地鐵車輛振動(dòng)異常問題探討

摘 要：城市地鐵運(yùn)行技術(shù)和車輛性能雖然越來越成熟，但車輛異常振動(dòng)仍是地鐵行業(yè)中的一大困擾。文章通過車輛本身和行車路況兩者之間的聯(lián)系，對(duì)地鐵發(fā)生異常振動(dòng)的實(shí)質(zhì)因素進(jìn)行分析，并提出了一些解決措施以助于地鐵安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛；振動(dòng)因素；改進(jìn)

1 產(chǎn)生振動(dòng)的理論分析

1.1 地鐵振動(dòng)的主要來源

地鐵產(chǎn)生的振動(dòng)主要來源于地鐵列車輪對(duì)與鋼軌間的相互作用，長(zhǎng)時(shí)間的相互作用力會(huì)使輪軌發(fā)生磨損，有的列車輪子會(huì)出現(xiàn)失圓甚至產(chǎn)生扁疤的現(xiàn)象，鋼軌也會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)期磨損而產(chǎn)生波浪型損耗。在地鐵運(yùn)行的過程中，車輪和鋼軌之間產(chǎn)生的相互作用力會(huì)造成車輛和鋼軌、道床之間的振動(dòng)，主要包含兩種情況：一種是橫向振動(dòng)，是由于輪軌之間橫向縫隙和車輪在軌道方向水平運(yùn)行不穩(wěn)定的作用力下產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)，在慣性的作用下，車輪會(huì)產(chǎn)生不改變其運(yùn)動(dòng)方向的情況，從而會(huì)產(chǎn)生偏移軌道中心線的趨勢(shì)；另一種是垂向振動(dòng)，豎向振動(dòng)的產(chǎn)生是由于隨機(jī)性激勵(lì)（軌道不平）、周期性激勵(lì)（車輪偏心）和輪軌之間發(fā)生碰撞等引起的。

1.2 地鐵振動(dòng)的傳播情況

地鐵振動(dòng)的傳播是一種很復(fù)雜的波動(dòng)現(xiàn)象，包括縱波、橫波和表面波，其中以表面波占主導(dǎo)地位。傳播過程當(dāng)中，波的能量會(huì)有所擴(kuò)散被各種不同介質(zhì)吸收，由于傳播介質(zhì)不同，地鐵產(chǎn)生振動(dòng)會(huì)發(fā)出不同程度的噪聲，這種噪聲被分為空氣聲和固體聲兩種形式。所謂空氣聲就是通過空氣進(jìn)行傳播的噪聲，而列車軌道系統(tǒng)撞擊震動(dòng)通過軌道、道床、隧道和鋼筋混凝土等傳播到地表建筑物上引起的振動(dòng)被稱為固體聲。

2 產(chǎn)生振動(dòng)的主要因素

2.1 列車本身方面

在車輛結(jié)構(gòu)方面的影響振動(dòng)因素有車輪偏心和車輪材質(zhì)不均等。另外，車輛上的一些輔助設(shè)備（動(dòng)力設(shè)備、電氣設(shè)備、牽引電機(jī)、空調(diào)）等產(chǎn)生的振動(dòng)也對(duì)車輛產(chǎn)生振動(dòng)有一定的影響。

衡量車輛振動(dòng)大小的重要指標(biāo)之一就是振動(dòng)加速度，因此，通過對(duì)車輛運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)加速度的檢測(cè)對(duì)車輛振動(dòng)進(jìn)行評(píng)估，如圖1所示，在車輛不同位置安裝傳感器（振動(dòng)加速度）。圖1（a）中傳感器安裝于軸箱位置，可直接測(cè)出輪軌的加速度；圖1（b）當(dāng)中的傳感器安裝于車廂上，可測(cè)出經(jīng)一、二系簧減振之后的加速度；圖1（c）中的傳感器安裝于轉(zhuǎn)向架上，可測(cè)出經(jīng)一系簧減振之后加速度。通過對(duì)以上三個(gè)位置進(jìn)行檢測(cè)，真實(shí)地反映出了車輛的初始振動(dòng)以及最終的振動(dòng)。可通過車輛在運(yùn)行時(shí)振動(dòng)加速度進(jìn)行檢測(cè)來評(píng)估車輛的振動(dòng)情況。

2.2 行駛路線方面

2.2.1 低接頭影響

低接頭發(fā)生壓堆、破損及馬鞍型狀況，會(huì)增加車輛的沖擊力。接頭搗固不實(shí)存在空吊板、接頭抗壓的承受力減弱、軌枕失效以及軌縫過大、還有軌頭不平等都是造成車輛振動(dòng)的主要因素，也是車輛的垂向加速度變大的直接原因。

