軌檢車車體橫向加速度的判定與分析

陸賢斌　中國鐵路上海局集團有限公司工務處

1 前言

軌檢車是當今軌道檢查最為科學準確的檢測工具，是指導工務部門養護維修的重要依據。隨著線路狀態的不斷提升，軌檢車的檢查數據也有大幅度的改善，同時軌檢車檢測數據各項扣分的比重也發生了明顯的變化。

以前軌檢車的檢測數據主要以幾何尺寸為主，三角坑、高低、軌向、軌距為主要扣分項目；但隨著線路質量的不斷提升，幾何尺寸扣分有了明顯的下降，然而橫向加速度的扣分比重卻有明顯的上升，現就通過分析軌檢車橫向加速度出分的原因來減少橫向加速度扣分。

軌檢車的橫向加速度是反應車體運行過程中水平受力的綜合指標，其大小不僅受線路的幾何尺寸影響，還與線路的曲線參數，鋼軌狀態和列車的運行情況等有關。現結合檢測車波形圖對橫向加速度進行判定和分析，針對不同線路狀態，找出合理的整修方法從而減少橫向加速度扣分。

2 曲線地段

曲線地段是橫向加速度出分最多的地段，占了橫向加速度整體扣分的一大半以上。由于我國既有線客貨混運的特征，曲線超高的設置本身就會造成橫向加速度扣分，關于該部分橫向加速度扣分的取舍，現結合軌檢車檢查中的實際情況加以分析。

2.1 曲線地段無幾何尺寸病害時

如圖1為曲線超高引起橫向加速度的波形圖，該段線路基本沒有幾何尺寸扣分，但出現了大量的0.07g左右的橫向加速度扣分，現就這些橫向加速度扣分進行分析。

我國工務部門常用的超高設置公式為：（1）式中：h--曲線的設置超高(mm)；

R--曲線半徑(m)；

v--通過列車的平均速度(km/h)。我國的既有線具有客貨混運的特點，所以在設置曲線超高的時候既要滿足高速客車，同時也要考慮低速貨車。在設置曲線超高時，平均速度應為該曲線一晝夜所有通過列車速度的加權平均數。同時曲線超高的設置必須滿足《維規》中規定的線路允許速度、列車平均速度對過(欠)超高和的要求。

圖1 超高引起橫向加速度的波形圖

如圖1所示，當軌檢車通過曲線時，產生的橫向加速度為：

式中：h--曲線的超高(mm)

g--重力加速度；

s--兩鋼軌中心距。

通過公式(1)和(2)得，曲線欠超高：

考慮到車輛彈簧系數，我們假設為β，一般取值為0.2：

從公式我們可以得出，每13個mm的過（欠）超高就會對列車產生0.01g的橫向加速度。在2006版《鐵路線路修理規則》中規定，未被平衡的欠超高不應大于75mm，困難情況下不應大于90mm，但允許速度大于120km/h線路個別特殊情況下不應大于110mm；未被平衡的過超高不應大于30mm，困難情況下不應大于50mm，允許速度大于160km/h的線路個別特殊情況下不應大于70mm。而軌檢車橫向加速度扣分I級為 0.06g，II級為 0.09g，III級為 0.15g如表1。

表1 過（欠）超高對應橫向加速度表

從表1我們可以看到，在欠超高允許范圍內，就有可能產生I級的橫向加速度，有些特殊地段接近II級超限；在過超高特殊情況時，也會產生接近I級的橫向加速度。圖1的波形圖就是軌檢車通過曲線時，由于過超高產生的橫向加速度，結合實際檢測情況，我們發現橫向加速度往往略大于表1的理論值。對于該部分的橫向加速度，軌檢車工作人員可以適當的刪除部分I、II級橫向加速度。由于超高的設置條件，工務部門不能避免該橫向加速度扣分，但針對這樣的曲線，應盡量將圓曲線做圓順，從而減少橫向加速度的扣分個數，降低扣分。

2.2 曲線地段出現軌向超限時

如圖2為當曲線地段出現軌向超限時，引起橫向加速度扣分的波形圖。

圖2 軌向引起橫向加速度的波形圖

為了方便對橫向加速度的分析，我們可以把曲線和軌向對軌檢車產生的橫向加速度分開計算，而實際的橫向加速度為兩者的疊加效果。

曲線對軌檢車產生的橫向加速度為：

軌向對軌檢車產生的橫向加速度，我們可以將軌向看作是另一段曲線，根據（fy、λ、R均以m計)，得出R=500λ2/fy。

式中，fy--軌向不平順值，mm；

R--曲線半徑，m；

λ--軌向半波長，m。根據圓周運動原理，在此處產生的橫向加速度為

式中的a為軌向產生的實際水平加速度，g；v為軌檢車速度km/h；fy為軌向不平順，mm；β為彈簧附加系數，一般取0.2；λ為軌向不平順的半波長，m。

為了更直觀的了解軌向產生橫向加速度的大小，我們假設軌向的半波長為5m，120區段的速度我們取110km/h,160區段的速度我們取140km/h，根據《維規》中的 I、II、III級軌向的超限可算出產生的橫向加速度．見表2。

表2 軌向對應的橫向加速度表

當曲線上出現軌向時，對軌檢車產生的橫向加速度為：

結合表1和公式我們發現，當曲線上出現軌向超限時，必然會產生較大的橫向加速度，所以在日常養護中，應特別注意曲線上軌向病害的防治。

2.3 曲線地段出現軌距超限時

由于我國既有線客貨混運，每條曲線對于通過列車不可避免的存在過超或欠超的問題，這也導致了大部分曲線側磨嚴重，曲線位置大軌距病害較為普遍。曲線上的大軌距是造成曲線橫向加速度扣分的主要原因。如圖3曲線地段大軌距引起橫向加速度的波形圖，圓曲線部分普遍存在8mm左右的大軌距，列車通過時，產生大量0.09g左右的橫向加速度超限。

