线路晃车90%源于轨向,就是说轨向是导致晃车的主要原因,在一处轨向的晃车中两轨道间再存在逆向水平,这种逆相位的水平会加剧晃车,而且对线路平顺性的破坏也相应的加大。犹如车辆行驶在没有超高的曲线上,无法平衡的离心加速度会使列车冲出轨道,造成列车侧翻。所以在线路养护过程中一定要重视轨向水平逆向复合不平顺病害,减少线路晃车,保证行车安全。
1.轨向水平逆向复合不平顺的定义
在晃车的形成与发展中,复合不平顺是引起晃车的一个主要因素。在轨道同一位置上,垂向和横向不平顺共存形成的双向不平顺称为轨道复合不平顺。轨向、水平逆向复合不平顺是指在线路同一位置既有轨向不平顺又有水平不平顺,并且轨道臌曲方向与高轨位置形成反超高状态。这种病害会加剧列车侧滚、侧摆和横向加速度,现场存在较为普遍,这种逆向组合不仅对行车安全极为不利,是列车脱轨的主要因素,而且影响旅客舒适度,是添乘仪产生水平加速度晃车的主要原因。轨检车波形图图示:
由图例分析此处线路为典型的2处轨向与水平的逆向复合不平顺病害,在线路两股钢轨水平正值为左股钢轨高,列车运行过程中重心向右移动,产生向右的水平加速度;同一位置左右轨向向下的波形显示现场存在为向右的轨向,列车运行过程中重心同样向右移动,同样产生向右的水平加速度,同一位置这两个向右的水平加速度势必叠加在一起,加剧列车向右横向晃动。
事故案例:1963年11月日本东海道既有线鹤见车站发生了货车脱轨事故(称“鹤见事故”),一辆45节车厢的货运列车的第43、第44、第45节出轨,脱轨列车倒向邻线,与对面开来的上行客车发生冲突相撞,又侵入下行线与下行客车相撞,造成161人死亡,120人受伤,产生重大不良社会反映,事故发生后,其原因认定为“复合脱轨”,即某一方面原因不会单独引起脱轨,是由于其中的因素组合引起脱轨。根据综合脱轨事故现场的高速轨检车记录以及1968、1969年详细研究结果,认为不仅不平顺的大小而且不平顺的波形对脱轨都有一定影响,即轨向的连续不平顺与水平不平顺的逆向复合病害是造成这次脱轨的主要原因。
2.轨向水平逆向复合不平顺的特点
2.1这种复合病害往往都以轨向、水平限值较小,容易被忽视
轨检车动态检测病害点轨向、水平不超限;静态检查道尺水平不超限,弦量轨向不超限,在现场复核病害点常见4-6mm的轨向,相随2-5mm的逆向水平。
2.2这种复合病害对轨道的冲击大,促使线路状态变化快
在线路上存在轨向,列车长时间对一侧轨道冲击,离心力长期作用在一侧轨道上会产生逆向水平;线路存在逆向水平使行驶中的列车向一侧偏载,长时间冲击一股轨道同样会造成轨向不平顺。轨向病害作用在一侧轨道上的离心力再叠加上逆向水平造成偏载量的离心力,一旦达到一定数值,将严重恶化行车平稳性。这就是我们常说的轨检车刚检测过的优良公里添乘仪报警,或者人工添乘检查晃车。
2.3这种复合病害不容易彻底整治,易复发
病害点多存在于轨道初始弯曲处,长时间运营,钢轨、轨道框架已经产生记忆性状态,想彻底整治必须对病害现场情况进行认真的调查分析,确定有针对性的整治措施。不经过详细的调查分析盲目的、单一的去处理复合病害,必然复发。
3.轨向水平逆相位复合不平顺的表现形式
3.1轨检车横向加速度出分
在轨检车横向加速度出分调查中,轨向水平逆向复合不平顺是产生横向
加速度出分的主要原因,可在波形图中横向加速度出分位置对应的轨向、水平波形图查找分析。通过轨检车波形图分析,横向加速度超限多出现在侧向通过道岔的转辙部、导曲部;曲线的头尾、缓圆点、圆缓点附近。
3.1.1.侧向通过道岔的转辙部、导曲部横向加速度超限分析
集通线客车径路道岔多数为p60-12TS(4249型),导曲线半径350.717m,导曲线实际起点位于转辙部尖轨尖端后2226mm处,由于转辙部结构原因,在道岔检查标准中导曲线实际起点处和尖轨中不检查水平,只检测长平,且导曲线全长范围内不设计超高,所以在道岔的养护过程中容易忽略转辙部的水平养护。列车在侧向通过道岔时,在转辙部就已经进入导曲线,离心力作用会向导曲线上股方向产生水平加速度,按照道岔侧向通过限速45km/h,列车侧向通过道岔时平均速度40km/h检算出54mm的欠超高,就已经正常存在0.04g的横向加速度,这时转辙部、导曲线内一旦存在反超高(逆向水平),就会造成横向加速度超限,轨检车波形图中超限点对照的导曲线内常见2-4mm的反超高,现场静态检查并不明显,多存在空吊板现象。
3.1.2.曲线的头尾、缓圆点、圆缓点附近横向加速度超限分析
轨检车波形图中常见的曲线头尾横向加速度超限,通过曲率波形分析,多见曲线头尾向直线段延长10-20m,而超高并未延长,这是日常养护曲线时造成的。当列车高速驶入或驶出曲线经过这延长段时,并没有超高去平衡延长段曲线的离心加速度势必造成横向加速度超限,这就与轨向、水平逆向复合不平顺一样,曲线延长段没有超高就相当于逆向水平。
