力曲线的的交点，表示示走行阻力与与牵引力相等等，当两者相相等时，速度度就不能再提提高了，此时时交点相应的的速度即极限限速度。图1.2.1极限速度示示意图以往的研究，一一般认为粘着着铁路的极限限速度约为350kmm/h。但是，随随着机车（或或动车组）转转向架构造的的改善，交流流电机驱动的的使用，以及及轨道结构的的强化和轮轨轨材质的提高高，粘着系数数可以增大；；又随着高速速列车流线型型程度的提高高，空气阻力力也可相应减减小，如是，极极限速度也会会随着科学技技术的进步而而有所增大。法法国铁路TGV动车最高试试验速度突破破时速500km就是一个明明显地例证。1.3铁路运运输速度提高高的目的与目目标1.3.1速速度提高的目目的提高铁路运输速速度的目的，主主要有三：（1）缩短旅行行时间；（2）提高与其其它交通工具具的竞争能力力；（3）增加铁路路收入。在缩短旅行时间间中，提高速速度是一个重重要手段。毫毫无疑问，最最高速度是表表征铁路运输输形象非常重重要的标志，但但与缩短旅行行时间有直接接关系的是旅旅行速度。提提高旅行速度度才是提高列列车速度的真真正目的，也也只有提高旅旅行速度才能能对旅客有吸吸引力，经济济效益才会显显著。我国铁路实施的的既有线六次次大面积提速速至200~2250km//h，以及大规规模修建250~3350km//h高速新线的的举措，业已已显示出速度度提高带来的的良好综合效效应。这是一一项明智之举举。应当指出，速度度的提高受到到经济（商业业、供电）、技技术（移动设设备、固定设设备）及环保保（振动噪声声）等方面问问题的制约，应应全面综合考考虑。1.3.2提提高旅行速度度的目标（1）理想目标标人类的基本要求求是在尽可能能广泛的范围围内相互接触触。对现代人人而言，如何何对待旅行时时间呢？瑞士士泰尔研究所所布莱顿博士士阐述了旅行行距离和期望望速度之间的的关系。布莱顿认为，根根据当前运输输水平，对于于现代人来说说，旅行距离离扩大10倍，所消耗耗的时间增加加2倍是适当的的。因此，对对于任何人，在在没有阻力的的情况下，可可以用5min走完0.4km的路程。据据此，便可得得到表1.3.1和图1.3.1实线的结果果。表1.3.1布莱顿的理理想旅行速度度与旅行时间间旅行距离L（kkm）旅行速度V（kkm/h）旅行时间t(hh)0.44.80.0833334240.166666401200.3333334006000.666666图1.3.1现有技术水水平的旅行距距离与旅行速速度（2）现实目标标日本东京大学井井口教授认为为，布莱顿的的理想速度过过高。在现实实中取其一半半（即图1.3.1中的虚线），如如再考虑到等等待、换车，旅旅行速度（即即平均速度）还还要降低30%（即图1.3.1中的点划线线）。从而，便便可得到井口口给出的不同同距离的旅行行速度（表1.3.2）。可见，满满足了旅行距距离扩大10倍，旅行时时间增加2倍的基本条条件。表1.3.2井口的现实实旅行速度与与旅行时间旅行距离L（kkm）旅行速度V（kkm/h）旅行时间t(hh)100801.253001601.8755002502.010004002.51.4铁路与与公路和航空空竞争时需要要达到的速度度1.4.1可可竞争的旅行行时间火车与汽车和飞飞机相比较，具具有不同的属属性，它们之之间的竞争关关系不能单纯纯地取决于速速度。至少可以这样认认为，包括等等待、换车在在内的旅行时时间比对方长长的话，在竞竞争中将处于于明显的不利利地位。1.4.2三方方旅行时间的的比较图1.4.1给给出了各种铁铁路速度与飞飞机、汽车的的旅行距离和和旅行时间的的关系。一般认为：1）乘坐飞机时时，等待、换换机和办理搭搭乘手续等需需要90min，平均飞行行速度（包括括起飞和着陆陆时间）为600kmm/h。2）利用汽车时时，汽车在高高速公路上的的平均速度（包包括一般公路路）为80km//h。3）对于铁路，乘乘火车时等待待、换车时间间为30min。1.4.3铁铁路可竞争的的速度分析从图1.4.11中可以看出出：1）在近距离（200km以内）时，如如果铁路的平平均速度达不不到120kmm/h，则无法和和汽车竞争。2008年8月月1日正式通车车运营的京津津城际铁路（无无砟轨道）和和合武铁路（有有砟轨道），最最高商业运营营速度分别达达到350kmm/h和250kmm/h，平均旅行行速度分别达达到250km和200kmm/h。特别是京京津城际高速速铁路创造了了世界之最，大大大缩短了京京津间时空距距离，形成了了“同城效应”。使两地区区的客流大量量流向了铁路路，引起公交交业界的严重重关切。2）在中距离（500~6600km）和长距离离（1000~~1500kkm）时，如果果铁路的平均均速度达不到到250kmm/h和350kmm/h及以上，将将会输给飞机机。