探讨钢轨打磨对高速动车组运行性能的影响

摘要：高速动车组的运行性能与轮轨接触情况有直接关系，轮轨接触效果作为影响动车动力学性能的核心因素，可以在钢轨打磨中得到性能优化。本文对钢轨打磨进行分析，并结合实际对高速动车组钢轨打磨的运行性能影响提出个人看法，希望为关注钢轨打磨的人群提供参考。

关键词：钢轨打磨;高速动车组;动车运行性能

引言：钢轨打磨是提高高速动车组运行质量的重中之重，通过对钢轨打磨展开研究，能够为高速动车组运行质量优化提供参考，避免动车因为轮轨接触质量不佳而影响到运行效果。因此，有必要对钢轨打磨问题进行分析，以此来提高高速动车组的运行效果。

一、钢轨打磨综述

高速动车组在运行过程中，轮轨接触情况将会严重影响到车辆的动力学性能，钢轨打磨作为能够优化轮轨关系的重要因素，能够有效提高车辆的运行稳定性，避免行车问题的发生。很多学者都有专门针对钢轨打磨所带来的影响进行研究，并在研究中证明了钢轨打磨为性能带来的正面影响。因此只要能够针对钢轨打磨效果进行优化，就可以为高速动车组提供更好的运行环境，进而提高动车的整体运行质量。

铁道线路的作用就是运行车辆提供运行基础，以此来保证车辆能够稳定、快速运行。铁路线路基础中的轨面条件、轨头形状等性能参数都将会影响到动车的运行效果。其中轨面还会在车辆行驶期间直接接触车轮，若无法在车辆运行时为其提供良好的运行空间，就会导致动车的运行状态受到严重影响。因此要通过钢轨打磨的方式来提高动车运行时的平顺性。需要注意的是，高速动车在提速之后，车轮将会对轮轨接触面的振动有更高要求，如果单纯依赖更换铁路钢轨的方式来克服影响，就无法让高速动车组获得稳定的运行空间，而且打磨不平顺的钢轨将会导致经济性受到影响。对于高速动车组而言，钢轨打磨不仅是一种提高运行效果的方法，更是提高铁路运行经济性的关键，因此必须强化对于钢轨打磨技术的研究，以此来为高速动车组的铁路运行提供帮助。

二、钢轨打磨的作用分析

（一）优化轮轨接触

高速动车在运行中，属于由各种独立运动叠加出的复杂运动现象。高速动车在运行期间，中轴在偏离线路中轴后，就会在高差的作用下出现向心力，此时偏离中轴的动车便会逐渐返回线路中轴。若垂直磨损超过了5mm，则动车偏离中轴后产生高差便难以实现中轴返回，即无法满足设计要求。此时生成的向心力便会削弱，进而影响到动车的运行质量。因此为了提高动车运行效果，就需要通过钢轨打磨的方式来优化轮轨的接触效果，进而提高车辆运行质量[1]。

（二）轮轨接触垂直纵平面调整

很多专家学者在研究中发现，钢轨打磨能够针对踏面广泛存在的不平顺问题进行削峰平谷。这种情况的表现方式为降低波深、增加波长，因此通过钢轨打磨对钢轨性能进行优化与调整，能够为高速动车组的正常运行提供非常多的帮助。

三、钢轨打磨对高速动车组运行性能的影响

（一）工程分析

在A铁路线的个别直线区段以及大半径曲线区段，铁路钢轨的内侧有非常明显的侧磨痕迹，高速动车组在经过侧磨区段时，由于存在水平加速度超限的情况，而且有时还会出现车体晃动的问题，所以需要针对动车运行状态进行研究。通过利用动力学分析软件建立动力学模型，能够实现对高速动车组的运行情况的掌握，进而为高速动车组的运行提供帮助。

