线路清筛作业后道床刚度对列车速度的影响

线路清筛作业后道床刚度对列车速度的影响

铁路清沟运行后，道床的刚性急剧下降，线路处于初步舞台的快速下降阶段。因此，铁路安全标准规定，在清沟运行后，列车的行驶速度不得超过45公里。一般来说，工业部门通常采用每条铁路的15公里/小时，然后逐步增加。在90120分钟的初始阶段，线路的夜间速度将提高到60公里。线路作业后的限制速度,增加了列车运行的慢行附加时分,不但影响运输能力,尤其是对旅客列车正点运行增加了困难。因此,如果能够提高线路作业后的慢行速度,不但有利于减轻运输压力,为旅客列车正点运行创造条件,而且也有利于工务部门本身增加封锁时分,提高作业效率。线路清筛作业后,道床变松了,轨道容易产生不均匀下沉而引起的轨道几何状态不平顺,并由此产生轨道阻力减少。因此,分析线路清筛作业后提高慢行速度的安全性,关键是分析道床刚度变化对速度的影响及如何控制轨道几何状态和如何提高道床阻力。1安全性评定指标保证安全是列车运行的基本条件,车辆的横向水平力、轮重减载率、脱轨系数等指标是安全性评定的依据。本文采用车辆-轨道动力模型来仿真分析列车速度变化、道床刚度变化等因素对列车运行安全性的影响。1.1计算参数的确定(1)轴箱悬挂系统主型货车C62A的转8A型转向架为2个侧架和1个摇枕组成的三大件结构,采用一系中央悬挂,弹簧减振装置包括弹簧和摩擦楔块减振器,轴箱悬挂采用导框式定位;客车具有二系悬挂(轴箱悬挂和中央悬挂);计算时由于客车的悬挂装置优于货车,而空货车的运行安全性又较差,因此,速度在70km/h及以内,以线路上使用最为广泛的C62A型空货车为计算对象;另外,由于货车目前的速度均在70km/h以内,因此对速度在70km/h以上、以运行品质相对较差的YZ22型客车为计算对象。(2)梁、轨充分振动在轨道模型中,将钢轨视为连续弹性离散点支撑基础上的Euler梁,并考虑钢轨的垂向、横向及扭转振动;轨枕视为刚体,考虑垂向、横向振动及刚体转动;道床离散为刚性质量块,仅考虑其垂向振动。计算时采用60kg/m钢轨有缝线路,混凝土轨枕,碎石道碴。(3)插东南角机械捣固根据现场测试,线路清筛作业后枕下道床刚度(实际为道床和路基的联合刚度,下同)普遍较低,大型养路机械捣固,插镐1遍,其刚度在40kN/mm以下;插镐2遍,刚度在75kN/mm以下。随开通后列车的碾压,道床逐步密实,刚度逐渐增大,理论分析道床刚度采用40、60、80kN/mm。1.2速度、道床刚度通过仿真计算,不同线路平面、不同轨道刚度在不同速度下的脱轨系数见表1。根据《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》(GB5599-85)规定,评价列车运行安全性时,车辆的轮轨横向力采用Q≤100kN、轮重减载率采用ΔP/P≤0.6、脱轨系数采用Q/P≤1.0。分析仿真计算结果如下。对货车而言,速度提高,横向力和脱轨系数有增加,这说明了速度的动力冲击作用。但在速度低于70km/h时,其速度效应不起主要作用;但无论是60km/h,还是70km/h,货车的减载率均基本达到甚至超过0.6。因此,在没有改造前采用C62A的货车,应限速60km/h。对客车而言,速度提高,虽然横向力、脱轨系数有增加,但均在安全限度内,并且由于车体条件好,其减载率指标要优于货车很多。道床刚度达到一定数值后(40kN/mm),刚度的变化对横向力、减载率和脱轨系数影响不大。理论研究表明,轨道刚度不均匀,只有在高速(速度160km/h以上)情况下,才会对列车运行品质起作用。因此,只要道床有一定的刚度,保证道床的均匀性,控制好线路作业后的轨道几何状态,使之不产生严重超限(既超过临时补修限值),提高作业后线路允许速度是可以保证列车运行安全的。也就是说,线路清筛作业后,影响线路允许速度的因素不在于道床的刚度,而在于轨道几何状态的控制。1.3捣固和列车压实采用清筛机作业,封锁前只要在清筛地段的始端开挖一个长1m,宽4.5m,深0.45m的导槽坑(即只开一个2孔一底的门),而开挖导槽坑对枕底道床的稳定性几乎没有影响,如果不考虑施工效率,不考虑个别地点人工清筛,清筛机清筛从理论上讲,可以不需要封锁前的慢行。清筛作业后,枕底道碴全部是松动的,传统施工需通过人工捣固和列车碾压使道床逐步密实,120min慢行时间,首列15km/h,次列25km/h,以后45km/h,120min内最多可通过8趟列车,按全部是4000t货物列车通过,120min内可通过的最大列车总重是3.2万t,如采用动力稳定车稳定一遍,其作用相当于5.5万t。因此,稳定车的稳定作用远远大于120min慢行时间内列车的碾压作用。综上所述,清筛后线路的允许速度关键在于捣固的质量。根据《铁路线路维修规则》规定,捣固车一次起道量不宜超过50mm,起道量超过50mm时,应插镐2遍,大型养路机械进行维修捣固后,即使不采用稳定车,维修后线路也不限速。