轨检车波形图中常见的缓圆点、圆缓点附近横向加速度超限,通过曲率波形与超高波形对照分析,在上述位置多见曲率递增快、超高递增缓,列车通过时会产生较大的未被平衡欠超高,相当于逆向水平。同时曲线内存在曲线上股低接头、空吊板、暗坑等病害造成逆向水平也容易造成横向加速度超限。
3.2机载、便携式添乘仪水平加速度出分
机载、便携式添乘仪二级及三级水平加速度报警,现场复核多为轨向水平逆向复合不平顺病害造成,其中重复的这种复合病害造成的二级水平加速度报警不予重视,很容易发展成三级报警。
3.3人工添乘晃车
人工添乘晃车中轨向水平逆向复合不平顺的晃车特点不同于轨向造成的车体平面横向晃动,它产生的晃车即带有车体平面横向晃动同时叠加着逆向水平造成的车轮减载车体倾斜的晃动。
4.复核方法
4.1现场直接复核法
出现轨检车出分、车载添乘仪报警、人工添乘晃车,线路养护作业人员必然会深入现场进行复核。检查复核病害时,须带上弦线并养成习惯,另外,现场在测量轨向矢度时要掌握正确的方法,力争测取实际存在的最大值,不断提高检测水平,以使测出的值与客观值之间的误差处于低限。现场复核时必须要轨向与水平结合分析现场病害,用以甄别轨向水平逆向复合不平顺病害。发现这种病害必须高度重视,详细分析,彻底消除。
4.2轨检车波形图复核法
轨向水平逆向复合不平顺病害在轨检车波形图中表现明显且容易查找。动态检测是真实反映线路状态的检测手段,当线路出现车载添乘仪报警、人工添乘晃车、或是轨检车横加超限首先要查看近期轨检车波形图,首先从波形图上分析线路病害状态查找原因,再进行现场对照复核整治。轨检车波形图复核对照病害时要把左右轨向通道和水平通道调配到一起,对照查看,病害地段一旦存在轨向水平逆向复合不平顺病害,就要高度重视,认真分析,加强整修,彻底消除。
5.病害整治
5.1轨向水平逆向复合不平顺病害整治方法
现场作业可根据调查的水平撬利用捣垫结合的方法先进行水平整治,使作业后水平与作业撬外一致,无反水平。再整治轨向,可根据轨向偏差值大小采取作业方法,4mm以下采取改道的方法,4mm以上采用拨道方法,做好顺撬,合理预留回弹量,撬内外不要存在轨距变化率偏差。
曲线头尾、缓圆点、圆缓点关键地段作业时,必须考虑曲线超高和正矢的增减及曲线的圆顺度。曲线养护过程中缓和曲线可采用超高正矢对应养护法,就是把某一点的超高和正矢结合到一起养护,即多少超高该对应多少的正矢,这种养护方法可避免大正矢小超高、大超高小正矢等不协调匹配现象。
道岔作业整治轨向水平逆向复合不平顺要保证道岔直股直顺与前后线路道岔衔接良好在一条直线上。要保证列车在驶入和驶出道岔时水平的平顺度,即驶入道岔前的水平与道岔内水平一致无反(逆)向水平。保证导曲线无反超高、无空吊板,道岔内缓冲胶垫良好无损坏,螺栓扣压力符合标准。保证道岔后水平与岔后连接曲线水平过渡良好。
5.2轨向水平逆向复合不平顺整治注意事项与预防
要控制水平加速度晃车,必须对轨向与水平逆向复合不平顺加以关注,据不完全统计,其中轨向、水平单项不平顺不超限,但因二者逆相位复合而出现水平加速度超限的超过了1/3。在直线地段要注意轨向不良是否存在逆向水平不平顺,在曲线地段要注意是否存在欠超高。在现场整治过程中,在保持轨道结构稳定的前提下,优先采用拨道的办法,将线路拨直或曲线拨顺;如果受到条件限制无法拨道时,可以适量起道,找平线路,必要时可以将轨向外鼓一侧起为正水平。必须轨向与水平2者兼顾,且不要因为现场静态水平值或轨向偏差值较小而进行单项作业,不能彻底整治消除病害,造成重复晃车。曲线作业首先把超高设置好,增减均匀,然后根据超高对照正矢整治。道岔作业转辙部的水平过渡不要忽略,同时注意尖轨拱腰、滑床板离缝等病害造成的水平不良、不实对平顺度的影响。
6.结语
发现线路上有不利线型的轨向不平顺时,应及时拨正找平线路,以免引起水平加速度超限。在机车、车辆的添乘中,还可以发现几个连续的轨向与水平逆向复合不平顺会更加严重地影响行车平稳性,尤其是间隔距离接近于全轴距,左右轨道交错出现的情况,机车、车辆的二次振动叠加,造成水平加速度剧增,行车平稳性恶化。在线路上出现这种情形的复合不平顺,应立即组织整治。总之,轨向与水平的逆向复合不平顺对行车平稳带来的影响是很大的,它同时也加速了机车、车辆设备和轨道设备的损坏。在检查和作业中,都要加强重视,及时拨顺找平线路,消除病害。
文章来源:
原文名称:轨向水平逆向复合不平顺成因危害及现场整治
作者信息:卢志民、姚晓奔(集通铁路大板综合维修段)
参考文献:[s][p]
- 《铁路线路修理规则》.北京:中国铁道出版社,2019.
- 《轮轨系统轨道平顺状态的控制》.罗林等.北京:中国铁道出版社,2006.
- 《轨道轨向与水平不平顺逆相位复合限值初探》.贾照华.铁道标准设计,2005年3期.
- 《轨道复合不平顺权重系数的求解方法》.汪勤、吴纪才.铁道标准设计,2005年3期.
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