圖3 大軌距引起橫向加速度的波形圖

軌距超限對列車產生的橫向加速度類似于軌向，計算公式為：

同樣我們假設軌向的半波長為5m，120區段的速度我們取110km/h,160區段的速度我們取140km/h，根據《維規》中的I、II、III級軌向的超限可算出產生的橫向加速度（見表3）。

表3 軌距對應橫向加速度表

當曲線上出現軌距時，對軌檢車產生的橫向加速度為：

結合實際檢測，我們發現軌距的波長往往較長，所以產生的橫向加速度往往比表2的數據小，但當曲線位置出現大軌距時，由于兩者的疊加，也會產生大量的橫向加速度扣分。曲線位置由于大軌距引起的橫向加速度扣分是我們日常檢查中橫向加速度主要的出分原因。對于該部分的橫向加速度，應盡量減小大軌距超限，對于側磨嚴重的曲線應及時更換，同時盡量將曲線做順，從而減少橫向加速度扣分。

2.4 曲線地段出現水平超限時

當曲線地段出現水平超限時，如圖4為曲線地段高低引起橫向加速度的波形圖，圓曲線上有一處8mm的高低超限，同樣把曲線和水平對軌檢車產生的橫向加速度分開計算。

圖4 水平超限引起橫向加速度的波形圖

曲線對軌檢車產生的橫向加速度為：

曲線上的水平對軌檢車產生的橫向加速度我們可以把水平看做曲線上的過（欠）超高對列車產生的橫向加速度，根據圓周運動原理產生有水平加速度(a以m/s2計)，把(v以km/h計,)代入上式得水平加速度為：；考慮機車彈簧壓縮則實際水平加速度為

根據《維規》中的水平的I、II、III級超限，得表3

表4 水平超限對應橫向加速度表

所以曲線上出現水平超限時，對軌檢車產生的橫向加速度為：

相對軌向和軌距來說，水平產生的橫向加速度相對較小，但由于曲線本身過超或欠超對列車產生了一定的橫向加速度，再疊加水平超限產生的橫向加速度，同樣有可能產生橫向加速大值超限。

2.5 曲線地段出現軌向、軌距、水平逆相位復合不平順時

當曲線地段同時出現軌向、軌距、水平超限中任意逆相位復合不平順時，這時我們應該特別注意，由于橫向作用力的相互疊加，往往會產生橫向加速度大值超限。如圖5為曲線地段復合不平順引起橫向加速度的波形圖及對應超限。

圖5 復合不平順引起橫向加速度的波形圖

圖6 復合不平順及橫向加速度扣分

從圖5和圖6我們發現，在曲線上同一地點同時出現軌距、高低、軌向的逆相位復合不平順時，雖然幾何尺寸超限都只有Ⅰ、Ⅱ級，但疊加的橫向加速度卻達到了0.17g的Ⅲ級超限。曲線上出現逆相位復合不平順時，其計算公式為：

當曲線上出現逆相位復合不平順時，由于產生的橫向加速度的相互疊加，往往會產生Ⅲ級超限，所以工務部門應特別重視曲線地段逆相位復合不平順的整治，避免大值超限。

3 直線地段

直線地段橫向加速度相對來說比較少，但一旦出現橫向加速度大值，就應特別注意。由于單一的水平不平順不會對列車產生橫向加速度，所以直線地段的橫向加速度主要是由軌向、軌距以及逆相位復合不平順引起的。直線地段由于軌距、軌向以及逆相位復合不平順引起的橫向加速度的計算公式我們可以參照曲線地段的計算公式。其中以逆相位復合不平順引起的橫向加速度最為嚴重。

4 道岔地段

道岔地段也是經常產生橫向加速度的主要處所，從日常檢查中發現，當軌檢車高速直向或側向通過道岔時，往往會產生不同程度的橫向加速度，這主要和道岔地段相對復雜的結構病害有關。

當軌檢車直向通過道岔時，橫向加速度主要是由道岔的結構病害造成的，主要有基本軌曲折點不符合標準，尖軌不密貼，護軌方向不順等，除了結構病害，道岔上的軌向也是引起橫向加速的的主要原因

當軌檢車側向通過道岔時，往往會產生比較大的橫向加速度，如圖7為列車側向通過道岔時出現橫向加速度的波形圖。

圖7 側向過岔引起橫向加速度的波形圖

這種情況在我們平時的檢測中經常遇到。側向過岔的運動軌跡類似于一條曲線，我們可以看作是列車通過曲線來計算產生的橫向加速度，公式為：，由于重力的水平分力幾乎為零，所以列車產生的向心加速度a即為橫向加速度。當通過道岔的速度過快時，必然產生較大的橫向加速度。

5 結論

（1）橫向加速度的扣分主要集中在曲線上，由于我國既有線客貨混運，曲線本身的超高設置就可能引起橫向加速度Ⅰ級超限。

（2）當曲線上出現幾何超限時，其產生的橫向加速度與超高引起的橫向加速度相互疊加，造成橫向加速度大量扣分。其中曲線上的大軌距超限是引起橫向加速度扣分最多的幾何超限。

（3）在日常檢查中，應特別注意逆相位復合不平順，由于橫向加速度的相互疊加，Ⅰ、Ⅱ級的幾何超限往往會產生橫向加速度大值，特別是曲線地段的逆相位復合不平順。

（4）道岔地段經常出現橫向加速度大值超限，主要原因是道岔的結構病害以及側向過岔速度過快引起的，在日常檢查中，應特別注意道岔區段的檢查。

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