速度350kmh預(yù)設(shè)軌道不平順區(qū)域試驗分析

速度350kmh預(yù)設(shè)軌道不平順區(qū)域試驗分析

高速鐵路對軌道的平滑性有很高的要求，而國外沒有與350kmh運營速度有關(guān)的軌道平滑性管理標準。京津城際鐵路運營時間較短(2008年8月投入運營),我國應(yīng)用于京津城際鐵路的300～350km/h軌道不平順管理暫行標準的適用性還需進一步驗證。為完善我國高速鐵路軌道不平順管理技術(shù)體系,指導(dǎo)300～350km/h高速鐵路軌道的養(yǎng)護和維修,開展了最高試驗速度350km/h預(yù)設(shè)軌道不平順區(qū)域?qū)嵻囋囼灐?不穩(wěn)定區(qū)域軌道消費比例及參數(shù)說明確定試驗方案前,建立動力學(xué)計算模型,對單波高低、單波軌向、連續(xù)高低、連續(xù)軌向、軌距、水平、三角坑、復(fù)合不平順進行仿真分析。通過不同幅值和速度的組合,計算各種工況下的車體加速度、脫軌系數(shù)和減載率等參數(shù),確定各項目的理論安全幅值。仿真分析采用ADAMS/Rail模塊和NUCARS動力學(xué)分析軟件。計算速度等級包括250、280、300、320、350、380、400km/h。單波高低不平順幅值、速度與動力響應(yīng)間的關(guān)系見圖1(其他類型不平順結(jié)果因篇幅限制未列出)。綜合考慮各種仿真結(jié)果、車輛響應(yīng)安全控制指標等,得出軌距不平順幅值最大可設(shè)為8mm;水平不平順幅值最大可設(shè)為7mm;三角坑幅值最大可設(shè)為11mm;單波高低不平順幅值最大可設(shè)為9mm;單波軌向不平順幅值最大可設(shè)為6mm;復(fù)合不平順設(shè)置軌向6mm、水平-4mm,軌向6mm、水平-5mm和軌向5mm、水平-5mm三種工況;連續(xù)高低不平順幅值最大可設(shè)為7mm;連續(xù)高低不平順幅值最大可設(shè)為7mm。軌道不平順主要包括軌距、軌距變化率、水平、三角坑、高低、軌向、復(fù)合不平順(水平+軌向)、連續(xù)三波高低、連續(xù)三波軌向、連續(xù)交替軌向等項目。選取和預(yù)設(shè)軌道不平順項目、幅值見表1。2驗證標準及測量設(shè)備現(xiàn)場預(yù)設(shè)軌道不平順時遵循以下原則:(1)實設(shè)軌道不平順位置選擇理論上可持續(xù)運行350km/h的直線段(避開道岔區(qū)和過渡段)。(2)設(shè)置軌道不平順區(qū)域內(nèi),其他非相關(guān)軌道不平順項目符合動靜態(tài)驗收標準的規(guī)定。(3)兩個實設(shè)軌道不平順間距不小于300m。(4)理論分析可能會產(chǎn)生較大動力學(xué)響應(yīng)的預(yù)設(shè)項目集中設(shè)置在試驗段的一端,便于試驗組織。為更好地進行數(shù)據(jù)分析,需統(tǒng)一各系統(tǒng)檢測結(jié)果里程。試驗時在地面每個預(yù)設(shè)軌道不平順區(qū)域前后20m安裝絕緣軌距拉桿,由車載ALD系統(tǒng)(金屬感應(yīng)原理)識別,用于輔助里程校正?，F(xiàn)場預(yù)設(shè)實施前,采用精調(diào)小車結(jié)合CPⅢ控制點測量試驗段內(nèi)的靜態(tài)軌道幾何,并采用軌檢車測量動態(tài)軌道幾何,結(jié)合現(xiàn)場扣件、墊板和軌距擋塊型號確定每個軌枕的調(diào)整量。調(diào)整完畢后重新進行靜態(tài)和動態(tài)幾何測量,以確認是否達到預(yù)期的設(shè)置量和波長。3動力學(xué)性能測試測試內(nèi)容主要包括對現(xiàn)場預(yù)設(shè)的軌道幾何不平順區(qū)域進行動態(tài)軌道幾何檢測、地面動力學(xué)性能測試和車輛動力學(xué)性能測試。動車組的試驗速度為5、160、200、220、250、280、300、310、320、330、340、350km/h。3.1超高、軌距、軌距、軌距、評估的變化率率軌道幾何檢測項目包括不同波長高低和軌向、軌距、軌距變化率、超高、水平、三角坑(扭曲)、曲率、曲率變化率等。軌道幾何檢測采用軌道檢查車、高速綜合檢測列車。3.2運行指標測試選擇高低、軌向、三角坑、復(fù)合不平順和三波軌向不平順的最大幅值進行測試。