高速鐵路動(dòng)車橫向加速度報(bào)警自停原因及整治

譚敦枝

（廣州鐵路（集團(tuán)）公司工務(wù)處，高級(jí)工程師；廣東 廣州 510088）

2010年2月份以來(lái)，動(dòng)車組在廣鐵集團(tuán)公司管內(nèi)多次發(fā)生橫向加速度報(bào)警自?，F(xiàn)象，對(duì)高鐵正常運(yùn)行秩序造成一定影響。如2月份G1039次、G1069次、G1073次因車廂轉(zhuǎn)向架橫向加速度超限報(bào)警，分別自停于京廣高速下行線K1552+263、K1552+127和K1552+902處。為切實(shí)解決動(dòng)車橫向加速度報(bào)警自停問題，減少對(duì)高鐵運(yùn)行秩序的干擾，在對(duì)動(dòng)車組停車位置進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析后發(fā)現(xiàn)，動(dòng)車組停車位置主要集中在k1552前后，同時(shí)結(jié)合登乘動(dòng)車確認(rèn)k1545+891和k1550+373的2處報(bào)警點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)存在鋼軌光帶不良的問題。為此，組織了對(duì)京廣高速下行線k1541+500～k1553+000的線路進(jìn)行全面調(diào)查分析，并針對(duì)問題采取整治措施。

1 報(bào)警自停原因

對(duì)京廣高速下行k1541+500～k1553+000的線路從鋼軌生產(chǎn)廠家、鋼軌輪廓、零配件狀態(tài)、軌道幾何尺寸、焊縫平直度、光帶寬度等方面進(jìn)行了全面調(diào)查和綜合分析，發(fā)現(xiàn)動(dòng)車組蛇形運(yùn)動(dòng)到一定程度后，致使安裝在動(dòng)車上的橫向加速度裝置超限報(bào)警，造成動(dòng)車組自動(dòng)停車，究其原因主要有3個(gè)方面。

1.1 軌道幾何尺寸不良 軌向、軌距及其順坡率等軌道幾何尺寸不良，造成動(dòng)車組蛇形運(yùn)動(dòng)，致使鋼軌光帶不規(guī)則變化，是發(fā)生橫向加速度報(bào)警的主要原因之一。

1.1.1 軌距順坡率不順和軌向超限 靜態(tài)檢查發(fā)現(xiàn)軌距超1～1.5 mm有185處，大于1.5 mm有47處（最大2.6 mm），小于-1 mm有581處（最小-2.2 mm），水平大于1.5 mm有15處（最大2 mm）；軌距變化率有3處超標(biāo)（k1540.560，k1542.030，k1543.033），軌距最大偏差+2.6 mm、-2.2 mm，水平最大偏差1.8 mm；左軌向1處超標(biāo)（k1543.031）。結(jié)合動(dòng)檢車、確認(rèn)車動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，該區(qū)段扣分絕大部分為水平加速度，其次為軌距變化率，水加Ⅲ級(jí)報(bào)警數(shù)量最多的出在k1552（共有30處），其次出在K1545；報(bào)警峰值最大的出在k1546（0.09g），其次出在k1545和k1552；從報(bào)警數(shù)量及峰值大小看，k1545，k1546，k1548和k1552處最為嚴(yán)重。

1.1.2 焊縫平順度超標(biāo) 現(xiàn)場(chǎng)采用1.5 m平直尺測(cè)量下行線k1543～k1549+530焊縫及焊縫前后1m處軌頂面、作用邊的平順度，每個(gè)焊縫測(cè)量6個(gè)點(diǎn)，軌端R80處加測(cè)1個(gè)點(diǎn)。共計(jì)調(diào)查焊縫122個(gè)，其中不合格69個(gè)占56.6%，最大峰值-0.5 mm，0.6 mm。作用邊-0.4 mm以上的有15個(gè)（最大-0.5 mm），-0.3～-0.4 mm的有17個(gè)；軌頂面0.4 mm及以上的有3個(gè)（最大0.5 mm），0.3～0.4 mm的有8個(gè)。由于焊縫平順度較差，對(duì)車體運(yùn)動(dòng)的影響較大，不難推算出：1 m弦長(zhǎng)量得焊縫矢度為0.1 mm，相當(dāng)于動(dòng)車組運(yùn)行在半徑為1250 m的曲線上；這樣也加劇了動(dòng)車組蛇形運(yùn)動(dòng)，造成鋼軌光帶不規(guī)則變化問題突出，如下行線k1543+000～k1545＋700光帶寬度達(dá)50～55 mm（如圖1），且部分區(qū)段存在2條光帶現(xiàn)象（如圖2）。

1.1.3 施工工藝問題影響 京廣高速鐵路施工時(shí)的工具軌長(zhǎng)度為12.5 m，從軌距、軌向和高低軌道不平順譜分析，發(fā)現(xiàn)存在12 m左右的譜峰，軌向譜峰較大，該譜峰與施工工具軌長(zhǎng)度一致，與動(dòng)車在330 km/h時(shí)測(cè)試車輛構(gòu)架振動(dòng)頻率6～8HZ比較，波長(zhǎng)一致，且與車輛構(gòu)架振動(dòng)波長(zhǎng)相近，因此極易產(chǎn)生動(dòng)車共振現(xiàn)象。

