輪軌式鐵路列車運(yùn)動形態(tài)分析

楊素亭

(鐵道警官高等專科學(xué)校公安基礎(chǔ)教研部,河南鄭州450053)

輪軌式鐵路列車運(yùn)動形態(tài)分析

楊素亭

(鐵道警官高等專科學(xué)校公安基礎(chǔ)教研部,河南鄭州450053)

列車運(yùn)行時的主流運(yùn)動,是由單體車輪沿鋼軌滾動構(gòu)成輪群沿軌道縱向滾動,從而形成的列車整體沿軌道運(yùn)行的縱向運(yùn)動。列車在作主流運(yùn)動的同時,在微觀上伴生著點(diǎn)頭、蠕蟲、蛇形、搖頭等附帶有害運(yùn)動,呈現(xiàn)著復(fù)雜的三維運(yùn)動形態(tài)。分析列車運(yùn)動形態(tài),對于判斷和解釋違法行為人實(shí)施的行為給列車行車安全可能造成的危害及影響,依據(jù)我國《刑法》規(guī)定確定其行為的罪與非罪性質(zhì)、行為與后果之間的關(guān)系等,均具有重要參考價值和理論支撐作用,是填補(bǔ)新興分支學(xué)科警用鐵路技術(shù)理論空白的基礎(chǔ)性研究,是對鐵路刑事科學(xué)技術(shù)分支學(xué)科在內(nèi)容上的重要補(bǔ)充。

列車;運(yùn)動形態(tài);警用鐵路技術(shù)

一、導(dǎo)言

鐵路是廣義概念,其中按輪軌接觸方式劃分,可將鐵路分為懸浮式鐵路和輪軌式鐵路兩大類。本文所指輪軌式鐵路是特指采用鋼制列車車輪與鋼軌軌道接觸的傳統(tǒng)方式,用鋼軌軌道控制列車運(yùn)動軌跡形成循軌運(yùn)動的鐵路。

鐵路學(xué)術(shù)界將列車中機(jī)車車輛的鋼制車輪在鋼軌上的運(yùn)動稱為輪軌運(yùn)動,將研究、分析、描述、揭示輪軌運(yùn)動現(xiàn)象和規(guī)律的學(xué)問稱輪軌運(yùn)動學(xué)。

她用熱水沖泡中國綠茶。他出于禮貌啜飲一口，這綠色茶湯并不讓他產(chǎn)生興趣。他卻注意到她的單人床鋪上是自帶的白色床單，枕套與被單邊沿縫制棉布蕾絲，有手工刺繡出來的圖案和字。她說，小時候母親給她手工做的物品，不管是衣服、小包、手帕還是書套，都會刺繡上名字。她們出去旅行，也自帶床單枕套被單。母親對床有浩癖，不喜歡被陌生人反復(fù)使用的布料。她因此形成這習(xí)慣。

我國《刑法》對破壞火車及其相關(guān)設(shè)備等犯罪行為進(jìn)行了規(guī)定,主要集中在《刑法》第116條、第117條和第119條。司法實(shí)踐中,對這些罪名確認(rèn)的關(guān)鍵是對行為人實(shí)施的行為是否足以導(dǎo)致條款規(guī)定的嚴(yán)重后果的認(rèn)定。

研究和分析列車運(yùn)動形態(tài)的主要目的是對列車脫軌案件的案情分析和定性判斷,它是填補(bǔ)新興分支學(xué)科警用鐵路技術(shù)理論空白的基礎(chǔ)性研究,是對鐵路刑事科學(xué)技術(shù)分支學(xué)科在內(nèi)容上的重要補(bǔ)充。該項(xiàng)研究對于判斷和解釋違法行為人實(shí)施的行為給列車行車安全可能造成的危害和影響,依據(jù)我國《刑法》規(guī)定確定其行為的罪與非罪性質(zhì)、行為與后果之間的關(guān)系等,均具有重要的參照價值和理論支撐作用。

我等著父親拿起墻角他干農(nóng)活的鍬，來拍我的后背，或者用鍬把敲我的腿，他以前這么干過，但這次，他沒有。他竟然一屁股坐在我家門檻上，號啕大哭，仿佛沒有學(xué)費(fèi)上學(xué)的不是我，是他。

二、基本描述和約定

(一)鐵路構(gòu)造

一列列車由若干節(jié)通過車鉤軟性連接在一起的機(jī)車和車輛組成(圖1、圖2),每節(jié)機(jī)車和車輛與軌道接觸的是位于機(jī)車和車輛下部的由兩臺或多臺轉(zhuǎn)向架組成的走行部,每臺轉(zhuǎn)向架最終通過輪對與軌道接觸并在軌道上滾動來實(shí)現(xiàn)走行,每臺轉(zhuǎn)向架可包括多個輪對,每個輪對一般由兩個車輪一根車軸和一對軸承組成一個整體。列車的眾多車輪構(gòu)成輪群。