正在修建中的京京沪高速铁路路，线路全长长1300kkm，旅行时间间拟4h到达，这样样，旅行速度度和最高速度度将分别达到到330kmm/h和380kmm/h。如是，将将必然取代乘乘坐飞机出行行。图1.4.1三方旅行时时间的比较PAGE911.5高速铁铁路运输模式式与速度目标标值1.5.1运运输模式铁路高速运输是是一个庞大的的系统工程。自自从1983年在前西德德慕尼黑举行行国际高速地地面运输专题题讨论会以来来，各个国家家都在根据各各自的具体条条件，确定本本国发展高速速运输的计划划，企图以最最优的方式满满足缩短旅行行时间的需求求。因此，出出现了多种多多样的铁路高高速运输模式式。归纳起来来，大致有下下列几种模式式。即（1）全高速客客运专线以客运为主的行行驶快速旅客客列车的高速速线路。如日日本的新干线线，法国和比比利时的高速速线，德国的的科隆~法兰克福和和汉诺威~柏林高速线线，以及我国国已建成或正正在修建中的的京津、京沪沪、京广、哈哈大、郑西、广广珠、广深港港等高速线和和城际轨道交交通均属于客客运专线。（2）高中速共共线客运专线线以高速（3000~350kkm/h）和传统中中速（200~2250km//h）客运共线线运行的线路路。这一模式式包括西班牙牙、比利时和和荷兰，以及及我国的某些些高中速共线线运行的线路路。（3）客货混运运线路以客运高速（2200~2550km/hh）、货运低低速（120~1160km//h）客货混运运为主的线路路。如意大利利和德国是这这种情况，西西班牙、法国国和英国将来来建成的某些些线路也是如如此。我国铁路则与此此有所不同。已已建成和正在在修建中的合合宁、合武、石石太、甬台温温、温福和福福厦等新线（有有砟轨道为主主），均属于于初期兼顾货货运的客运专专线。这里应当指出，运运输模式的确确定非常重要要。因为它对对于线路、轨轨道、最大允允许轴重、运运营及维修的的条件和设备备具有直接和和根本的后果果。客货混跑运输不不仅会造成运运能问题，列列车调度困难难，而且也难难以找到一个个超高值能同同时满足高、低低速两方面的的要求，欠过过超高受限。同同时，线路轨轨道的破坏主主要是由大轴轴重车辆造成成的。研究表表明，钢轨的的伤损率和轨轨道几何形位位的变化率分分别与轴重的的3次方和2次方成比例例。这一结论论一再被国内内外铁路的运运营实践所证证实。因此说，修建高高速客运专线线显然是明智智之举。这里里还有一个非非常重要的，又又常被人们忘忘记的原因是是：高速客运运专线可以节节约大量能源源。从动能效效应方面来看看，“速度可以吃吃掉重力”。因为动能能与速度的平平方成正比，当当速度下降时时，储存的能能量可以发挥挥作用。此外外，高速还可可减少旅行时时间、服务旅旅客的开支，以以及相应减少少车辆数量及及其维护费用用。1.5.2速速度目标值（1）问题的重重要性高速铁路速度目目标值的确定定是有关将来来铁路发展的的极其重要的的技术指标。因因为铁路线路路的线形（即即平纵断面）技技术标准必须须与其速度目目标值相适应应。作为固定定设备的铁路路轨道的使用用期限特别久久远，一旦修修建完成，如如若再行改建建，就要花费费大量的资金金，对于无砟砟轨道来说尤尤其如此。因因此，速度目目标值在规划划阶段就应慎慎重加以研究究。（2）最佳速度度所谓最佳速度是是指铁路运营营的既经济合合理又能盈利利的客运最高高速度。增大大最高速度，一一方面可以缩缩短旅行时间间，吸引更多多客流，增加加运营收入；；另一方面，由由于建筑标准准要提高，技技术装备要先先进，又会使使铁路投资增增大，同时，在在运营中对轨轨道和机辆的的维护质量要要提高，并且且大量的能量量消耗于空气气阻力，它又又必然使运营营费增加，运运输成本提高高。显然，这这里存在一个个最佳速度即即经济速度的的问题。最佳佳速度对各个个国家拟定其其高速铁路的的最高时速有有指导作用，一一般最高速度度都要略高于于经济速度。（3）速度目标标值——就客运专线线而言最佳速度目标值值，各国根据据本国的具体体情况，研究究结果大体接接近。1）日本2270~3000km/hh2）法国2280~3000km/hh3）德国2270~3000km/hh4）UIC300kkm/h5）中国2250~3550km/hh——就客货共线线而言1）动车组200~~250kmm/h2）普通机车车车辆1600~200kkm/h——就轮轨系统统铁路运输而而言1）新建高速线线2500~350kkm/h2）既有线改造造2000~250kkm/h这里应当指出，最最有实际意义义的是旅行速速度，而不是是最高速度。修修建高速新线线或改造既有有线开行高速速列车，最终终必须以技术术经济指标为为依据。这是是日、德、法法等国已有高高速铁路运输输的共同经验验，也是我国国高速铁路所所追求的。1.6高速轨轨道四大基本本性能高速铁路究竟应应采用哪种轨轨道结构，是是有砟轨道还还是无砟轨道道？为适应高高速铁路运输输的快速、舒舒适、安全三三大要素，无无论是选用哪哪种轨道类型型，都应具备备高平顺性、高高稳定性、高高可靠性和高高耐久性四大大基本性能。