圖1 下行k1544＋680上股55mm寬的光帶

圖2 下行k1549+700上股的2條光帶

1.2 鋼軌輪廓狀態(tài)不良 鋼軌輪廓尺寸及形狀不良，必然造成輪軌關(guān)系不匹配，是動(dòng)車組蛇形運(yùn)動(dòng)加劇，產(chǎn)生橫向加速度報(bào)警的又一主要原因。

經(jīng)調(diào)查，該段上行線為包鋼2008年12月至2009年2月生產(chǎn)的鋼軌；下行線為鞍鋼2008年12月至2009年2月生產(chǎn)的鋼軌。抽查發(fā)現(xiàn)軌冠不飽滿，在軌端R300 m圓弧（距作用邊20 mm）處低0.2～0.3 mm，在這種軌廓狀態(tài)下，軌距角提前受力。因此，影響輪軌關(guān)系，加劇動(dòng)車組蛇形運(yùn)動(dòng)幅度，造成橫向加速度報(bào)警現(xiàn)象的發(fā)生。

1.3 動(dòng)車車輛狀況不良 動(dòng)車車輛結(jié)構(gòu)、車輪磨耗等不良因素，造成輪軌關(guān)系不匹配，是動(dòng)車組蛇形運(yùn)動(dòng)加劇，產(chǎn)生橫向加速度報(bào)警的重要原因。

1.3.1 動(dòng)車車體自重影響 動(dòng)車變壓器車構(gòu)架橫向加速度超標(biāo)報(bào)警，均發(fā)生在車體自重最大（比其它車輛的車體自重大5t）的7號(hào)車二位轉(zhuǎn)向架上；6號(hào)車和7號(hào)的車輪磨耗主要集中在踏面部位，輪緣磨耗很?。贿\(yùn)行18萬(wàn)公里后，6號(hào)車的踏面磨耗量為0.3 mm左右，7號(hào)車的踏面磨耗量為0.6 mm左右（比6號(hào)車大1倍左右）。由此表明，車體自重大造成車體重心變化，加劇了車體搖擺程度，對(duì)車輪磨耗和橫向加速度產(chǎn)生了一定影響。

1.3.2 車輪磨耗對(duì)車輛臨界速度造成很大影響 根據(jù)西南交通大學(xué)測(cè)試結(jié)果對(duì)車輛進(jìn)行分析：

1）在京津線路譜激擾下，6號(hào)車新輪狀態(tài)下的臨界速度是602.5 km/h，磨耗輪狀態(tài)下的臨界速度是512.3 km/h，下降了15%；7號(hào)車新輪狀態(tài)下的臨界速度是621.5 km/h，磨耗輪狀態(tài)下的臨界速度是481.2 km/h，下降了22.5%；

2）在德國(guó)低干擾譜激擾下，6號(hào)車新輪狀態(tài)下的臨界速度是586.7 km/h，磨耗輪狀態(tài)下的臨界速度是489.5 km/h，下降了16.6%；7號(hào)車新輪狀態(tài)下的臨界速度是591.7 km/h，磨耗輪狀態(tài)下的臨界速度是433.1 km/h，下降了26.8%；

3）在美國(guó)六級(jí)譜激擾下，6號(hào)車新輪狀態(tài)下的臨界速度是556.3 km/h，磨耗輪狀態(tài)下的臨界速度是452.6 km/h，下降了18.6%；7號(hào)車新輪狀態(tài)下的臨界速度是562.1 km/h，磨耗輪狀態(tài)下的臨界速度是386.7 km/h，下降了31.2%。

通過上述對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：軌道激擾越大，車輛系統(tǒng)的臨界速度越低；在新車狀態(tài)下，7號(hào)車的臨界速度比6號(hào)車大一些，而在磨耗狀態(tài)下，7號(hào)車的臨界速度反而比6號(hào)車小，這說(shuō)明車輪磨耗狀態(tài)對(duì)車輛臨界速度影響較大。

1.3.3 車輛本身構(gòu)造影響 CRH3型動(dòng)車的原型車為德國(guó)ICE-3型車，原型車車輪內(nèi)側(cè)距為1 360 mm，而CRH3型車為適應(yīng)國(guó)情統(tǒng)一改為1 353 mm，相應(yīng)輪軌游間原設(shè)計(jì)的10 mm，變成為16 mm，導(dǎo)致輪軌游間較大，一旦車輛蛇形失穩(wěn)，其橫向振幅及輪軌橫向力也較大；同時(shí)德國(guó)線路軌底坡為1：20，鋼軌為UIC60軌，其軌頭圓弧半徑與我國(guó)60 Kg/m鋼軌不同，CRH3型車車輪踏面輪廓與原型車也略有不同，導(dǎo)致輪軌接觸點(diǎn)和等效錐度發(fā)生改變，相應(yīng)CRH3型車動(dòng)力學(xué)性能也與原型車不同；該車在一定速度和特定軌道不平順及干擾譜下，產(chǎn)生臨界蛇形橫向共振，裝有變壓器的車體更容易產(chǎn)生橫向共振現(xiàn)象。