圖1

圖2

鐵路線路由軌道和線路基礎(chǔ)兩大部分構(gòu)成,軌道中的鋼軌與軌枕連接形成的整體稱為軌排。輪軌空間關(guān)系及主要構(gòu)件和部位名稱如圖3、圖4、圖5所示。存在橫向風(fēng)力,材料受力后均會發(fā)生不同程度的變形等,一列列車在軌道上的輪軌受力關(guān)系非常復(fù)雜,在每一個瞬間,每一節(jié)機(jī)車和車輛、每一個轉(zhuǎn)向架、每一個輪對、每一個車輪的輪軌受力都會有細(xì)節(jié)上的差異,每個車輪的微觀運(yùn)動形態(tài)也就各有不同,輪軌實(shí)際狀態(tài)下輪群整體運(yùn)動的瞬間微觀形態(tài)和由其形成的列車整體運(yùn)動的瞬間微觀形態(tài)極為復(fù)雜。

(四)基本約定

以十九大精神為基準(zhǔn)，以五位一體和四個全面布局為中心，以全新的發(fā)展理念為思想指導(dǎo)，不斷落實(shí)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，在這一過程中需重視農(nóng)業(yè)發(fā)展，為農(nóng)民創(chuàng)造更好的生活條件，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌發(fā)展，并積極整合資源彌補(bǔ)自身的不足，全面實(shí)現(xiàn)小康社會。

列車重量由轉(zhuǎn)向架傳遞到軸承、由軸承傳遞到車輪、由車輪最終傳遞到鋪著鋼軌的鐵路線上。列車傳遞到輪對上的重量稱軸重(P),每個輪對承受的軸重具體分配到其每個車輪上的重量稱輪重。

辦好技能大賽是突破口。近年來，國家舉辦的各級各類技能競賽，讓各種崗位的勞動者都有展示技能、鍛煉和出彩的機(jī)會。此外，組織優(yōu)秀技工參加世界技能大賽并取得優(yōu)異成績，也具有重要意義，其帶動和引領(lǐng)作用明顯。第43屆世界技能大賽中國實(shí)現(xiàn)金牌零的突破，在全社會引起熱烈反響。大賽也引起了各級黨委、政府和社會各界的廣泛關(guān)注，各地、各行業(yè)企業(yè)都把參與世界技能大賽作為推動技能人才培養(yǎng)、選拔優(yōu)秀技能人才、宣傳技能人才典型、交流先進(jìn)技術(shù)的有效途徑。世界技能大賽的引領(lǐng)、帶動和集聚效應(yīng)正在逐步顯現(xiàn)，對技能人才隊(duì)伍建設(shè)的影響也越來越大。

假定將列車視為一個輪對,這個輪對呈重心絕對集中、制造無缺陷、絕對剛性無變形;軌道呈絕對水平、順直、牢固、絕對剛性無變形;輪對擺放在軌排正中無偏離、車輪旋轉(zhuǎn)形成的牽引力方向與軌排水平縱向絕對一致;輪對橫向受力絕對平衡并無橫向運(yùn)動之初速度等理想狀態(tài)。我們將在上述理想假定情況下的輪軌關(guān)系和輪軌狀態(tài)稱為輪軌理想狀態(tài)。

三、沿軌道縱面運(yùn)動形態(tài)分析

(一)沿軌道縱向運(yùn)動

列車運(yùn)行的主流運(yùn)動是由單體車輪沿鋼軌作軌道縱向滾動構(gòu)成輪群沿軌道縱向滾動而形成的列車整體沿軌道縱向的縱向運(yùn)動(圖6)。

圖6

(二)輪軌理想狀態(tài)

由機(jī)車車輛制造誤差、裝載偏心和線路安裝不能達(dá)到絕對平順等原因形成的輪對重心與線路中心不一致的偏心,會造成兩股鋼軌對輪對兩車輪支撐力的不對等,從而形成受兩側(cè)鋼軌對輪對的支撐力的不對稱,并產(chǎn)生輪對橫向運(yùn)動或橫向運(yùn)動趨勢(12)。

