高速鐵路動車橫向加速度報警自停原因及整治

譚敦枝

（廣州鐵路（集團）公司工務處，高級工程師；廣東 廣州 510088）

2010年2月份以來，動車組在廣鐵集團公司管內多次發生橫向加速度報警自停現象，對高鐵正常運行秩序造成一定影響。如2月份G1039次、G1069次、G1073次因車廂轉向架橫向加速度超限報警，分別自停于京廣高速下行線K1552+263、K1552+127和K1552+902處。為切實解決動車橫向加速度報警自停問題，減少對高鐵運行秩序的干擾，在對動車組停車位置進行了統計分析后發現，動車組停車位置主要集中在k1552前后，同時結合登乘動車確認k1545+891和k1550+373的2處報警點現場存在鋼軌光帶不良的問題。為此，組織了對京廣高速下行線k1541+500～k1553+000的線路進行全面調查分析，并針對問題采取整治措施。

1 報警自停原因

對京廣高速下行k1541+500～k1553+000的線路從鋼軌生產廠家、鋼軌輪廓、零配件狀態、軌道幾何尺寸、焊縫平直度、光帶寬度等方面進行了全面調查和綜合分析，發現動車組蛇形運動到一定程度后，致使安裝在動車上的橫向加速度裝置超限報警，造成動車組自動停車，究其原因主要有3個方面。

1.1 軌道幾何尺寸不良 軌向、軌距及其順坡率等軌道幾何尺寸不良，造成動車組蛇形運動，致使鋼軌光帶不規則變化，是發生橫向加速度報警的主要原因之一。

1.1.1 軌距順坡率不順和軌向超限 靜態檢查發現軌距超1～1.5 mm有185處，大于1.5 mm有47處（最大2.6 mm），小于-1 mm有581處（最小-2.2 mm），水平大于1.5 mm有15處（最大2 mm）；軌距變化率有3處超標（k1540.560，k1542.030，k1543.033），軌距最大偏差+2.6 mm、-2.2 mm，水平最大偏差1.8 mm；左軌向1處超標（k1543.031）。結合動檢車、確認車動態檢測數據分析，該區段扣分絕大部分為水平加速度，其次為軌距變化率，水加Ⅲ級報警數量最多的出在k1552（共有30處），其次出在K1545；報警峰值最大的出在k1546（0.09g），其次出在k1545和k1552；從報警數量及峰值大小看，k1545，k1546，k1548和k1552處最為嚴重。

1.1.2 焊縫平順度超標 現場采用1.5 m平直尺測量下行線k1543～k1549+530焊縫及焊縫前后1m處軌頂面、作用邊的平順度，每個焊縫測量6個點，軌端R80處加測1個點。共計調查焊縫122個，其中不合格69個占56.6%，最大峰值-0.5 mm，0.6 mm。作用邊-0.4 mm以上的有15個（最大-0.5 mm），-0.3～-0.4 mm的有17個；軌頂面0.4 mm及以上的有3個（最大0.5 mm），0.3～0.4 mm的有8個。由于焊縫平順度較差，對車體運動的影響較大，不難推算出：1 m弦長量得焊縫矢度為0.1 mm，相當于動車組運行在半徑為1250 m的曲線上；這樣也加劇了動車組蛇形運動，造成鋼軌光帶不規則變化問題突出，如下行線k1543+000～k1545＋700光帶寬度達50～55 mm（如圖1），且部分區段存在2條光帶現象（如圖2）。

1.1.3 施工工藝問題影響 京廣高速鐵路施工時的工具軌長度為12.5 m，從軌距、軌向和高低軌道不平順譜分析，發現存在12 m左右的譜峰，軌向譜峰較大，該譜峰與施工工具軌長度一致，與動車在330 km/h時測試車輛構架振動頻率6～8HZ比較，波長一致，且與車輛構架振動波長相近，因此極易產生動車共振現象。

圖1 下行k1544＋680上股55mm寬的光帶

圖2 下行k1549+700上股的2條光帶

1.2 鋼軌輪廓狀態不良 鋼軌輪廓尺寸及形狀不良，必然造成輪軌關系不匹配，是動車組蛇形運動加劇，產生橫向加速度報警的又一主要原因。

經調查，該段上行線為包鋼2008年12月至2009年2月生產的鋼軌；下行線為鞍鋼2008年12月至2009年2月生產的鋼軌。抽查發現軌冠不飽滿，在軌端R300 m圓弧（距作用邊20 mm）處低0.2～0.3 mm，在這種軌廓狀態下，軌距角提前受力。因此，影響輪軌關系，加劇動車組蛇形運動幅度，造成橫向加速度報警現象的發生。

1.3 動車車輛狀況不良 動車車輛結構、車輪磨耗等不良因素，造成輪軌關系不匹配，是動車組蛇形運動加劇，產生橫向加速度報警的重要原因。

1.3.1 動車車體自重影響 動車變壓器車構架橫向加速度超標報警，均發生在車體自重最大（比其它車輛的車體自重大5t）的7號車二位轉向架上；6號車和7號的車輪磨耗主要集中在踏面部位，輪緣磨耗很小；運行18萬公里后，6號車的踏面磨耗量為0.3 mm左右，7號車的踏面磨耗量為0.6 mm左右（比6號車大1倍左右）。由此表明，車體自重大造成車體重心變化，加劇了車體搖擺程度，對車輪磨耗和橫向加速度產生了一定影響。