1.6.1所所谓高平顺性性就轮轨系统运输输而言，高速速轨道上存在在着几何不平平顺和动力不不平顺，以及及短波不平顺顺和长波不平平顺两大类不不平顺问题。这这种不平顺反反过来对其行行车平稳性、舒舒适性和安全全性的影响均均随行车速度度的提高而显显著增大。加强对各种轨道道不平顺的管管理，在高速速轨道特别是是有砟轨道中中尤为重要。为为此，高速轨轨道必须实现现无缝化、平平顺化、高精精度化和维护护管理的现代代化。1.6.2所所谓高稳定性性主要是指轨道结结构的重型化化，轨道部件件的高精度化化，轨道刚度度的合理化与与均匀化。1.6.3所所谓高可靠性性主要是指轨道强强度足够，轨轨道弹性合理理，轨道部件件的长效性和和完好性，轨轨下基础的稳稳固性和长久久性。1.6.4所所谓高耐久性性主要是指轨道结结构维护少、寿寿命长、成本本低。若真正能实现高高速轨道应具具备的四大基基本性能，不不下一番苦功功夫是不行的的。设计、制制造、安装、铺铺设、维护、管管理等各方，必必须各施其责责，一丝不苟苟，同心协力力做到精心设设计、精心施施工、精心维维护。这里，“认真”二字必须时时刻牢记在心心。1.7高速轨轨道结构选型型1.7.1有有砟与无砟之之争有关高速铁路究究竟是采用传传统有砟轨道道还是新型无无砟轨道，长长期以来，国国内外铁路业业者一直存在在着看法不一一，观点不同同，几乎形成成了某些成见见，甚至政治治介入。那么，争论的焦焦点是什么，概概况起来说，主主要是在有关关高速轨道的的稳定性和经经济性两大问问题上。1.7.2关关于高速轨道道的稳定性在评价轨道结构构的质量时，最最重要的一点点是在新线建建设中所建造造的高精度轨轨道几何质量量，在高速运运营荷载反复复作用下能否否长久保持。有砟轨道弹性好好，成本低，便便于维修、调调整和更新，通通过强化和改改进能够适应应速度提高到到300kmm/h及以上的运运营要求。但但有砟轨道在在新建时达到到的高质量几几何状态，往往往随着高速速列车荷载（特特别是客货共共线货运大轴轴重）的反复复作用下，其其高低和轨向向等几何形位位会迅速恶化化，难以持久久地保持其经经常处于良好好状态。为此此，不得不靠靠定期进行轨轨道维修才能能得以恢复。如如此反复，轨轨道几何形位位的持久性则则一次次下降降，影响轨道道质量和行车车品质。而无砟轨道在这这方面却具有有决定性的优优势。它能持持久地保持轨轨道几何形位位，稳定性高高，维修很少少。但它的建建设成本高，振振动噪声大，弹弹性差，一经经建成改建很很难，一旦线线下基础发生生变形整治也也很难。1.7.3关关于高速轨道道的经济性所谓轨道的经济济性问题，原原则上应根据据有砟与无砟砟两种轨道结结构的工程投投资和维修费费用，在使用用寿命期限内内，通过经济济计算综合比比较后才能得得出结论。但但遗憾的是，目目前在世界范范围内尚无此此结论，缺少少有根有据的的分析。现有的经验表明明，从工程投投资上来看，日日本板式轨道道的建设成本本为有砟轨道道的1.3~11.5倍；德国无无砟轨道为1.5~11.75倍；西班牙牙估算为2倍。而从维维修成本上来来看，大都认认为是有砟轨轨道的1/2~11/3。但如果据据此就下结论论说无砟轨道道的寿命成本本大大低于有有砟轨道，还还为时尚早，毕毕竟假定60年使用寿命命尚未被高速速运营实践所所证实。此外，有砟与无无砟轨道的经经济性问题，不不仅仅局限于于对轨道寿命命周期成本的的评估，还应应对诸如轨道道设备、减振振降噪对策、线线路运输效率率、维修对正正常运营的干干扰、可能的的施工缺陷，以以及水灾、冻冻害、震灾、脱脱轨等灾害对对寿命周期成成本的影响，这这些不确定因因素，难以定定量化。1.7.4日日德法高速轨轨道铺设业绩绩世界高速铁路发发展至今已近近50年的历程，轨轨道总延长约约7000kkm（不含中国国）。高速轨轨道主要有有有砟（占75%）和无砟（占占25%）两种结构构类型，实践践表明，两种种类型轨道都都能适应高速速运输的要求求。由于各国国的国情、社社会、人文、地地理、气候、地地质、地形等等条件各不相相同，各有各各的选择，无无可厚非。下面简要介绍日日本、德国和和法国铁路高高速轨道的铺铺设业绩。（1）日本新干干线轨道日本早期（19964~19972年）建成并并运营的东海海道和山阳以以东新干线，属属于有砟轨道道客运专线，线线路延长680km，运营速度220kmm/h，轴重160kN。运营不到10年，由于轨轨道破坏太快快，如不进行行大修，就难难以保持符合合高速运输性性能要求的轨轨道质量状态态。在未维修修之前，曾不不得不降低行行车速度。基于这些惨痛的的教训，为实实现高速轨道道的少维修化化和适应新干干线的进一步步高速化，又又鉴于新干线线桥隧工程所所占比例很高高（85%以上），故故从1975~~2004年修建的山山阳以西、上上越、东北、北北陆和九洲等等新干线，线线路延长1511kkm，其中有砟砟轨道占15%，板式无砟砟轨道占85%，其铺设业业绩见表1.7.1。