一條軌道兩股鋼軌頂面的平分中心點(diǎn)連成的線稱為軌道中心線或鐵路線路中心線。軌道縱面是指通過軌道中心線并與水平面垂直的豎向立面。軌道縱向是指與軌道中心線平行的方向或走向。軌道豎向是指與水平面垂直的方向。軌道橫面是指與軌道中心線垂直的豎向立面。軌道橫向是指與軌道中心線垂直并呈水平的方向或走向。

在輪軌理想狀態(tài)下,每個車輪的瞬間運(yùn)動形態(tài)相同,整列列車的瞬間運(yùn)動形態(tài)保持絕對的一致性。

(三)輪軌實(shí)際狀態(tài)

實(shí)際情況下的輪軌關(guān)系和狀態(tài)稱為輪軌實(shí)際狀態(tài)。由于制造、安裝、裝載誤差的絕對存在,列車運(yùn)動方向難于始終與軌道水平縱向保持一致性,外界

(二)沿軌道豎向點(diǎn)頭運(yùn)動

輪軌在實(shí)際狀態(tài)下,鋼軌受不同輪重壓力呈現(xiàn)不同程度豎向波浪型變形(圖7),造成輪對沿軌道豎向不同程度的上下起伏運(yùn)動,甚至出現(xiàn)不同程度的車輪瞬間騰空,車輪脫離鋼軌騰空后產(chǎn)生車輪空轉(zhuǎn),以及騰空車輪在下落時對鋼軌產(chǎn)生豎向沖撞和敲擊。在輪軌運(yùn)動學(xué)中將上述運(yùn)動形態(tài)形象地命名為點(diǎn)頭運(yùn)動。

圖7

(三)沿軌道縱向蠕動

因病致貧、因病返貧是扶貧攻堅(jiān)的主攻方向，是打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)的難中之難、堅(jiān)中之堅(jiān)。方案圍繞扶貧任務(wù)，提出了醫(yī)療保障扶貧的六大目標(biāo)。

列車中機(jī)車車輛間用車鉤進(jìn)行軟性連接,運(yùn)行中各機(jī)車車輛間會因產(chǎn)生不同程度的點(diǎn)頭運(yùn)動不同步、運(yùn)行速度不同步、沿軌道縱向作用力出現(xiàn)不一致等現(xiàn)象,形成各機(jī)車車輛間沿軌道縱向產(chǎn)生不同程度的拉、推、拽、撞等如蠕蟲樣拱動和滑動。在輪軌運(yùn)動學(xué)中將上述運(yùn)動形態(tài)形象地命名為蠕蟲運(yùn)動或蠕滑運(yùn)動(圖8)。

七是有效維護(hù)了和諧穩(wěn)定的社會關(guān)系?！耙徽臼健彼痉ù_認(rèn)機(jī)制所確認(rèn)的調(diào)解協(xié)議，是糾紛當(dāng)事人在人民調(diào)解組織主持下自行協(xié)商的結(jié)果。雙方?jīng)]有經(jīng)過法庭上的對抗和訴訟技巧的較量，雙方的關(guān)系未因糾紛的發(fā)生而進(jìn)一步撕裂，反而通過調(diào)解工作得到及時修復(fù)，有效維護(hù)了社會關(guān)系的和諧。

圖8

四、沿軌道橫面運(yùn)動形態(tài)分析

(一)蛇形運(yùn)動

輪對受橫向力時,軌排會在水平方向發(fā)生整體波浪型變形,會使輪對沿鋼軌縱向運(yùn)行通暢程度受影響,并同時伴生輪對橫向擺動(圖11)。

柳紅躺在竹榻上玩著紅絲巾，突然想體驗(yàn)一下戳瞎雙眼的感覺——當(dāng)然，她是不會這么說的，而是用這條紅絲巾將自己的雙眼蒙了起來，非要她公公在前面帶路，她在后面跟著，在家里走個來回。誰知她沒走兩步，一只腳剛跨過門檻，整個人就跌進(jìn)屋里去，幸虧前面有她公公擋著，她才沒有跌倒地上，而是跌在了蘇長河的背上。

圖9

3.重力偏心

鋼軌在輪重壓力下,會在豎向呈現(xiàn)不同程度的波浪型變形的同時,在水平方向也呈現(xiàn)出不同程度的波浪型變形(圖10),會使輪對沿鋼軌縱向運(yùn)行通暢程度受影響,并同時伴生輪對橫向擺動。

圖10

2.軌排波浪型變形

輪對在沿軌道作縱向滾動這一主流運(yùn)動的同時,會伴生不同程度的沿軌道橫向的左右擺動,整個列車在作軌道縱向運(yùn)動時的每一瞬間各單體輪對都會呈現(xiàn)出不同姿態(tài)、不同擺幅的橫向擺動。在輪軌運(yùn)動學(xué)中將上述運(yùn)動形態(tài)形象地命名為蛇形運(yùn)動(圖9)。產(chǎn)生蛇形運(yùn)動的原因主要包括以下4個方面。

