高速行车条件下预设轨道不平顺状态的试验分析

李子睿，肖俊恒，李 伟

(中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京100081)

客运专线或高速铁路是以高速行车为目的，行车速度已取代年通过总重作为运输条件的主要指标。随着我国客运专线建设的快速推进，客运专线的通车里程迅速增长。德国、法国、日本等高速铁路发达国家的研究和运营经验表明，要保持高速铁路轨道的良好平顺状态需要制订一套严格的轨道不平顺动态管理标准。利用现场实车试验进行研究，对于完善我国高速铁路轨道不平顺管理体系是必要的。

1 试验概况及测点布置

测点布置 轨向、高低、三角坑不平顺的测点布置见图1所示。

2 试验结果及分析

2.1 轨向不平顺

严重的轨向不平顺会引起车辆的摇头、侧摆振动，增大蛇形运动和侧摆运动的幅度，导致轮轴横向力增大，降低车辆运行的平稳性和安全性。

试验列车通过幅值4 mm和6 mm轨向不平顺(基长10 m)时，测试结果表明:试验列车通过时各项安全参数均在相应安全限值内，且各安全参数整体数值较小，车辆运行安全状态良好，见表1。

为此，进一步分析车辆运行的平稳性，对车体加速度的最大值统计见表2。可见，在两种不同幅值状态下车体垂向加速度最大值为0.09 g，横向加速度最大值为0.06 g，整体数值也较小，都小于相应的舒适度标准评判指标(垂向加速度为0.15 g，横向加速度为0.10 g)。

表1 安全参数最大值统计

表2 车体振动加速度最大值统计 g

2.2 高低不平顺

高低不平顺会激起车体和转向架的垂向浮沉和点头振动，幅值较大时会引起车辆垂向剧烈振动，且使轮轨作用力产生很大的增减载变化。

试验列车通过幅值5 mm高低不平顺(基长10 m)时，实测脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力均小于其相应的安全限值(见表3)，车体振动加速度也都小于相应的舒适度标准评判指标(见表4)。

图1 各测试工况的测点布置示意

试验列车通过幅值9 mm高低不平顺(基长10 m)时，实测脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等列车运行安全性参数最大值统计见表3，轮重减载率严重超限的垂直力测试波形见图2。测试结果表明:脱轨系数和轮轴横向力都在安全限值内，轮重减载率在速度大于等于330 km/h时严重减载，图2说明，此时已有车轮悬浮，列车脱轨的可能性比较大，在此速度下存在安全隐患;车体垂向加速度为0.14 g，接近舒适度标准评判指标0.15 g。

表3 安全参数最大值统计

图2 试验列车通过高低不平顺时轮重严重减载处垂直力通道测试波形

2.3 三角坑不平顺

严重的三角坑不平顺对车辆运行安全的影响是最大的，可能导致车辆转向架呈三轮支撑、一轮悬浮的恶劣状态，甚至引起车辆脱轨。另外，三角坑不平顺还会加剧车辆的侧滚振动，对于车辆的动力性能不利。

试验列车通过幅值6 mm基长2.5 m和幅值7 mm基长3 m的三角坑时，实测脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等列车运行安全性参数最大值统计见表5。车体振动加速度最大值统计见表6。测试结果表明:幅值6 mm基长2.5 m的三角坑脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力均在相应的安全限值内，横向加速度最大值0.11 g，接近舒适度标准评判指标0.10 g;幅值7 mm基长3 m的三角坑轮重减载率部分超过安全限值0.8，横向加速度最大值0.11 g，接近舒适度标准评判指标0.10 g。

表4 车体振动加速度最大值统计 g

表5 安全参数最大值统计

表6 车体振动加速度最大值统计 g

2.4 三种工况下轨道结构的稳定性

试验列车通过以上三种类型的轨道不平顺时轨头横向位移方向均指向线路中心线，动态轨距变化均为轨距缩小。轨头横向位移和动态轨距变化量最大值均不超过1 mm。轨道结构的横向稳定性很好。

3 结论

根据仿真计算结果［3-4］，通过对时速300 km及以上高速状态下三种典型轨道不平顺状态的测试结果分析，为现场控制轨道不平顺状态提供试验参考，提高线路的维修养护效率。主要结论如下:

1)对于幅值4 mm和6 mm轨向不平顺(基长10 m)，由于各安全参数都在相应的安全限值内，且车体振动加速度均未超过相应的舒适度标准评判指标。故对于10 m基长的轨向不平顺相应的舒适度管理值6 mm是安全的。

2)对于幅值5 mm和9 mm高低不平顺(基长10 m)，脱轨系数和轮轴横向力都在相应安全限值内，幅值9 mm高低不平顺在速度不小于330 km/h时有车轮悬浮。故对于10 m基长的高低不平顺限速管理值应介于5～9 mm之间。

3)对于幅值6.0 mm基长2.5 m的三角坑，各安全参数均在相应的安全限值内，幅值7 mm基长3 m的三角坑，轮重减载率部分超限，且车体振动加速度均接近相应的舒适度标准评判指标。故对于2.5 m基长的三角坑不平顺相应的舒适度管理值应＜6 mm，对于基长3 m的三角坑不平顺相应的舒适度管理值应＜7 mm。

以上仅为部分试验地段试验数据分析结果，由于本次试验时间有限，测试样本不太充足，所得结论仅供参考。

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