日本新干线早期期铺设的有砟砟轨道（特别别是在高架桥桥上）道床残残变积累速率率太快，主要要是由于轨道道结构薄弱和和轨道刚度偏偏大所致。板板式无砟轨道道铺设至今已已有近40年的运营经经验，应当说说总体评价是是成功的。然然而也有引人人注意和思考考的问题。如如板下CAM填充垫层基基本不起弹性性作用，目前前尚未找到替替代材料；减减振降噪成效效并不显著，也也还存在成本本和寿命等问问题；迄今板板式道岔尚无无成功范例。表1.7.1日本新干线线轨道铺设业业绩线路名称区间开通日期线路全长（km）桥隧比例(%%)有砟轨道无砟轨道延长（km）比例（%）延长（km）比例（%）东海道东京～新大阪1964.1005164651610000山阳以东新大阪～冈山1972.3164931569585山阳以西冈山～博多1975.3398851253127369上越大宫～新泻1982.1112709915625594东北东京～盛冈盛冈～八户1991.6501954810453902002.12293229198北陆高崎～长野1997.10012488191510585九洲新八代～鹿儿岛岛2004.31288912911691合计1964~197268067299811975~2004151422115129385（2）德国ICCE高速轨道德国早期（19970~19991年）修建的的汉诺威~维尔茨堡和和曼海姆~斯图加特两两条高速新线线，属于有砟砟轨道客货共共线铁路，线线路延长432km，运营速度250kmm/h，轴重190kN。运营实践践表明，通过过总重接近200Mt时，桥上道道砟损坏严重重，不得不更更换道床碎石石，并且，还还必需定期进进行钢轨打磨磨，这主要是是由于客货混混运和道床稳稳定性差所致致。德国铁路真正成成区段铺设无无砟轨道是在在1998年以后，是是以修建高速速客运专线为为契机，目的的是为实现轨轨道少维修和和验证无砟轨轨道的经济性性。在1998~22006年期间修建建的汉诺威~柏林（时速250km）、科隆~法兰克福（时时速300km）和纽伦堡~英戈尔施塔塔特（时速350km）三条高速速线均属于客客运专线，线线路延长530km，轴重170kN，有砟轨道道分别占66%、12%和16%，而无砟轨轨道分别占34%、88%和84%，其铺设业业绩见表1.7.2。表1.7.2德国高速线线轨道铺设业业绩线路名称开通日期线路全长（km）工程比例（％）有砟轨道无砟轨道路基桥梁隧道延长（km）比例（％）延长（km）比例（％）汉诺威～维尔茨茨堡1986.63273209872曼海姆～斯图加加特19911051039822柏林～汉诺威199826456935174669034科隆～法兰克福福200217747647221215588纽伦堡～英戈尔施塔特20068914167584合计1986~1999143242398921998~2000653021040320602002~20006266361423086德国高速客运专专线铺设无砟砟轨道至今不不过10年光景。它它是基于对公公路工程的认认识，把有砟砟轨道的灵活活性和无砟轨轨道的少维修修性结合起来来作为基本理理念。运营实实践表明，无无砟轨道变形形小，稳定性性高，维修工工作少。但混混凝土道床和和水硬性混凝凝土支承层出出现裂缝是其其不可避免的的一种客观现现象，主要是是由于结构连连续、温度力力作用所致。至至于其经济性性，除隧道以以外，尚未被被确认。（3）法国TGGV高速线轨道道与日本、德国两两国铁路不同同，法铁认为为有砟轨道也也能适应200kmm/h及以上的高高速运行。众众所周知，法法国铁路已在在有砟轨道上上用TGV高速动车组组跑出574.88km/h的世界最高高试验速度。而而无砟轨道不不仅建设费用用高，噪声也也大，故TGV高速客运专专线以有砟轨轨道为主，仅仅在长大隧道道内铺设STEDEEF型双块式无无砟轨道。法国东南线（巴巴黎~里昂）、大大西洋线（巴巴黎~勒芒/图尔）有砟砟轨道客运专专线，运营速速度300kmm/h，轴重170kN，通过总重40Mt(约2年)时，就不得得不进行一次次全面大修；；钢轨使用寿寿命相当于正正常使用的40%，还要定期期对钢轨进行行打磨，否则则就要增加维维修工作量；；通过总重达达到250~3300Mt时，就要对对道砟进行更更换，道砟使使用期限仅为为客货共线的的25%。可见，问问题仍然出现现在列车高速速化和道床稳稳定性上。1.7.5两两种轨道的综综合评价通过以上对高速速铁路有砟或或无砟两种轨轨道结构使用用经验的初分分析，可见各各有其特点，其其性能综合评评价见表1.7.3。