圖11

1.鋼軌波浪型變形

上述兩項(xiàng)研究中，高齡組侵入性治療出血風(fēng)險均未明顯增加，尤其是后一項(xiàng)研究中，重大出血比例不到2%、輕微出血也在10%以內(nèi)，小于本研究中的重大出血率(超過10%)。這可能與后一項(xiàng)研究入選患者的體質(zhì)量更大(平均71 kg以上)、腎功能較好(eGFR>50 mL·min-1·1.73 m-2)、出院時氯吡格雷應(yīng)用率較低(小于80%)等有關(guān)。上述研究提示，高齡患者中，除年齡因素外，還存在其他影響臨床治療效果的因素，在臨床實(shí)踐中須綜合分析。

(二)搖頭運(yùn)動

圖12

4.外界橫向力

受外界橫向風(fēng)力或其他外力,輪對瞬間縱向滾動方向與軌道縱向不一致時,輪對在牽引力作用下,在沿軌道作縱向滾動這一主流運(yùn)動的同時,也會伴生不同程度的沿軌道橫向的左右擺動(圖13)。

圖13

1.2.2 綜合心理護(hù)理 為確保研究結(jié)果的可靠性和一致性，干預(yù)前對干預(yù)人員進(jìn)行選拔和培訓(xùn)，選擇有心內(nèi)科工作經(jīng)驗(yàn)的本科生、主管護(hù)師參加相關(guān)知識培訓(xùn)，根據(jù)以往工作表現(xiàn)、責(zé)任心及干預(yù)技巧掌握程度，確定兩名責(zé)任護(hù)士實(shí)施此項(xiàng)研究。

在不會發(fā)生脫軌的前提下,當(dāng)輪對沿軌道橫向向左側(cè)移動時(圖14、圖15),左側(cè)車輪與鋼軌頂面接觸的滾動點(diǎn)的半徑大于右側(cè)車輪與鋼軌頂面接觸的滾動點(diǎn)的半徑,輪對旋轉(zhuǎn)一周左側(cè)車輪沿軌道縱向滾動距離大于右側(cè)車輪沿軌道縱向滾動距離,輪對整體順時針偏轉(zhuǎn)。同時左輪輪緣后部與左側(cè)鋼軌內(nèi)側(cè)面相撞,右輪輪緣前部與右側(cè)鋼軌內(nèi)側(cè)面相撞,產(chǎn)生兩側(cè)鋼軌內(nèi)側(cè)面對輪對的沿軌道橫向向內(nèi)的反作用力,并導(dǎo)致輪對產(chǎn)生逆時針偏轉(zhuǎn)趨勢。反之同理。整個列車在作軌道縱向運(yùn)動時的每一瞬間,各單體輪對都會呈現(xiàn)出不同姿態(tài)、不同擺幅的順時針、逆時針的來回?fù)u頭偏轉(zhuǎn)。在輪軌運(yùn)動學(xué)中將上述運(yùn)動現(xiàn)象形象地命名為搖頭運(yùn)動。

同樣道理，孕前孕媽媽體重較重，意味著自身體內(nèi)脂肪較多，所以在24周前增重3千克即可，因?yàn)檫€有2千克左右的間質(zhì)其實(shí)孕媽媽已經(jīng)儲備了；如果孕前孕媽媽體重較為理想，到24周增重4千克左右也可以了，適當(dāng)?shù)貎淞艘幌聽I養(yǎng)；孕前較瘦的孕媽媽，24周前可以增重5～6千克，是為了彌補(bǔ)孕前的營養(yǎng)儲備不足。所以體重是一個行之有效的監(jiān)測能量是否充足的最簡單的方法，但稱量體重的方法一定要對，那就是早晨起床，空腹，排空二便，穿同樣的衣服，最好是內(nèi)衣，在同一個秤上稱重，這樣做是為了稱出凈體重，減少其他因素對體重的影響，這樣的體重才有可比性，否則由于外在因素的影響，不能準(zhǔn)確反映體重的增加幅度。

五、列車運(yùn)動形態(tài)綜述

列車運(yùn)行的主流運(yùn)動是由單體車輪沿鋼軌作軌道縱向滾動構(gòu)成輪群沿軌道縱向滾動而形成的列車整體沿軌道縱向的縱向運(yùn)動。

列車整體在微觀上的運(yùn)行形態(tài),是列車輪群的各車輪在沿軌道縱向進(jìn)行縱向滾動的同時,伴生著點(diǎn)頭、蠕蟲、蛇形、搖頭運(yùn)動等不利于列車運(yùn)行安全和穩(wěn)定的有害附帶運(yùn)動所形成的復(fù)合三維運(yùn)動(圖16)。

