分析城市軌道車輛輪軌作用與車體平穩(wěn)舒適性

王珊珊

摘 要：本文首先針對(duì)城市軌道車輛輪軌的作用進(jìn)行簡單闡述，其次對(duì)軌道車輛輪軌相互之間的影響進(jìn)行分析。在這一基礎(chǔ)上，提出車輛輪軌本身的作用與車體平穩(wěn)相互之間的關(guān)系，并且提出有針對(duì)性的意見和措施。我國鐵路在發(fā)展過程中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)有線提速的根本效果，而且還需要在車輛能夠滿足基本安全運(yùn)行的同時(shí)，能夠體現(xiàn)出良好的運(yùn)行平穩(wěn)性。

關(guān)鍵詞：城市軌道 車輛輪軌 車體平穩(wěn) 作用影響

中圖分類號(hào)：U211.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）05（c）-0071-02

在當(dāng)前我國現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷快速發(fā)展的背景下，城市軌道交通的整體發(fā)展勢頭越來越迅猛，已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)代城市在規(guī)劃建設(shè)過程中必不可少的重要環(huán)節(jié)和內(nèi)容。在這種大環(huán)境背景下，軌道車輛與軌道結(jié)果相互之間的動(dòng)態(tài)作用越來越強(qiáng)烈，特別是這種反復(fù)作用的結(jié)果必然會(huì)導(dǎo)致軌道自身的結(jié)構(gòu)部件出現(xiàn)嚴(yán)重的疲勞損害現(xiàn)象。這樣不僅會(huì)導(dǎo)致城市軌道自身的功能性作用、安全性以及穩(wěn)定性受到嚴(yán)重威脅，而且嚴(yán)重的情況下，還會(huì)直接導(dǎo)致線路幾何自身的形位出現(xiàn)嚴(yán)重的變化現(xiàn)象。這樣不僅能夠保證為現(xiàn)代人的出行安全提供有效保障，而且還能夠盡可能降低輪軌本身對(duì)軌道產(chǎn)生的影響。

1 城市軌道車輛輪軌作用

輪軌在實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)的過程中，其最基本的接觸理論就是在針對(duì)列車運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行研究時(shí)，輪軌相對(duì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)能夠與接觸斑上的作用力相互之間呈現(xiàn)出一種潛在關(guān)系。在針對(duì)這一問題進(jìn)行分析時(shí)，最初提出接觸理論的研究學(xué)者是Hertz Heinrich，該學(xué)者在19世紀(jì)的時(shí)候，就已經(jīng)開始利用彈性力學(xué)的理論對(duì)兩彈性體相互之間的接觸問題進(jìn)行分析和深入研究。在經(jīng)過長時(shí)間的研究之后，該學(xué)者認(rèn)為兩彈性體相互之間的接觸面積，大多數(shù)情況下，都是以一個(gè)橢圓的形狀存在，橢圓的半軸a和b可以結(jié)合該學(xué)者在實(shí)際研究過程中發(fā)現(xiàn)的彈性體接觸理論。由此可以看出，在該學(xué)者的深入研究過程中，其認(rèn)為在一般狀態(tài)下，兩彈性體在與橢圓面積進(jìn)行接觸的時(shí)候，無論是任何一個(gè)彈性體自身都會(huì)存在一定不變的主曲率半徑。在這種情況下，該學(xué)者在針對(duì)這一問題進(jìn)行分析和處理的時(shí)候，為了方便該學(xué)者的計(jì)算和研究，其將這些問題進(jìn)行簡化處理。在實(shí)踐中，凡是該學(xué)者接觸到的物體都可以被看作是一種半空間狀態(tài)，與載荷相互之間的接觸也只是單純地被應(yīng)用在平面上的一個(gè)橢圓區(qū)域當(dāng)中[1]。除此之外，在與體內(nèi)的一些接觸區(qū)進(jìn)行接觸時(shí)，與其相關(guān)的一些應(yīng)力在分布過程中，應(yīng)當(dāng)處于一種高度集中的狀態(tài)，同時(shí)與物體相互之間的接觸需要與綜合考量其中存在的一些幾何尺寸。在這種情況下，該學(xué)者在實(shí)際研究過程中，又做出了不同的意見假設(shè)，其假設(shè)如果表面本身是以一種光滑的狀態(tài)存在，那么在整個(gè)運(yùn)作過程中，并不會(huì)出現(xiàn)任何摩擦效應(yīng)。針對(duì)這一現(xiàn)象，在具體操作過程中，無論能否與物體表面產(chǎn)生一定接觸，那么只是單純的對(duì)法向力能夠起到一定的傳遞作用。在經(jīng)過這一系列的研究和分析之后，該學(xué)者的研究結(jié)果具有真實(shí)性和有效性的特征，同時(shí)還能夠經(jīng)得起時(shí)間的檢驗(yàn)。也就是該學(xué)者提出的理論能夠?yàn)橹蟮慕佑|理論、滾動(dòng)接觸理論以及這兩面的實(shí)踐性研究打下良好基礎(chǔ)，同時(shí)還能夠提供一定的輔助幫助[2]。

