探討鋼軌打磨對高速動車組運行性能的影響

摘要：高速動車組的運行性能與輪軌接觸情況有直接關系，輪軌接觸效果作為影響動車動力學性能的核心因素，可以在鋼軌打磨中得到性能優化。本文對鋼軌打磨進行分析，并結合實際對高速動車組鋼軌打磨的運行性能影響提出個人看法，希望為關注鋼軌打磨的人群提供參考。

關鍵詞：鋼軌打磨;高速動車組;動車運行性能

引言：鋼軌打磨是提高高速動車組運行質量的重中之重，通過對鋼軌打磨展開研究，能夠為高速動車組運行質量優化提供參考，避免動車因為輪軌接觸質量不佳而影響到運行效果。因此，有必要對鋼軌打磨問題進行分析，以此來提高高速動車組的運行效果。

一、鋼軌打磨綜述

高速動車組在運行過程中，輪軌接觸情況將會嚴重影響到車輛的動力學性能，鋼軌打磨作為能夠優化輪軌關系的重要因素，能夠有效提高車輛的運行穩定性，避免行車問題的發生。很多學者都有專門針對鋼軌打磨所帶來的影響進行研究，并在研究中證明了鋼軌打磨為性能帶來的正面影響。因此只要能夠針對鋼軌打磨效果進行優化，就可以為高速動車組提供更好的運行環境，進而提高動車的整體運行質量。

鐵道線路的作用就是運行車輛提供運行基礎，以此來保證車輛能夠穩定、快速運行。鐵路線路基礎中的軌面條件、軌頭形狀等性能參數都將會影響到動車的運行效果。其中軌面還會在車輛行駛期間直接接觸車輪，若無法在車輛運行時為其提供良好的運行空間，就會導致動車的運行狀態受到嚴重影響。因此要通過鋼軌打磨的方式來提高動車運行時的平順性。需要注意的是，高速動車在提速之后，車輪將會對輪軌接觸面的振動有更高要求，如果單純依賴更換鐵路鋼軌的方式來克服影響，就無法讓高速動車組獲得穩定的運行空間，而且打磨不平順的鋼軌將會導致經濟性受到影響。對于高速動車組而言，鋼軌打磨不僅是一種提高運行效果的方法，更是提高鐵路運行經濟性的關鍵，因此必須強化對于鋼軌打磨技術的研究，以此來為高速動車組的鐵路運行提供幫助。

二、鋼軌打磨的作用分析

（一）優化輪軌接觸

高速動車在運行中，屬于由各種獨立運動疊加出的復雜運動現象。高速動車在運行期間，中軸在偏離線路中軸后，就會在高差的作用下出現向心力，此時偏離中軸的動車便會逐漸返回線路中軸。若垂直磨損超過了5mm，則動車偏離中軸后產生高差便難以實現中軸返回，即無法滿足設計要求。此時生成的向心力便會削弱，進而影響到動車的運行質量。因此為了提高動車運行效果，就需要通過鋼軌打磨的方式來優化輪軌的接觸效果，進而提高車輛運行質量[1]。

（二）輪軌接觸垂直縱平面調整

很多專家學者在研究中發現，鋼軌打磨能夠針對踏面廣泛存在的不平順問題進行削峰平谷。這種情況的表現方式為降低波深、增加波長，因此通過鋼軌打磨對鋼軌性能進行優化與調整，能夠為高速動車組的正常運行提供非常多的幫助。

三、鋼軌打磨對高速動車組運行性能的影響

（一）工程分析

在A鐵路線的個別直線區段以及大半徑曲線區段，鐵路鋼軌的內側有非常明顯的側磨痕跡，高速動車組在經過側磨區段時，由于存在水平加速度超限的情況，而且有時還會出現車體晃動的問題，所以需要針對動車運行狀態進行研究。通過利用動力學分析軟件建立動力學模型，能夠實現對高速動車組的運行情況的掌握，進而為高速動車組的運行提供幫助。