1.问题分析

为了解决运行问题，为高速动车组创造良好的运行条件，需要针对动车组异常运行区段进行测试，通过分析车体前后端、左右侧地板面的加速度情况，以此来为后续的各项工作提供数据支撑。在测试期间发现动车车体前、后端的横向振动具有约90°的相位差，而左、右侧的垂向振动则具有约180°相位差，车辆在运行时需要同时面对摇头、侧滚带来的影响。通过对现场调查与钢轨廓形参数进行分析，可以发现车体晃动区段的钢轨光带不良，左右股廓形具有相对较大的差异性，这种差异性将会在一定程度上影响到动车轮轨接触质量。A铁路线的高速动车组所使用的是不锈钢车体，这种车体的气密性相对较差，而且在经过晃车区段时，还将会影响到动车的乘坐效果。

2.解决对策

通过对钢轨廓形实际参数、设计参数进行比对后发现。铁路侧磨的一其钢轨外部整体偏高而内侧偏低。轨肩高廓形未发生侧磨现象，而较低廓形一侧却存在侧磨问题。因为光带宽窄交替区段分布较广且周期较短，所以铁路原有的铣磨车难以直接进行分段处理，若利用道岔打磨车来处理钢轨磨损，则需要分段施工的区域将会变得非常多，打磨效率无法得到保障。因此为了保证打磨质量，可以在确定钢轨打磨方案时采用贯通处理的方式，以此来保证打磨结束后的钢轨廓型参数满足铁路的实际需求。A铁路在进行钢轨打磨后，高速动车组、异常区段的轮轨接触初始等效锥度便由0.007变成了0.032，经过优化后的轮轨接触质量将会大幅提高车辆运行效果，并增加了动车组的运行稳定性。

（二）动车车体晃动与轨侧异常接触分析

1.蛇形运动简述

从铁路区段现场的规模与廓形能够发现，线路交替侧磨区段存在蛇形运动的痕迹，铁道车轮由于踏面形状问题，因此在沿着钢轨进行滚动式往往会出现横向运动伴随绕铅锤轴转动的耦合情况，这便是蛇形运动。蛇形运动将会影响到动车的运行品质。

2.高速动车组蛇形频率

自由轮对蛇形运动是最为简单的一種蛇形运动，当自由轮对在无约束的情况下均速运行时，轮对将会沿着y轴进行转动、横移等运动，自由轮对可以利用SIMPACK软件构建动力学仿真模型，模型能够针对轮轨接触情况进行分析与处理，此时便可以导入实测钢轨廓形，改变车辆运行参数，以此来完成对蛇形运行特征的仿真计算。采用SIMPACK软件构建的仿真模型能够完成对自由轮对参数的对比，通过调整初始钢轨廓形以及运行速度等各种性能参数，能够实现对蛇形运动特征的分析。除此之外，弹性以及完全刚性定位转向架等都可以通过仿真模型构建来强化对运行状态的分析，合理利用仿真模型便可以掌握高速动车组的运行情况。对于动车组而言，作为多体系统，各个部件的复杂作用力是模型需要考虑的核心影响因素。

3.仿真模型结果

通过针对自由轮对、弹性、完全刚性转向架的仿真模型进行分析，可以发现当动车组在达到260km/h后，经过打磨前的廓形区段就会出现共振问题，并影响到平稳性与舒适性，而在打磨结束后，则车体共振效果将会有所降低，即便车速达到320km/h，共振也不会影响到动车的稳定性。铁路区段的钢轨打磨将会有效提高高速动车组的运行稳定性与运行效率，打磨前后的动车组运行效果将会发生明显变化，钢轨打磨能够让廓形与设计拟合程度变得更加接近，增加光带合理性，轮轨接触关系在改善后，能够为动车组提供更好的运行空间[2]。

结论：总而言之，钢轨打磨是保证高速动车组运行效果的关键，铁路廓形将会在长期使用中逐渐磨损，进而影响到高速动车组的运行稳定性。相信随着更多人意识到铁路钢轨打磨的重要性，高速动车组的运行质量一定会有所提高。

参考文献：

[1]李贵宇，张志波，梁海啸，等.钢轨打磨对高速动车组运行性能的影响[J].中国铁路，2021（11）：51-56+15+42.

[2]姚远，张红军，罗赟.轮对纵向定位误差对高速动车运行性能的影响分析[J].铁道车辆，2019，4.7（06）：8-10+32+47.

作者简介：张少亭（1985.5—），男，汉族，内蒙古呼和浩特，本科，助理工程师，研究方向：电气工程及其自动化。