2 整改措施

2.1 軌道幾何尺寸精調(diào) 結(jié)合精測(cè)資料和編制的精調(diào)方案，現(xiàn)場(chǎng)組織對(duì)下行1545323006#～008#軌枕、1545325061#～069#軌枕、1545333034#～038#軌枕這3處軌向、軌距遞減率不良處所進(jìn)行了精調(diào)，其中 1545323006#～008#軌枕中線向右調(diào)整 1 mm，1545325061#～069#軌 枕 中 線 向 左 調(diào) 整 1 mm，1545333034#～038#軌枕向右調(diào)整1 mm，最大調(diào)整量2 mm，共調(diào)整了32套扣件，嚴(yán)格將軌向控制在1 mm、軌距遞減率控制在0.5‰以內(nèi)。經(jīng)動(dòng)檢車檢測(cè)，未出現(xiàn)軌向、軌距Ⅰ級(jí)扣分，確認(rèn)車未發(fā)生水加Ⅱ級(jí)扣分。

2.2 鋼軌打磨 針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)光帶分散，且軌距角提前受力影響輪軌關(guān)系的現(xiàn)狀，制定了通過增加軌距角切削量來(lái)改善輪軌接觸關(guān)系致使光帶居中的打磨方案。即使用PGM-96C1型打磨車進(jìn)行2遍打磨，第1遍采用23#模式（40℃～5℃、-1℃～-10℃）重點(diǎn)解決軌距角切削量不夠，速度16 Km/h；第2遍選用25#模式（46°～-10°）進(jìn)行全斷面拋光，速度18Km/h，將表面粗糙度控制在10 um以下。2次打磨的軌距角切削量嚴(yán)格控制在0.3 mm以內(nèi)，全斷面打磨量控制在0.1 mm以內(nèi)。鋼軌經(jīng)打磨后軌廓達(dá)到了理想效果，軌距角明顯得到了優(yōu)化（如圖3、圖4所示）。

圖3 鋼軌打磨前后直線軌廓對(duì)比

圖4 鋼軌打磨前后緩圓點(diǎn)軌廓對(duì)比

同時(shí)，打磨后光帶全部居中，且?guī)捑鶆蜉^直，車輛震動(dòng)和橫向加速度明顯改善；動(dòng)檢車成績(jī)有所提高，垂加、水加波形明顯改善（見圖5、圖6所示）。動(dòng)檢車檢測(cè)一級(jí)103個(gè)，減少43個(gè)（減少29.4%），二級(jí)2個(gè)，減少3個(gè)（減少60%），TQI 3.15，平均每千米扣10.3分。

圖5 K1548+700-K1549+000打磨前后垂加對(duì)比圖

圖6 K1548+600-K1549+100打磨前后水加對(duì)比圖

2.3 動(dòng)車組車踏面鏇修 針對(duì)動(dòng)車組車踏面磨耗問題，我們立即組織對(duì)動(dòng)車組7號(hào)車踏面進(jìn)行了鏇輪修理。動(dòng)車組7號(hào)車踏面鏇修后橫向加速度明顯減少。線路測(cè)試指標(biāo)見表2，橫向加速度分布數(shù)量對(duì)比見表3。

表2 線路測(cè)試指標(biāo)最大值比較

表3 線路構(gòu)架橫向加速度分布數(shù)量對(duì)比

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過1年多來(lái)的運(yùn)營(yíng)，動(dòng)車組未再發(fā)生因橫向加速度報(bào)警自?，F(xiàn)象。實(shí)踐證明，我們對(duì)動(dòng)車組橫向加速度報(bào)警自停原因分析是準(zhǔn)確的，使用PGM-96C1型打磨車按23#、25#模式方案，通過加大軌距角切削量（0.3 mm），改善接觸輪軌關(guān)系，結(jié)合對(duì)動(dòng)車組車輛踏面旋修來(lái)整治動(dòng)車因橫向水加報(bào)警自停的措施及整治工藝是行之有效的。

無(wú)砟軌道施工采用12.5 m工具軌，若未按要求上夾板，可能造成無(wú)砟軌道施工初凝階段在工具軌接頭處兩端沉降變形不一致，形成周期性的設(shè)備缺陷與軌距、軌向和高低軌道不平順正弦波，與車輛構(gòu)架振動(dòng)波長(zhǎng)相近，極易形成共振源，需對(duì)高鐵施工工藝進(jìn)行改進(jìn)。同時(shí)，還應(yīng)制定軌底坡誤差標(biāo)準(zhǔn)，以減少鋼軌鋪設(shè)后的扭曲。