1.問題分析

為了解決運行問題，為高速動車組創造良好的運行條件，需要針對動車組異常運行區段進行測試，通過分析車體前后端、左右側地板面的加速度情況，以此來為后續的各項工作提供數據支撐。在測試期間發現動車車體前、后端的橫向振動具有約90°的相位差，而左、右側的垂向振動則具有約180°相位差，車輛在運行時需要同時面對搖頭、側滾帶來的影響。通過對現場調查與鋼軌廓形參數進行分析，可以發現車體晃動區段的鋼軌光帶不良，左右股廓形具有相對較大的差異性，這種差異性將會在一定程度上影響到動車輪軌接觸質量。A鐵路線的高速動車組所使用的是不銹鋼車體，這種車體的氣密性相對較差，而且在經過晃車區段時，還將會影響到動車的乘坐效果。

2.解決對策

通過對鋼軌廓形實際參數、設計參數進行比對后發現。鐵路側磨的一其鋼軌外部整體偏高而內側偏低。軌肩高廓形未發生側磨現象，而較低廓形一側卻存在側磨問題。因為光帶寬窄交替區段分布較廣且周期較短，所以鐵路原有的銑磨車難以直接進行分段處理，若利用道岔打磨車來處理鋼軌磨損，則需要分段施工的區域將會變得非常多，打磨效率無法得到保障。因此為了保證打磨質量，可以在確定鋼軌打磨方案時采用貫通處理的方式，以此來保證打磨結束后的鋼軌廓型參數滿足鐵路的實際需求。A鐵路在進行鋼軌打磨后，高速動車組、異常區段的輪軌接觸初始等效錐度便由0.007變成了0.032，經過優化后的輪軌接觸質量將會大幅提高車輛運行效果，并增加了動車組的運行穩定性。

（二）動車車體晃動與軌側異常接觸分析

1.蛇形運動簡述

從鐵路區段現場的規模與廓形能夠發現，線路交替側磨區段存在蛇形運動的痕跡，鐵道車輪由于踏面形狀問題，因此在沿著鋼軌進行滾動式往往會出現橫向運動伴隨繞鉛錘軸轉動的耦合情況，這便是蛇形運動。蛇形運動將會影響到動車的運行品質。

2.高速動車組蛇形頻率

自由輪對蛇形運動是最為簡單的一種蛇形運動，當自由輪對在無約束的情況下均速運行時，輪對將會沿著y軸進行轉動、橫移等運動，自由輪對可以利用SIMPACK軟件構建動力學仿真模型，模型能夠針對輪軌接觸情況進行分析與處理，此時便可以導入實測鋼軌廓形，改變車輛運行參數，以此來完成對蛇形運行特征的仿真計算。采用SIMPACK軟件構建的仿真模型能夠完成對自由輪對參數的對比，通過調整初始鋼軌廓形以及運行速度等各種性能參數，能夠實現對蛇形運動特征的分析。除此之外，彈性以及完全剛性定位轉向架等都可以通過仿真模型構建來強化對運行狀態的分析，合理利用仿真模型便可以掌握高速動車組的運行情況。對于動車組而言，作為多體系統，各個部件的復雜作用力是模型需要考慮的核心影響因素。

3.仿真模型結果

通過針對自由輪對、彈性、完全剛性轉向架的仿真模型進行分析，可以發現當動車組在達到260km/h后，經過打磨前的廓形區段就會出現共振問題，并影響到平穩性與舒適性，而在打磨結束后，則車體共振效果將會有所降低，即便車速達到320km/h，共振也不會影響到動車的穩定性。鐵路區段的鋼軌打磨將會有效提高高速動車組的運行穩定性與運行效率，打磨前后的動車組運行效果將會發生明顯變化，鋼軌打磨能夠讓廓形與設計擬合程度變得更加接近，增加光帶合理性，輪軌接觸關系在改善后，能夠為動車組提供更好的運行空間[2]。

結論：總而言之，鋼軌打磨是保證高速動車組運行效果的關鍵，鐵路廓形將會在長期使用中逐漸磨損，進而影響到高速動車組的運行穩定性。相信隨著更多人意識到鐵路鋼軌打磨的重要性，高速動車組的運行質量一定會有所提高。

參考文獻：

[1]李貴宇，張志波，梁海嘯，等.鋼軌打磨對高速動車組運行性能的影響[J].中國鐵路，2021（11）：51-56+15+42.

[2]姚遠，張紅軍，羅赟.輪對縱向定位誤差對高速動車運行性能的影響分析[J].鐵道車輛，2019，4.7（06）：8-10+32+47.

作者簡介：張少亭（1985.5—），男，漢族，內蒙古呼和浩特，本科，助理工程師，研究方向：電氣工程及其自動化。