利用轨检车及动检车曲率线综合分析线路病害整治晃车

我指导hzk写的材料

一、前言

随着铁路提速，高速客车的开行，对线路质量的要求，远非只是保证安全所要求的标准，而是提高到让旅客乘车感觉是一种享受的舒适度标准，也就是最大限度地提高列车运行的平稳性。要达到这一目标，一方面要靠不断改善机车车辆的构造，而更重要的一面是要靠我们工务部门养护出一条高标准的铁路线路来作为保障。为此，上级部门对线路质量的考核，也逐渐以静态检查为主过渡到现在的以动态检查为主，以原来的检查静态几何尺寸为主过渡到现在的以检查动态晃车为主。

提高舒适度，其实就是控制晃车，就是要把横向及垂向的加速度控制在一定值之内，也就是控制车载仪、便携仪的偏差值，以及轨检车、动检车中检测的横向加速度、垂向加速度的大小等。这些动态指标超限，有可能是由一种明显病害为主因决定的，通过整治很容易消除掉，而大部分这种病害，也是比较顽固的病害，是由于几种不明显的病害共同作用造成的，或者病害主因并不在本点，而是由其前面一段线路的状况决定，这种病害是最难找，最头疼的。对于这种情况，我们战斗在一线的干部职工应该深有感触，偏差天天出，可是检查轨距、水平、方向、高低均不超限，线路状态“非常好”，投入了大量精力、人力，有的甚至折腾几个月竟消除不了一处偏差。鉴于这种情况，我们对这些地方的图纸进行了认真分析研究，发现一个共性，那就是凡是晃车的地方，大都存在曲率不良。为此总结一些规律，以与现场广大职工共同探讨整治顽固性晃车的方法。由于本人水平有限，同时现场经验又不能与战斗在一线的干部职工相比，出现纰漏不妥之处，在所难免，肯请各位同仁斧正。

二、曲率的基本定义

曲率定义为一定弦长曲线轨道（如30米）对应之圆心角θ，即度/30m。度数大，曲率大，半径小。反之，度数小，曲率小，半径大（曲率亦可用1/R表示，1/R＝1/15×sinα/2）。

轨检车通过曲线时（直线也如此），测量轨检车每通过30m后车体方向角的变化值，同时测量出车体相对两转向架中心连线转角的变化值（忽略转向架与轴箱相对位移及轨道游间），即可计算出轨检车通过30m曲线后的相应圆心角θ的变化值，即曲率。

          ——摘自张未编《GJ-4型轨道检查车的原理与应用》一书

可见，在直线上曲率反映的是车体两转向架中心连线在列车运行中左右摆动的程度，在曲线上曲率的变化情况反映了曲线的圆顺状态。因此轨检车及动检车图形中的这条曲率线，是我们根据其图形，分析晃车的最重要依据（我们主要针对横向晃车，因为大部分晃车都是横向的，垂向的很少，而我们平时所说的晃车，也大都指左右晃）。请看以下是我段惯性晃车地点及的图形分析。

 

我段今年前半年车载2级以上重复90次以上地点表

 

	线名	行别	里程	次数	速度	日期	水加
1	京广	上	282.466	95	114	20080707	.10
2	京广	上	323.668	103	205	20080706	.11
3	京广	上	439.585	106	117	20080706	.10
4	京广	下	297.225	137	159	20080706	.10
5	京广	下	322.397	134	205	20080706	.11
6	京广	下	437.787	97	115	20080628	.10

1、上行282.466轨检车图

 

2、上行323.668轨检车图

 

3、上行439.585轨检车图

 

5、下行297.225轨检车图

 

6、下行322.297轨检车图

 

7、下行437.787轨检车图

 

我们对今年一来，这些地点的轨检车、动检车图形进行了研究，发现这些地点都存在曲率不良。上面这些惯性晃车图，是从今年轨检车图形中随意拿出一次所截得的图形，可以看到，曲率不良的存在，因此，曲率线可以作为我们分析、整治晃车的重要依据。

三、曲率与晃车的关系

下面我们先分析一下，轨检车图纸上的曲率值与车辆转向架摆动量的对应关系。首先我们必须明确以下两点：轨检车看图软件中，曲率能显示的级差为0.01rad/km，将曲率刻度放大后，每显示一个台阶，就代表这一个级差；每有一个台阶，并不代表这一点曲率就是这一值，而是代表了一个范围值，如，有一个台阶，并不表明此处的曲率为0.01rad/km，而是表明这一点的曲率在0.005rad/km－0.015rad/km之间。在直线部分，如果将曲率放大后，在图上有一个台阶，也就是出现0.005rad/km－0.015rad/km之间的曲率。那么，车辆的摆动量计算如下：

车辆摆动量计算略图

 

22m

30m

s

α/2

车辆两转向架心盘连线

车辆行驶30米后 两转向架心盘连线

车辆两转向架心盘连线

车辆行驶30米后 两转向架心盘连线

车辆两转向架心盘连线

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          车辆摆动量 s(mm)=30×tgα/2×1000          （式1）

       按曲率线能出现一个台阶的最小值算，也就0.005rad/km，那么

α/2＝0.005/1000×30/2（弧度）

＝0.005/1000×30/2×180/π（度）

＝0.0043（度）

代入式1得s(mm)=30×tg0.0043×1000＝2.25（mm）

同理按曲率线能出现一个台阶的最大值算，也就是0.015rad/km，得出最大摆动量s＝6.75（mm）。

是什么原因造成车辆摆动、曲率不良呢？一方面是机车、车辆状态不良，另一方面就是我们工务的设备状态不良。作为工务部门，前者我们不予讨论，重点考虑后者。引起列车左右晃动的线路病害，最根本的无非两种，一是水平，尤其水平交替变化，一是方向（轨距及轨距变化率，一定会有只少单股的方向），如果存在水平，钢轨对列车的支承力就会有一个向较低一侧的水平分力，导致列车向较低一侧摆动；如果存在方向，不用说，方向是列车导向的最直接原因，直接导致列车摆动。在这两种原因的作用下，又分两种情况，一种是出现曲率不良处线路不良为主因造成的曲率不良，另一种是曲率不良的前面线路病害为主因造成的曲率不良。下面对两种情况分别讨论。