1.3.2 車輪磨耗對車輛臨界速度造成很大影響 根據西南交通大學測試結果對車輛進行分析：

1）在京津線路譜激擾下，6號車新輪狀態下的臨界速度是602.5 km/h，磨耗輪狀態下的臨界速度是512.3 km/h，下降了15%；7號車新輪狀態下的臨界速度是621.5 km/h，磨耗輪狀態下的臨界速度是481.2 km/h，下降了22.5%；

2）在德國低干擾譜激擾下，6號車新輪狀態下的臨界速度是586.7 km/h，磨耗輪狀態下的臨界速度是489.5 km/h，下降了16.6%；7號車新輪狀態下的臨界速度是591.7 km/h，磨耗輪狀態下的臨界速度是433.1 km/h，下降了26.8%；

3）在美國六級譜激擾下，6號車新輪狀態下的臨界速度是556.3 km/h，磨耗輪狀態下的臨界速度是452.6 km/h，下降了18.6%；7號車新輪狀態下的臨界速度是562.1 km/h，磨耗輪狀態下的臨界速度是386.7 km/h，下降了31.2%。

通過上述對比可以發現：軌道激擾越大，車輛系統的臨界速度越低；在新車狀態下，7號車的臨界速度比6號車大一些，而在磨耗狀態下，7號車的臨界速度反而比6號車小，這說明車輪磨耗狀態對車輛臨界速度影響較大。

1.3.3 車輛本身構造影響 CRH3型動車的原型車為德國ICE-3型車，原型車車輪內側距為1 360 mm，而CRH3型車為適應國情統一改為1 353 mm，相應輪軌游間原設計的10 mm，變成為16 mm，導致輪軌游間較大，一旦車輛蛇形失穩，其橫向振幅及輪軌橫向力也較大；同時德國線路軌底坡為1：20，鋼軌為UIC60軌，其軌頭圓弧半徑與我國60 Kg/m鋼軌不同，CRH3型車車輪踏面輪廓與原型車也略有不同，導致輪軌接觸點和等效錐度發生改變，相應CRH3型車動力學性能也與原型車不同；該車在一定速度和特定軌道不平順及干擾譜下，產生臨界蛇形橫向共振，裝有變壓器的車體更容易產生橫向共振現象。

2 整改措施

2.1 軌道幾何尺寸精調 結合精測資料和編制的精調方案，現場組織對下行1545323006#～008#軌枕、1545325061#～069#軌枕、1545333034#～038#軌枕這3處軌向、軌距遞減率不良處所進行了精調，其中 1545323006#～008#軌枕中線向右調整 1 mm，1545325061#～069#軌 枕 中 線 向 左 調 整 1 mm，1545333034#～038#軌枕向右調整1 mm，最大調整量2 mm，共調整了32套扣件，嚴格將軌向控制在1 mm、軌距遞減率控制在0.5‰以內。經動檢車檢測，未出現軌向、軌距Ⅰ級扣分，確認車未發生水加Ⅱ級扣分。

2.2 鋼軌打磨 針對現場光帶分散，且軌距角提前受力影響輪軌關系的現狀，制定了通過增加軌距角切削量來改善輪軌接觸關系致使光帶居中的打磨方案。即使用PGM-96C1型打磨車進行2遍打磨，第1遍采用23#模式（40℃～5℃、-1℃～-10℃）重點解決軌距角切削量不夠，速度16 Km/h；第2遍選用25#模式（46°～-10°）進行全斷面拋光，速度18Km/h，將表面粗糙度控制在10 um以下。2次打磨的軌距角切削量嚴格控制在0.3 mm以內，全斷面打磨量控制在0.1 mm以內。鋼軌經打磨后軌廓達到了理想效果，軌距角明顯得到了優化（如圖3、圖4所示）。

圖3 鋼軌打磨前后直線軌廓對比

圖4 鋼軌打磨前后緩圓點軌廓對比

同時，打磨后光帶全部居中，且帶寬均勻較直，車輛震動和橫向加速度明顯改善；動檢車成績有所提高，垂加、水加波形明顯改善（見圖5、圖6所示）。動檢車檢測一級103個，減少43個（減少29.4%），二級2個，減少3個（減少60%），TQI 3.15，平均每千米扣10.3分。

圖5 K1548+700-K1549+000打磨前后垂加對比圖

圖6 K1548+600-K1549+100打磨前后水加對比圖

2.3 動車組車踏面鏇修 針對動車組車踏面磨耗問題，我們立即組織對動車組7號車踏面進行了鏇輪修理。動車組7號車踏面鏇修后橫向加速度明顯減少。線路測試指標見表2，橫向加速度分布數量對比見表3。

表2 線路測試指標最大值比較

表3 線路構架橫向加速度分布數量對比

3 結束語

經過1年多來的運營，動車組未再發生因橫向加速度報警自停現象。實踐證明，我們對動車組橫向加速度報警自停原因分析是準確的，使用PGM-96C1型打磨車按23#、25#模式方案，通過加大軌距角切削量（0.3 mm），改善接觸輪軌關系，結合對動車組車輛踏面旋修來整治動車因橫向水加報警自停的措施及整治工藝是行之有效的。

無砟軌道施工采用12.5 m工具軌，若未按要求上夾板，可能造成無砟軌道施工初凝階段在工具軌接頭處兩端沉降變形不一致，形成周期性的設備缺陷與軌距、軌向和高低軌道不平順正弦波，與車輛構架振動波長相近，極易形成共振源，需對高鐵施工工藝進行改進。同時，還應制定軌底坡誤差標準，以減少鋼軌鋪設后的扭曲。