2.2.2 波磨影響

鋼軌波磨指的是軌頭頂面及側(cè)面的波浪形因磨損不均產(chǎn)生的變形，波磨范圍越大，影響也會(huì)大。這樣會(huì)使鋼軌的更換量和軌道維護(hù)產(chǎn)生的費(fèi)用增加，進(jìn)一步引發(fā)噪聲污染等環(huán)境問題，也限制了列車的提速車速問題，對(duì)行車安全埋下了了安全隱患。

2.2.3 曲線超高

車輛行駛于曲線軌道上會(huì)產(chǎn)生平衡離心力，在曲線軌道設(shè)超高，借助車子自身重力及水平分力來抵消離心力，以滿足內(nèi)外兩股鋼軌均勻受力。垂直磨耗基本相等使得離心加速度減小，以達(dá)到增加乘客的舒適感，并提高列車在全線路穩(wěn)定、安全的行駛。

3 測(cè)試數(shù)據(jù)

根據(jù)TB/T2360-93《鐵道機(jī)車動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)鑒定方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》和GB5599-85《鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》對(duì)加速度試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。按6s為一個(gè)分段，分別計(jì)算了每個(gè)通道每段中的平均值、峰值和谷值。對(duì)所有數(shù)據(jù)均采用高通濾波以消除曲線信號(hào)、零漂和趨勢(shì)項(xiàng)的影響，并采用帶阻濾波消除50Hz工頻干擾。其中軸箱和牽引電機(jī)相關(guān)通道加速度最大值，方差和均方根值計(jì)算結(jié)果如表1所示。從測(cè)試結(jié)果和表1所處理的通道而言：軸箱橫向加速度最大值為13.3g，縱向加速度最大值為19.7g，軸箱垂向加速度最大值為43.7g；電機(jī)橫向加速度最大值為5.3g，電機(jī)縱向加速度最大值為5.9g，電機(jī)垂向加速度最大值為4.6g。數(shù)據(jù)表明，深圳地鐵一號(hào)線測(cè)試列車轉(zhuǎn)向架軸箱振動(dòng)情況正常，而由于此型號(hào)牽引電機(jī)抗振設(shè)計(jì)邊界條件為各方向5g，若經(jīng)常工作在5g以上的環(huán)境勢(shì)必影響其使用壽命。

4 地鐵振動(dòng)的解決措施

4.1 對(duì)列車進(jìn)行合理改進(jìn)

（1）對(duì)車輛的一、二系簧剛度值及阻尼系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，車輛的垂向振動(dòng)以及對(duì)軌道的作用力與轉(zhuǎn)向懸掛一系、二系彈簧裝置，選擇適當(dāng)參數(shù)以減小車體振動(dòng)的加速值來減少地鐵車廂的振動(dòng)。（2）對(duì)牽引和制動(dòng)參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置，來改善地鐵在進(jìn)站或出站時(shí)因急劇變化產(chǎn)生的輪軌作用力對(duì)軌道造成波磨的不良影響。（3）正確調(diào)整地鐵的運(yùn)行速度，避免因轉(zhuǎn)彎速度不穩(wěn)定、輪軌應(yīng)力不集中給軌道帶來損害，也應(yīng)注意因速度太快引起的車輛劇烈跳動(dòng)。

4.2 對(duì)軌道進(jìn)行合理改進(jìn)

（1）加強(qiáng)對(duì)軌道打磨的周期和時(shí)間，對(duì)波磨發(fā)展快的區(qū)段要注重周期性的打磨，消除軌道的頂面的不平順現(xiàn)象，來減小振動(dòng)。（2）鋼軌低接頭區(qū)段進(jìn)行處理，用自動(dòng)化鋼軌線上焊修設(shè)備可消滅軌道的焊接部位不平順的情況，減小車輪對(duì)軌道沖擊力量來減少振動(dòng)。

5 結(jié)束語

隨著人們對(duì)生活質(zhì)量和居住環(huán)境要求的不斷提高，地鐵振動(dòng)所引發(fā)種種危害俞加凸現(xiàn)。因此，城市地鐵大興修建的同時(shí)，應(yīng)該做好遠(yuǎn)期規(guī)劃，并在施工過程中，積極采取多種避振和隔振措施。另外，地鐵振動(dòng)的輻射范圍以內(nèi)的建筑要做好加固基礎(chǔ)，采取彈性元件來進(jìn)行隔振等措施。城市交通發(fā)展離不開地鐵，因此，要?jiǎng)?chuàng)造科學(xué)、合理及健康的環(huán)境共人們居住，需要有關(guān)部門共同努力和政府管理部門來監(jiān)督，也需要廣大居民乃至全社會(huì)的共同關(guān)注，才能控制地鐵振動(dòng)給人類居住環(huán)境帶來的負(fù)面影響。

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