表1.7.3两种轨道性性能的综合评评价性能有砟轨道无砟轨道几何形位难以维持持久保持平纵断面参数选线自由度小选线自由度大改建较易很难运输能力较低较高承载能力较低较高轨道弹性较优较差基础变形调整容易整治困难环境条件减振降噪处理易易减振降噪处理难难建筑限界高度较高较低工程投资较低较高维护费用较大很少使用寿命30年60年至于高速轨道结结构的选型，应应根据线路速速度等级和线线下工程条件件，经技术经经济比较后选选择。除法国国铁路外，一一般认为：——V≤2000km/h以有砟轨道道为主——V≥2500km/h优选无砟轨轨道——V≥3000km/h以无砟轨道道为主并且，不同类型型轨道结构应应集中成段铺铺设，有砟轨轨道与无砟轨轨道之间应设设置过渡段。2．我国和谐号号CRH型动车组概概述以下简要介绍我我国铁路CRH型动车组的的基本组成及及技术性能。了了解这些与轨轨道直接有关关的内容，对对深入认识和和把握车辆与与轨道的相互互作用关系是是必不可少的的。2.1何谓动动车组由若干带动力的的车辆（动车车或称M车）和不带带动力的车辆辆（拖车或称称T车）组成的的，两端均可可操纵控制的的，动力分散散式固定编组组或两列联挂挂运行的一组组列车。2.2动车组组编组及运用用条件根据铁道部关于于《时速200和300公里动车组组主要技术条条件》（2006年6月16日）的通知知，动车组编编组及适应的的气温条件如如下：（1）动车组编编组CRH1速度200等级5MM4TCRH2速度200等级4MM4T速度300等级级6MM2TCRH3速度300等级4MM4TCRH5速度250等级5MM3T（2）环境气温温适应条件CRH1－40℃～＋40℃CRH2－25℃～＋40℃CRH3－25℃～＋40℃CRH5－25℃～＋40℃2.3动车组组基本组成一般动车组由车车体、转向架架、牵引传动动及控制系统统、制动装置置、车端连接接装置、受流流装置、车辆辆内部设备及及驾驶室设备备和列车控制制网络信息系系统等八个部部分组成（见见图2.3.1）。——车体。它由由底架、端墙墙、侧墙和车车顶等组成，采采用整体承载载的钢结构或或轻金属结构构。它是容纳纳乘客和司机机驾驶的地方方，又是安装装与连接其他他设备及部件件的基础和骨骨架。图2.3.1动车组基本本组成——转向架。转转向架位于车车辆的最下部部，一般由构构架、弹簧悬悬挂装置、轮轮对轴箱装置置和基础制动动装置等组成成。而在动力力转向架上还还装有驱动装装置（包括牵牵引电动机和和传动齿轮）。其其功能是：承承载、转向、平平稳（减振）和和制动。位于车体与轨道道之间的转向向架，它牵引引（动力转向向架）和引导导车辆沿轨道道上行驶，并并承受和传递递来自车体及及轨道的各种种载荷，同时时缓和其他动动力作用，是是保证动车组组车辆运行品品质的关键部部件。——牵引传动及及控制系统。其其主要功能是是实现电能有有效传递和转转换及控制列列车正常运行行。——制动装置。它它是保证列车车安全运行所所必不可少的的装置。通常常是以再生制制动方式产生生一定的制动动力，使列车车在规定的距距离或时间内内减速或停车车。铁道部《通知》中中规定，动车车组在平直轨轨道上紧急制制动时的制动动距离应满足足下列指标：：●制动初速为为300kmm/h时≤3700mm●制动初速为为200kmm/h时≤2000mm●制动初速为为160kmm/h时≤1400mm——车端连接装装置（即车钩钩或绞接装置置）。它的功功能是连接车车辆成列及缓缓和纵向冲击击作用。铁道部《通知》中中关于车钩的的高度见表2.3.1。表2.3.1车钩高度（mm）位置CRH1CRH2CRH3CRH5中部94010001000950端部8808801050（过渡渡钩）——受流装置。它它是从接触导导线（接触网网）将电流引引入动车的装装置。我国客客运专线全部部采用单相交交流AC25kkV，50Hz。最高电压压速度200等级和300等级分别为31kV和29kV。接触导线线高度为5300～6500mmm，变化率＜3‰，接触网跨跨距一般为60m，最大≤65m。线路轨道设地面面点式信号设设施为动车组组提供过分相相位置信号，速速度200等级和300等级分别采采用地面传感感器和点时应应答器。——车辆内部设设备和驾驶室室设备。它的的主要功能是是保证乘客乘乘坐安全舒适适和车辆运行行平稳。——列车控制网网络信息系统统。它的主要要功能是对整整个列车的牵牵引、制动和和车内所有设设备进行控制制、监测和诊诊断。2.4弹簧装装置动车组车辆在构构架与轴箱之之间设有一系系钢弹簧悬挂挂装置，在构构架与车体之之间设有二系系空气弹簧悬悬挂装置。采采用两系弹簧簧悬挂主要是是为改善动车车组车辆运行行的平稳性和和减轻对轨道道的动作用力力。弹簧装置的主要要功能是：1）将车体和构构架的载荷分分配给各个车车轴，使所分分配的轴载荷荷，在车轮行行经轨道不平平顺处所时，不不致发生过大大的轮载波动动，这里，簧簧下质量的大大小起着至关关重要的作用用。2）缓和冲击，使使运行平稳。3）改善车辆横横向运动性能能和曲线通过过性能。