主要測試項目為列車運行安全性參數(shù)和軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指標。(1)車輛安全性指標測試。通過測試輪軌垂直力和橫向水平力參數(shù),計算通過測試點的輪對左右輪脫軌系數(shù)、輪重減載率ΔP/P及輪軸橫向力,判定試驗列車運行的安全性。(2)軌道結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定性指標測試。通過測試軌頭橫向位移、動態(tài)軌距變化量等參數(shù),判定軌道結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定性。參照TB/T2489—1994《輪軌水平力、垂直力地面測試方法》,采用剪力法測試輪軌垂直力P和橫向水平力Q,據(jù)此計算脫軌系數(shù)Q/P、輪重減載率ΔP/P及輪軸橫向力(Q1-Q2)等列車運行安全性參數(shù)。3.3車輛運行穩(wěn)定性分析車輛動力學(xué)測試項目主要包括左右車輪垂向力、橫向力、脫軌系數(shù)、減載率、三斷面加速度(軸箱、構(gòu)架、車體)。(1)輪軌間作用力采用測力輪對方法測定。根據(jù)輪軌間作用力,計算車輛的脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪軸橫向力等運行穩(wěn)定性(安全性)指標。(2)車體振動加速度。在動車組轉(zhuǎn)向架上方的車體地板面上安裝加速度傳感器(橫向、垂向)。根據(jù)車體加速度,計算車體運行平穩(wěn)性指標。(3)構(gòu)架橫向振動加速度。在動車組的軸箱上方構(gòu)架上安裝橫向、垂向加速度傳感器。(4)軸箱垂向振動加速度。在動車組的軸箱上安裝橫向、垂向加速度傳感器。4測試數(shù)據(jù)分析4.1軌道幾何與速度相關(guān)的測試點高、頻率分析將測試點的不同速度的軌道幾何檢測波形繪制在一起,并將幅值變化用圖形方式表示,分析軌道幾何隨速度的變化規(guī)律。圖2為測試點高低檢測波形對比。分析測試數(shù)據(jù)表明:不同檢測速度的軌道幾何不平順波形重復(fù)性很高,正反向從160～350km/h峰值的波動均在1.0mm左右。4.2測試結(jié)果分析統(tǒng)計地面測試點車輛安全性指標和軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指標的實測最大值、平均值、標準差和最大可能值(平均值+2.5×標準差)。圖3為軌向測試點脫軌系數(shù)的最大值和平均值波形。分析測試數(shù)據(jù)表明:CRH2-068C動車組在軌向測試點的脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪軸橫向力隨著速度的提高變化趨勢不明顯;高低測試點的脫軌系數(shù)、輪軸橫向力隨著速度的提高變化趨勢不明顯;輪重減載率隨著速度提高有明顯的增大的趨勢;三角坑和復(fù)合不平順測點的輪重減載率隨著速度的提高增大趨勢明顯;脫軌系數(shù)和輪軸橫向力隨著速度的提高有較緩慢的增大趨勢。4.3車輛動力學(xué)指標圖4為測試點脫軌系數(shù)和輪重減載率隨速度的關(guān)系。分析測試數(shù)據(jù)表明:CRH2-068C動車組以不同速度通過軌距、水平和三角坑測試點時的脫軌系數(shù)、輪重減載率和輪軸橫向力均在相應(yīng)安全限值內(nèi);車體橫向、垂向加速度均在列車舒適度限值內(nèi);9mm高低測試點的輪重減載率在350km/h時超過安全限值,其他較小幅值的高低測試點車輛動力學(xué)指標均不超限;連續(xù)三波高低測點的輪重減載率接近安全限值,且比單波高低的平均值大,脫軌系數(shù)和輪軸橫向力均不超限,車體垂向加速度最大達到1.4m/s2,接近臨修標準;連續(xù)三波軌向和交替軌向測試點的脫軌系數(shù)、輪重減載率和輪軸橫向力均在相應(yīng)安全限值以內(nèi),但較單波軌向引起的輪軸橫向力大;復(fù)合不平順測試點的脫軌系數(shù),輪重減載率和輪軸橫向力均在其相應(yīng)安全限值以內(nèi),但車體加速度反應(yīng)較大,車體垂向加速度最大達到1.2m/s2,車體橫向加速度最大達到1.3m/s2。5軌道不平滑管理的效果通過軌道不平順實車試驗充分證明,無砟軌道不同檢測速度的軌道幾何不平順波形重復(fù)性很高。測試結(jié)果表明,正反向從