与维修捣固不同,清筛后线路轨枕下250mm均是松碴,必须使轨枕下的松碴全部密实和均匀才能提高清筛后线路的慢行速度,通过采用分层起道、分层捣固,甚至采用分层稳定,从理论上分析,是可以做到使枕下道碴密实和均匀。因此,只要采用合理的机械配置、合理的作业参数和合理的作业方法,可以提高清筛后线路的慢行速度。2清筛机的作业在沪宁线对道床清筛作业后的线路安全性进行了现场试验。测试内容有钢轨的垂直力、横向水平力、垂向位移、横向位移及枕下道床刚度和阻力。作业方法为:清筛机附挂风动卸碴车进行抛床作业(抛床深度350mm),清筛机后安排3台捣固车分3次进行起道捣固(总起道量控制在250mm以内),每次捣固插镐2遍,最后稳定1遍。封锁施工的条件为:封锁210min,前慢行60min,慢行速度45km/h,后慢行1列,慢行速度60km/h,昼夜慢行速度80km/h。试验结果如下。(1)轨面沉降线路开通首列列车运行后,平均不大于0.5mm,昼夜累计平均在5.0mm以内,说明作业后,道床的密实度能够满足提速需要。(2)横移能力比较轨距和方向作业后无偏差超限,说明Ⅲ型轨枕保持轨距的能力和抗横移能力要优于Ⅱ型轨枕。水平和高低作业后均存在超过临时补修的偏差,其主要发生在接头处,但偏差值没有由于列车的碾压发生变化,说明道床的密实度能够满足提速需要,但要加强接头的作业质量。(3)检查评定项目未超过极限标准轨道检查车在开通后以不同速度检测,所有检查评定项目中,各项偏差没有超过限速标准,仅有个别项目超过临时补修标准,说明轨道状态符合提速要求。(4)车辆的轮轨横向力和脱轨系数安全标准通过对轨道横向力、垂直力、横向位移、垂直位移等进行测试,得到作业后车辆的轮轨横向力最大值为50kN,脱轨系数的最大值为0.49,轮重减载率的最大值为0.24,分别与车辆的轮轨横向力安全标准100kN,脱轨系数的安全标准1.0和轮重减载率的安全标准0.6均有较大的余量,能保证行车安全。3提高美国植物可以综上所述,只要保证作业后的质量,开通速度首列提高到60km/h,昼夜提高到80km/h甚至以上是可以保证行车安全的。但是,要保证作业后的质量,其条件是必须采用大型养路机械作业,并充分发挥大型养路机械的作用。3.1分层起道作业,保证睡眠质量由于清筛作业后,枕下道床全部是松动的,而大型捣固车的插镐深度在90～100mm,因此,必须采用分层起道、分层捣固的作业方法,才能保证枕下道床密实均匀,有条件或对开通速度有高要求时,甚至应采用分层稳定。3.2运行参数(1)动道瞳气动道高度由于大型捣固车的插镐深度在90～100mm,垂直影响范围在150mm以内,因此当枕下松动道碴厚度在150mm以上时,第1遍捣固车的起道量应为零;如清筛采用抛床,抛床后枕下道碴厚度小于150mm时,第1遍起道量应控制在100mm以内,只要满足起道后、插镐前,枕底与路基面的高度在150mm,应最大程度地减小第1遍捣固时的起道量,保证最底层道碴密实均匀。(2)起道量的影响清筛后第2遍及以后捣固时的起道量以提高轨面高程为目的,每次起道量均应设定为100mm,这样既可以保证捣固质量,又能尽快提升轨面高程,缩短作业地段与未作业地段的顺坡长度及减缓顺坡坡度。(3)在打开之前的最后一步中连接结束时的站块数量开通前的最后1遍捣固是以保证轨面良好和枕下道碴密实为目的,因此应严格控制起道量不大于50mm。(4)睡眠质量测试由于是在松软道床条件下作业,因此每次捣固均应插镐2遍:现场测试,插镐1遍,枕下道床刚度在40kN/mm以下;插镐第2遍,枕下道床刚度在75kN/mm以下。这也证明了插镐2遍的必要性。3.3清筛和稳定车从工务自身生产成本出发,当然是捣固车、稳定车越少越节约,但是,从“天窗”就是效益出发,应发挥“天窗”的最大效益,配置必须的捣固车和稳定车。线路开通后需要的最小道床厚度由2个因素决定,一是保证列车作用力传递到路基面时,不会对路基面造成破坏;二是作业地段与非作业地段不同高程之间的顺坡率需要。在满足顺坡需要的条件下,清筛当日的高程应尽量低,这样可减少清筛当日的起道量,从而减少捣固遍数。因此,在满足顺坡需要的条件下,清筛后,当日的道床厚度可控制在不小于200mm即可。为满足道床厚度不小于200mm的需要,如采用一般清筛,当日只需捣固2遍,需2台捣固车;如采用抛床作业,当日需捣固3遍,需3台捣固车。当然,稳定车最安全的配置是每台捣固车后跟1台稳定车,但从控制生产成本出发,应根据开通后线路的允许速度决定。沪宁线试验证明,只要严格采取分层起道、分层捣固,采用1台稳定车稳定1遍,可以保证60km/h的开通速度和80km/h的昼夜限速。如果开通速度和昼夜限速再提高,应增加稳定车。4捣固的速度和最小速度是控制线路发展权的主要因素理论计算和现场实践证明,采用大型养路机械进行线路清筛作业,完全有条件提高清筛作业后的慢行速度,其关键是保证捣固质量,必须采用分层起道、分层捣固的作业方法,而要坚持分层起道、分层捣固,就必须提供一定的封锁时分供捣固车进行捣固作业,甚至必须增加捣固车的配置,相应增加生产成本。关于采用大