圖16

在同一瞬間,每個機(jī)車車輛甚至輪對都具有隨機(jī)性的不同運(yùn)動形態(tài),每對相鄰機(jī)車車輛間的蠕蟲、點(diǎn)頭、蛇形、搖頭運(yùn)動程度和運(yùn)動形態(tài),均具有不同程度的不同步性和隨機(jī)性,每一瞬間列車整體在實(shí)際運(yùn)行時呈現(xiàn)的復(fù)合三維運(yùn)動形態(tài),在微觀上極不規(guī)則和極為復(fù)雜。

各種有害附帶運(yùn)動雖然無法完全消除,但可以通過提高線路整體強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和機(jī)車車輛性能等方法,將其控制在規(guī)定幅度和范圍內(nèi)。

點(diǎn)頭、蠕蟲、蛇形、搖頭運(yùn)動的上下起伏、左右擺動偏轉(zhuǎn)、前后拽撞幅度過大,不僅會加大列車運(yùn)動的不穩(wěn)定性,甚至還會使騰空過高的車輪的輪緣高出軌面,或左右擺動的車輪從軌道的兩股鋼軌中脫出,從而使車輪失去鋼軌限制進(jìn)而造成脫軌和顛覆;或者使機(jī)車車輛在相互間劇烈的拉、推、拽、撞之下直接受損,進(jìn)而造成列車脫軌和顛覆。

在鐵路設(shè)計(jì)時,必須采取措施,嚴(yán)格控制點(diǎn)頭、蠕蟲、蛇形、搖頭等有害附帶運(yùn)動幅度,以保證列車安全和平穩(wěn)。

3批原料采用不同氫氣露點(diǎn)工藝，所得二氧化鉬樣品粒度分布(分散劑為水)如圖2所示，掃描電鏡照片如圖3所示。

六、輪軌運(yùn)動學(xué)研究現(xiàn)狀

在西南交通大學(xué)兩院院士沈志云等知名專家支持下,西南交通大學(xué)利用其牽引動力國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,開展了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“高速列車輪軌系統(tǒng)動力學(xué)的研究”、“輪軌波浪型磨損和滾動接觸疲勞的研究”的專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究。受“國家優(yōu)秀博士論文專項(xiàng)資金”及“鐵路科技圖書出版基金”資助,鐵路學(xué)者金學(xué)松、劉啟躍撰寫出版了學(xué)術(shù)專著《輪軌摩擦學(xué)》。

在《輪軌摩擦學(xué)》的前言中,作者有這樣的論述:“輪軌關(guān)系問題的研究十分復(fù)雜,涉及彈塑性力學(xué)、摩擦學(xué)、材料學(xué)、有限元理論和方法、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、強(qiáng)度理論、數(shù)值方法,如不能很好地將它們交叉運(yùn)用在輪軌關(guān)系問題的研究中,就不能完整地解決輪軌關(guān)系問題。由于目前計(jì)算手段和數(shù)值方法的限制以及學(xué)科交叉研究的難度,理論研究狀況不盡如人意,主要還是借助于試驗(yàn)手段?！边@一論述基本概括了當(dāng)前世界傳統(tǒng)輪軌式鐵路列車運(yùn)動理論研究和應(yīng)用的狀況。

因此,當(dāng)前執(zhí)法工作中對可能造成脫軌案件的判定僅囿于經(jīng)驗(yàn)?zāi)：耘袛?還難于用數(shù)學(xué)量化計(jì)算的方法進(jìn)行精準(zhǔn)認(rèn)定,司法鑒定也僅囿于權(quán)威經(jīng)驗(yàn)?zāi)：哉J(rèn)定。上述研究對進(jìn)行此類案件的判斷,特別是進(jìn)行權(quán)威經(jīng)驗(yàn)?zāi)：运痉ㄨb定,具有重要參考價值和基礎(chǔ)理論性支撐作用。

[1]金學(xué)松,劉啟躍.輪軌摩擦學(xué)[M].北京:中國鐵道出版社,2004.151

[2]郝瀛.鐵道工程[M].北京:中國鐵道出版社,2000.211

責(zé)任編輯:馬 克

D918

C

1009-3192(2010)06-0052-04

2010-09-23

楊素亭,男,山東定陶人,鐵道警官高等?？茖W(xué)校公安基礎(chǔ)教研部主任,教授。