2.5轮对轮对是动车组车车辆走行部分分的基本部件件，它由一根根车轴和两个个整体车轮（无无轮心和轮箍箍之分）组成成（图2.5.1）。并区分分有安装齿轮轮箱装置的动动力轮对（M轮对）和安安装两套制动动轴盘的拖车车轮对（T轮对）。图2.5.1轮对组成轮对的主要功能能是承受全部部载荷和冲击击、与钢轨粘粘着产生牵引引力或制动力力、引导车辆辆前进。车轮与钢轨接触触的面称车轮轮踏面。车轮轮踏面又有锥锥形（TB）（见图2.5.2）和磨耗形形（LM）（见图2.5.3）之分。为为防止车轮脱脱轨，在踏面面内侧设有轮轮缘。锥形踏面轮缘高高度25mm，厚度32mm，最小23mm，轮缘角25°，而磨耗形形踏面轮缘高高度27.7mmm，厚度32mm，最小23mm。图2.5.2标准锥形（TB）踏面外形形图2.5.3磨耗形（LM）踏面外形形此外，我国铁路路《技规》还还规定：●轮对内侧距距离：1353±±3mm●轮缘垂直磨磨耗高度≯18mm●车轮踏面擦擦伤深度≯0.7mmm●车轮踏面缺缺陷或剥离长长度≯40mm，深度≯1mm●车轮踏面磨磨耗深度：锥锥形（TB）≯7mm，磨耗形（LM）≯10mm2.6动车组组车辆主要技技术参数这里，从车辆与与轨道相互作作用的角度出出发，表2.6.1给出了与轨轨道相关的动动车组车辆性性能的主要技技术参数。表2.6.1动车组车辆辆主要技术参参数项目CRH1CRH2-2000CRH2-3000CRH3CRH5构造速度（kmm/h）200250300300200轴重（t）1614141717每轴簧下质量（t）2.052.102.102.001.95车体重心高度（mm）1540152015201582车辆定距（mmm）1900017500175001737519000固定轴距（mmm）27002500250025001435轮对内侧距（mmm）1353±31353±1轮径/磨耗极限限（mm）915860/7900860/7900920890/8100车体长度（m）26.624.524.525.525.0车体高度（m）2.782.702.703.893.00地板面高度（mm）1.251.301.301.261.27车体风压中心高高度(m)2.542.352.352.77转向架重心高度度（m）0.5200.5100.5100.484最小通过曲线半半径（m）编组145180180250145单车1001301301501003．高速轨道轮轮轨低动力作作用技术本章主要是以车车辆与轨道相相互作用问题题为主线，抓抓住车辆和轨轨道两方面各各自一些常见见的，诸如部部件伤损、失失效等状态不不良的影响，拟拟从基本原理理上着重说明明发展低动力力作用高速轨轨道技术的必必要性和有效效对策。3.1车辆与与轨道相互作作用问题车辆与轨道相互互作用到底有有一些什么问问题？——车辆与轨道道的相互作用用问题，是铁铁路既老又新新的最重要问问题，是发展展高速铁路技技术的基础和和根本。特别别是随着列车车的高速化，使使得问题更加加复杂，迫切切需要解决的的课题也多。尽尽管问题复杂杂，涉及范围围广，但回到到相互作用问问题的原点，仍仍然是起因于于车辆与轨道道，即车轮与与钢轨接触点点的作用力。——车辆与轨道道的几何学、运运动学和动力力学关系究竟竟给接触点作作用力以怎样样的影响，而而接触点作用用力又分别给给车辆和轨道道造成什么危危害，这是为为实现铁路高高速运输不能能回避而必须须解答的。轮轨相互动力作作用往往是有有害的。它是是引起车辆与与轨道系统振振动、冲击、疲疲劳、伤损的的直接根源，也也是导致轮轨轨系统状态破破坏和功能丧丧失的主要原原因。——就轨道条件件而言，存在在曲线、缓和和曲线及其超超高，纵坡及及竖曲线，轨轨距、水平、高高低、方向和和平面性等轨轨道偏差，道道岔及其几何何形位偏差，钢钢轨焊缝和钢钢轨磨耗等局局部不均匀性性，轨道的垂垂向和横向弹弹性及其不均均衡性，等等等。就车辆条件而言言，存在车轴轴平行度偏差差、轮径差、轮轮轴偏心、踏踏面扁疤和磨磨耗等几何学学的非对称性性，轮载分配配的不均、轮轮轴质量的不不平衡等质量量分布的不均均匀性，弹簧簧刚度、衰减减系数等弹簧簧装置的不均均一性，等等等。——由于上述条条件的组合，发发生导向力（左左右）和惯性性力（上下、左左右），除动动车车辆重力力（静轮载）和和粘着力外，还还发生轮载波波动附加力和和横向力。正正是由于这些些力的作用，诱诱发车辆振动动和轨道振动动。也正是由由于这些力和和振动的作用用而发生各种种相互作用问问题。归纳起起来，大致有有运行安全性性、舒适性、维维护、粘着和和噪声等五大大问题。——发生车辆与与轨道相互动动力作用问题题的主要原因因是车辆与轨轨道双方许多多复杂因素相相互作用的结结果。概括起起来说，起因因于车辆方面面的主要是自自激蛇行运动动和车轮不圆圆顺（扁疤），起起因于轨道方方面的主要是是几何的和动动力的不平顺顺。可以说，轨轨道起支配作作用，而车辆辆是被动的。