一、        曲率不良处线路不良为主因造成的曲率不良

一种情况是在曲率不良开始处有明显的方向病害、硬弯，常伴有轨距及轨距变化率不良；一种情况是在曲率不良开始处水平变化率明显不良，导致列车向较低一侧摆，在图纸上表现为超高线与曲率反相；再有一种情况就是水平与方向逆相位复合不平顺，导致列车向较低一侧（也是方向臌出一侧）摆，在图纸上表现为超高线与曲率反相。

二、曲率不良的前面线路病害为主因造成的曲率不良

这种情况主要是由于谐振引起的，是在曲率不良开始处前方存在上面三种病害两波到三波甚至多波的谐振波形，作用逐渐叠加，晃动加剧，达到一定程度，就会出现曲率不良。那么，多长的波形才算是谐振波形呢？这要看行车速度，一般来说，我国车辆的水平固有自振频率为1-1.5HZ，以160km/h来算，每秒钟列车前进44.4m，那么44.4m左右长的波形就是它的谐振波形，按三波算的话，我们需向前监控130多米。

下面我们再定性讨论一下，在出现曲率不良时的列车的运动过程，以便更好地消除曲率不良病害。我们分析一下，大致应该是这样的，列车转向架从出现曲率前30m，一直到曲率消逝后30m，横向的摆动是一个变速运动，出现曲率时，正好摆动幅度达到2.25mm，以出现曲率的中心点为界，前半过程，速度逐渐增加，后半过程速度逐渐减小，到横向速度减小到每过30m后摆动幅度小于2.25mm时，曲率消逝，整个加速度变化接近半波正弦曲线，为了讨论方便，我们近似认为横向摆动速度呈线性变化。既然前半程横向速度还在增加，那么，线路上一定还存在这种加速的原因，也就是存在方向或水平。我们再来算一下，假如线路不存在方向，最长可出现多长的曲率，一般地取正常游间15mm，也就是正常情况下，车辆转向架可自由摆动的幅度为15mm，因为前半程与后半程为横向摆动速度变化相反的过程，所以前半程与后半程摆动幅度是相同的，也就是前半程的最大摆动幅度在15/2＝7.5mm。假设在前半程结束时横向速度达到最大，也就是列车每前进30米，转向架横向摆动6.75mm，按列车速度160km/h,换算后横向速度为：6.75/1000（30/1000/160×3600）=0.01m/s。由匀变速运动的位移公式：s=1/2at²与v_t=at可得，s=1/2v_tt，t＝2 s/v_t＝2×7.5/1000/0.01＝1.5秒。那么能出现曲率不良的长度为（44.4×1.5－30）×２＝73.2米。也就是说，如果出现73.2米以内长度的一个台阶的曲率不良不一定有大方向不良，而超过这一长度，就会有大方向不良。

从曲率的定义中，可以看出，它忽略了游间的存在，反映的是转向架运行轨迹的曲率，也就是说，有曲率不良，说明转向架出现了摆动，线路上肯定会有病害存在，但是出现曲率，到底晃不晃车？那也未必。我们知道，我们所说的晃车，是指车体的晃动，而车体通过中心销、上下心盘、摇枕与转向架相连，它们之间并不是钢性连接，而是可以有微量的错动。很明显，如果作为下部的转向架不出现摆动，那么，作为上部的车体是不可能晃动的；如果发生晃车，肯定是先由下部的转向架发生摆动引起的；转向架出现摆动，能否引起晃车，那还看它们之间的作用关系，以及列车的运动状态，是一个很复杂的问题。因此，图上出现曲率不良，并没发生晃车，也不足为怪，但是可以肯定，只要出现曲率不良，线路上一定存在晃车源。

综上所述，我们可以根据曲率不良来找线路晃车，凡是车载、便携、以及人工晃车处所，大部分存在曲率不良。我段主管维修的李工，对此也已作过大量的统计分析，并写成相关的论文，进行了详细的论述。曲率不良本身是晃车的表现，但它并不是线路的具体病害，而是线路病害作用的反映，也就是说，有曲率就有晃车源，线路就有病害。我们应根据曲率不良处所，仔细分析线路的具体情况，找出具体原因，加以消除。总的来说，如果有曲率不良出现，我们首先应考虑方向因素，因为方向毕竟是导致晃车的最直接原因，其次要考虑水平、水平变化率（三角坑）及逆向复合不平顺。方向在现场一眼就能看出来，比较直观，容易查找，而水平变化率不良及逆向复合不平顺就必须经过仔细检查对比才能发现，往往容易被忽略，所以出现顽固性晃车的处所，我们应考虑是由于后一种原因引起的，或者属出现曲率不良前的线路不良为主原引起，应该仔细分析前130多米左右的线路特征，综合整治，才能收到良好的效果。

附1   几处线路不良处所的线路特征图

水平变化引起曲率变化的典型图

 

随着超高的变化，列车作相应的摆动，出现相应的曲率

 

随着超高的变化，出现相应的曲率变化，曲率变化长，同时出现了两个台阶，应该有大方向的存在，是水平与方向共同作用的结果。

 

曲率不良较长，又是两个台阶，并且跟超高反相，肯定是大方向造成的，现场核实，在此处存在长大的“S”弯方向。