既有线提速区段轨道高低不平顺波长研究

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1、既有线提速区段轨道高低不平顺波长研究　　摘要：为分析既有线提速区段高低不平顺波长对车辆运行的影响，建立了不同波长的高低不平顺，仿真计算了列车以不同速度通过不同波长的高低不平顺下的动力响应，并对各项指标进行了对比分析。关键词：高低，不平顺，波长，仿真分析中图分类号：U213.2文献标识码：A文章编号：0引言5轨道的前后高低是铁路线路的基本参数之一，为了保证铁路的行车安全性与舒适性，要求钢轨表面具有一定的平顺性，但实际中轨道经过一段时间列车运行后，由于路基状态、道床捣固坚实程度、扣件松紧、轨枕状态和钢轨磨耗的不同，会产生不均匀下沉，造成轨面高低不平。轨道的高低不平顺危害甚大，它使列车的冲击动力增

2、加，加剧了道床的变形，从而进一步扩大了不平顺，形成了一个恶性循环[1]；不仅如此，轨道的高低不平顺还会引起车辆的振动，导致运行平稳性和乘坐舒适性的降低[2]。因此，对于铁路工务来说，通过起道改变轨道的高低不平顺成为日常养护管理的一个主要的问题，以杭州工务段为例，起道捣固占了总养护工作量的一半以上，然而由于实际轨道不平顺是随里程变化的随机过程，高低不平顺波长成分从几毫米到几百米，在众多波长成分中，有些波长对车辆运行品质影响大，有些影响则不大[5]。对于工务部门来说用于工务维修的“天窗”时间有限，尤其是“十一”“春运”等全路干线繁忙期间，“天窗”时间比平常来的更加短，如何利用短暂而有限时间去针对

3、性的消灭严重的高低不平顺问题成为了工务部门值得关注的问题。本文利用仿真软件对轨道高低不平顺波长进行了仿真分析，为工务部门有针对性的养护提供一定的参考。1车辆-轨道耦合分析模型1.1车辆模型由于车辆系统是一个多自由度的非线性的一个非常复杂的结构，根据车辆的结构与悬挂特性，将车体、转向架和轮对均视为刚体，将悬挂元件进行了线性化处理。1.2轨道模型本文以既有线有砟轨道作为研究对象，钢轨采用我国的CHN60型标准断面，将钢轨视为连续弹性等截面梁，两根钢轨横向联结上考虑为串联的线性弹簧/阻尼联结，钢轨与下部基础在垂向上简化为并联的线性弹簧/阻尼联结，轨道模型及参数如图1所示。1.3轮轨耦合关系模型5轮

4、轨关系是车辆和轨道相互耦合的纽带，轮轨滚动接触关系包括轮轨接触几何关系以及轮轨相互作用力[3]，求解轮轨接触几何关系是将轮轨型面进行数值化离散，根据轮轨的几何约束条件，采用最小距离法确定轮轨接触点，进而计算接触几何参数。求解轮轨相互作用力时，法向力由Hertz线性弹性接触理论确定；横向力先通FASTSIM求解，然后再采用FASTSIM-A理论对蠕滑力作非线性修正。1.4计算参数的选取常见的轨道的高低不平顺如图2所示，由于轨道高低不平顺均可用位移函数作为系统激扰输入，通过对一股或两股钢轨施加单波余弦不平顺如式1所示，即可描述轨道高低不平顺的输入[4]。(1)式中，为不平顺波长，为不平顺波深。根

5、据文献[5]，随着列出速度的不断提高，中、短波长在既有线上已成为影响列车运行安全性、平稳性和舒适性的主要因素。因此，本文在分析时，轨道高低不平顺波长范围为2.5~20m，以2.5m的间隔增长，高低不平顺值取5mm。2动力仿真计算结果及分析为了分析不同车速下，轨道高低不平顺波长变化对行车动力特性指标的影响，计算中行车速度分别考虑80、120、1605km/h共3种情况以适应既有线提速区段的不同行车速度，分别输出各工况下轮轨横向力、轮轨垂向力、车体横向加速度、车体垂向加速度、轮重减载率和脱轨系数，并对结果进行对比分析。从上图中看出：1.对于波长相同的高低不平顺，波长对列车横向力、垂向力、横向加速

6、度、轮重减载率和脱轨系数的影响随着速度的提高而增大；但随着波长的的增大，波长对不同车速的横向力、垂向力、横向加速度、轮重减载率和脱轨系数的影响逐渐减小。2.车辆对较短波长的高低不平顺敏感性较大。在相同的车速条件下，波长对车辆的横向力、垂向力、横向加速度、轮重减载率和脱轨系数的影响随着波长范围的增大而减小；当不平顺波长大于15m时，逐渐趋于稳定。而对车辆的垂向加速度的影响随着波长的增大先增大在波长为10m时达到最大，后随着波长的增大而减小，但变化的值不大。3结论5列车在既有线提速区段上在不同波长的高低不平顺的轨道上运行时，波长较短的高低不平顺对车辆运行的横向力、垂向力、横向加速度、轮重减载率和

7、脱轨系数动力学指标影响较大，且随着波长的增大，这种影响逐渐减小。因此，在全路干线繁忙期间，工务利用有限的“天窗”时间对轨道维修时应对波长较小的高低不平顺予以重视，根据“先重点后一般”的原则及时消灭对列车运行影响较大的短波高低不平顺，以提高列车运行的安全性和舒适性。参考文献[1]易思蓉.铁道工程[M].北京:中国铁道出版社,2012[2]王开云,翟宛明,刘建新等.线路不平顺波长对提速列出横向舒适性影响[J].交