——解决相互动动力作用问题题的途径，自自然是应从轨轨道和车辆两两方面寻找减减轻对策。因因为轨道不平平顺引起车辆辆振动，车辆辆振动又助长长轨道不平顺顺，从而陷于于恶性循环。相相反，良好的的轨道状态，不不仅受车辆作作用力小，也也给车辆设计计带来方便，形形成良性循环环。——高速铁路技技术的实现，寄寄希望于车辆辆与轨道的相相互适应、相相互匹配和相相互协调。为为要实现车辆辆与轨道的相相互适应、匹匹配和协调，应应着眼于车辆辆和轨道两方方面的基本参参数和运用状状态，尽可能能地降低轮轨轨相互动力作作用水平，发发展低动力作作用的高速轨轨道技术。3.2高速轨轨道上的轮载载波动3.2.1轮轮载波动的地地点高速铁路上一个个比较突出的的问题是，列列车在高速域域容易发生过过大的轮载动动力波动。根据调查，出现现过大轮载的的地点多发生生在钢轨焊缝缝低凹、轨面面上有擦伤、扣扣件扣着不良良、轨枕道床床间有空吊、道道床板结特别别是高架桥上上道床从粉化化到板结等处处所。此外，扁扁疤车轮也会会引起轮载波波动。在一个过大轮载载附近必将会会引起另一侧侧轮载减载，危危及行车安全全，影响旅客客舒适，促使使轨道伤损。因因此，控制轮轮载波动对高高速列车的平平稳运行是非非常重要的，必必须把它限制制在一定范围围内。3.2.2轮轮载波动的理理论分析轮载波动的离散散程度对轨道道状态破坏的的累进增长是是明显的。日日本和法国铁铁路的研究表表明，轮载波波动的标准偏偏差可用如下下函数式来描描述。δ（ΔP）=ff（A0.5，m00.5，（EI）0.1255，K0.3755，V）（3.2.1）据此，轮载波动动的大小，不不仅与轨道不不平顺功率谱谱系数A、每轴簧下下质量m0有关，还与与钢轨支承刚刚度K呈指数规律律递增，并随随行车速度VV的提高而增增大。图3.2.1给给出的是日本本新干线对过过大轮载与行行车速度关系系的实测结果果。由该图可可见，随着行行车速度的提提高，轮载有有增大的趋势势。当动轮载载超过静轮载载1倍时，将有有更急剧的增增长。此外，车车辆簧下质量量对轮载波动动大小的影响响也是显然的的。图3.2.1日本新干线线过大轮载实实测结果3.2.3轮轮载波动对轨轨道状态变化化的评估（1）影响系数数根据美国公路协协会（AASHO）的试验研研究，轮载波波动对轨道状状态的影响，可可用影响系数数λ来评估。据此，轮载波动动影响系数λ的表达式为为：（3..2.2）式中Pi为为轮载，Vi为变异系数数。（2）算例1）当变异系数数V=0时，λ=Pi4，则轴载影影响的计算结结果见表3.2.1。表3.2.1轴载影响计计算结果2P（t）101214161820λ=Pi4625129624014096656110000λ/6251.002.073.846.5510.5016.002）当n=1，λ/Pi4=（1+6Vi2+3Vi4）时，则不不同Vi下轮载波动动影响的计算算结果见表3.2.2。表3.2.2轮轮载波动影响响计算结果V00.050.10.150.20.250.30.350.4λ/P41.001.021.061.141.241.391.561.782.04（3）试验研究究1）轮载动力变变化随行车速速度的增加而而增大。2）当行车速度度为200kmm/h时，其标准准偏差一般是是低速时的2倍，表明轮轮载波动的离离散程度较大大。3）一般低速时时的变异系数数为0.1～0.2，时速200km时为0.2～0.4。（4）结果分析析1）由表3.22.1可知，轮载载波动对轨道道状态的影响响，当标准偏偏差为常值时时，14t轴重每通过1次，相当于18t轴重仅通过3.84//10.500=0.377次，可见轮轮载波动影响响十分明显。2）由表3.22.2可知，当轮轮载波动变异异系数从0.1增为0.2或从0.2增为0.4时，对轨道道状态变化的的影响程度，将将增加1.24//1.06==1.17倍或2.04//1.24==1.65倍。这说明明，轮载动力力波动的离散散程度，对轨轨道状态变化化的累进增长长是明显的。3.2.4轮轮载波动的原原因究其原因，引起起轮载波动的的主要原因是是，轨道短波波不平顺、轨轨道空吊、轨轨道刚度偏大大，同时，轮轮载对轨道不不平顺和轨道道状态不良的的敏感性，也也将随车辆簧簧下质量的增增加而增大。当当轨道具有一一定的弹性时时，轮重和簧簧下质量对轮轮载动力波动动值并不敏感感，对全面抑抑制轮载波动动是有效的。3.2.5轮轮载波动的抑抑制对策如要提高行车速速度，又要把把轮载波动保保持在一定可可控水平上，除除靠降低车辆辆的轮载和簧簧下质量外，主主要是改进轨轨道结构。一一是降低轨道道刚度，能全全面抑制轮载载波动；二是是减小短波轨轨道不平顺尺尺度，能抑制制特殊地点的的轮载波动。具具体来说：●采用低刚度度轨下胶垫，如如从55kN//mm降至30kN//mm，甚至20kN//mm；●在高架结构构有砟轨道上上铺设弹性轨轨枕或道砟垫垫板；●保持轨面的的平顺、光滑滑，打磨焊缝缝、打磨钢轨轨；●消除空吊板板。这样做的目的，都都是为获得低低轮轨相互动动力作用的效效果。3.3着眼于于车辆的低动动力作用技术术本节主要从与轨轨道直接有关关的车辆簧下下质量、车轮轮扁疤和车轮轮不圆等方面面，力图用最最简单直观的的方法，从物物理概念上说说明他们对轨轨道的动力影影响。3.3.1关关于簧下质量量的影响（1）簧下质量量对轮轨垂向向力的影响图3.3.1给给出了簧下质质量对轮轨垂垂向力P1、P2的影响规律律。由图3.3.1可知，随着着簧下质量的的增长，P1、P2力也呈增大大趋势，但现现今运用的高高速动车车辆辆每轴簧下质质量不过2t左右，这样样，P1力的影响大大于P2力。每轴簧下质量/t每轴簧下质量/tP/kN图3.3.1簧下质量对对轮轨垂向力力的影响P1力属于轮轨轨高频瞬态冲冲击力，其作作用很快被钢钢轨和轨枕的的惯性反作用用力所抵销，只只能引起钢轨轨轨头的伤损损破坏和混凝凝土枕的意外外损伤。因此此，尽力消除除轨面局部凹凹凸不平的短短波不平顺是是至关重要的的。P2力属于轮轨轨低频准静态态动力，它能能够充分地向向轨下基础传传递，对钢轨轨及轨枕、道道床、路基等等轨下基础结结构或部件起起破坏作用，并并直接影响到到轨道残余变变形积累、轨轨道寿命和养养护维修工作作量。（2）簧下质量量对轮轨横向向力的影响图3.3.2给给出了簧下质质量对轮轨横横向力Q的影响规律律。由图3.3.2可知，随着着簧下质量的的增大，轮轨轨间横向相互互作用力也明明显地加大。因因此，减小簧簧下质量，对对减轻轮轨横横向动态相互互作用同样具具有不可忽视视的作用。图3.3.2簧下质量对对轮轨横向力力的影响（3）簧下质量量的影响分析析为简单起见，当当车轮通过深深度为η的个别不平平顺时，因车车辆簧下质量量作用而产生生的轮轨间附附加力Pf可用下式表表示：式中m为簧下质质量，g为重力加速速度，为簧下下质量冲击加加速度，为簧簧下质量惯性性力，k为车辆弹簧簧刚度，η为轨面低凹凹不平尺度，k·η为簧下质量对弹簧装置的反作用力。[算例]：若每每轴簧下质量量m=30、20、15kN，弹簧刚度度k=1kN//mm，轨面低凹凹η=0.2mmm，则轮轨附附加力Pf的计算结果果见表3.3.1。表3.3.1轮轨附加力力计算结果m（kN）η（mm）Pf（kN）比较300.260.21.5200.240.21150.230.20.75由表3.3.11可知，簧下下质量低，轮轮轨附加力小小，如以簧下下质量2t为比较基准准，则3t时轮轨附加加力将增大50%，而1.5t时将减小25%。由此可见见，降低簧下下质量，能有有效地减轻车车辆对轨道的的动力作用。（4）关于静轮轮重与簧下质质量的关系为使列车能在轨轨道上高速平平稳地运行，当当速度一定时时，如图3.3.3所示，静轮轮重与簧下质质量互成反比比关系（摘自自日本铁道技技术研究报告告，No，1202，1982）。当速度度提高时，为为降低轮轨动动力效应和对对轨道的破坏坏，必须使轴轴重和簧下质质量同时减小小，这已成为为世界各国发发展高速铁路路的共识。图3.3.3静轮重与簧簧下质量的关关系（5）动车轴重重与簧下质量量现今国内外在高高速铁路上运运用的动车轴轴重和簧下质质量的情况见见表3.3.2。表3.3.2动车轴重与与簧下质量的的选用国别动车类别最高速度（kmm/h）轴重（t）簧下质量（t）日本200系270172.4300系300141.65法国TGV-A300162.128德国ICE128019.51.877ICE330017英国HST20017.52.3APT-P200171.5意大利ETR-5000300181.8中国CRH1200162.05CRH2300142.10CRH330013.52.0CRH5250171.95由表3.3.22可知，目前前正在运用的的动车车辆，随随着铁路运输输的高速化，均均采取同时减减小其轴重和和簧下质量的的对策，而这这在动车车辆辆设计上是非非常困难的一一件事。3.3.2关关于车轮扁疤疤的影响（1）车轮扁疤疤的冲击作用用轮对是动车车辆辆走行部分极极为重要的部部件。它上负负载荷，下压压钢轨，是车车辆的“脚”。由于轮对对的长期运用用，因紧急制制动或空转打打滑，车轮踏踏面有可能出出现局部擦伤伤或剥离等现现象，统称为为车轮扁疤。车轮踏面有扁疤疤时，车轮形形状不能保持持正圆。当车车轮在钢轨顶顶面上滚动到到扁疤处时，就就会产生很大大的周期性冲冲击作用，冲冲击频率p=v/2πR（v为行驶速度度，R为车轮滚动动圆半径）。它它不仅使车辆辆产生振动，影影响车辆零部部件强度，加加剧轮对的损损坏，还对轨轨道产生极大大的影响，致致使钢轨发生生意外的折损损，给混凝土土枕及其他轨轨道部件以料料想不到的伤伤损。为此，有必要严严格规定车轮轮扁疤的运用用限度。我国国铁路对动车车车辆车轮踏踏面扁疤长度度和深度的规规定详见第2章第2.5节。（2）车轮扁疤疤传统冲击机机理及