2 軌道車輛輪軌間的影響

在針對(duì)軌道車輛輪軌相互之間的影響因素進(jìn)行分析的時(shí)候，需要對(duì)輪軌相互之間的接觸狀態(tài)有一定深入的了解和認(rèn)識(shí)。由于車輪本身與鋼軌相互之間的接觸狀態(tài)比較復(fù)雜，大體上可以分為兩種方式，其中一種是一點(diǎn)接觸，而另外一則是兩點(diǎn)接觸。輪對(duì)相對(duì)軌道進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，其移動(dòng)量并不是很大，一般在具體操作過程中，會(huì)出現(xiàn)車輪踏面或者是其他一些與鋼軌軌頂頂面相互之間能夠呈現(xiàn)出一定接觸的現(xiàn)象，可以將這種現(xiàn)象稱之為“一點(diǎn)接觸”。而輪對(duì)相對(duì)軌道出現(xiàn)橫向移動(dòng)或者是搖頭角出現(xiàn)位移的時(shí)候，而這種移動(dòng)量已經(jīng)超過一定范圍的時(shí)候，需要根據(jù)實(shí)際情況的不同，以及不同輪軌形狀特點(diǎn)進(jìn)行分析之后，可能會(huì)導(dǎo)致車輪踏面或者是輪胎本身與鋼軌頂面、側(cè)面形成一定的接觸。那么這種情況下，就可以將其歸納到“兩點(diǎn)接觸”的范圍當(dāng)中[3]。一般情況下，無論是任何一種現(xiàn)象，在具體操作過程中，如果輪對(duì)相對(duì)軌道而言，能夠產(chǎn)生出足夠的橫移量的時(shí)候，那么輪對(duì)搖頭角本身的角度越大，那么輪軌相互之間能夠出現(xiàn)兩點(diǎn)接觸的可能性就會(huì)越大。

輪對(duì)與鋼軌在實(shí)際接觸過程中，其狀態(tài)可以如圖1所呈現(xiàn)出的內(nèi)容。根據(jù)圖中所呈現(xiàn)出的內(nèi)容進(jìn)行分析可以看出，在圖1（a）中是左右輪軌相互之間的接觸；而圖1（b）則是左側(cè)輪軌出現(xiàn)嚴(yán)重的脫離現(xiàn)象，但是右側(cè)實(shí)現(xiàn)接觸。除此之外，圖1（c）當(dāng)中所呈現(xiàn)出的內(nèi)容則是左右輪軌全部都脫離時(shí)的狀態(tài)。

3 車輛輪軌作用與車體平穩(wěn)

3.1 車輛垂向運(yùn)行分析

車輛運(yùn)行的平穩(wěn)性主要體現(xiàn)在車輛在實(shí)際運(yùn)行過程中的振動(dòng)程度。通過這種振動(dòng)程度可以準(zhǔn)確有效地判斷出旅客在乘坐過程中的舒適程度，也就是旅客在乘坐過程中的舒適性可以直接被看作是一種標(biāo)準(zhǔn)，是判斷列車在運(yùn)行過程中是否能夠給旅客提供一定舒適性的重要依據(jù)。在這種情況下，可以結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)旅客乘坐的具體舒適度進(jìn)行準(zhǔn)確有效的評(píng)價(jià)，最根本的依據(jù)就是通過車體的整體振動(dòng)以及速度對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確有效的評(píng)價(jià)和分析。我國鐵路在針對(duì)機(jī)車車輛實(shí)際運(yùn)行過程中的平穩(wěn)性進(jìn)行判斷和分析的時(shí)候，需要根據(jù)車體本身的振動(dòng)頻率以及平穩(wěn)性指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確有效的判斷和分析。車體振動(dòng)加速度指標(biāo)在制定以及具體實(shí)施過程中，其有車體垂向加速度，同時(shí)平穩(wěn)性指標(biāo)在實(shí)際應(yīng)用過程中，其會(huì)根據(jù)車體垂向平穩(wěn)性指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行操作[4]。

3.2 車輛橫向運(yùn)行分析

在針對(duì)城市軌道車輛輪軌作用與車體平穩(wěn)舒適性相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析時(shí)，結(jié)合數(shù)學(xué)模型以及物理模型對(duì)這一問題進(jìn)行模型構(gòu)建。在構(gòu)建過程中，將車體、轉(zhuǎn)向架以及輪對(duì)的橫向自由度融入其中，通過具體操作之后的結(jié)果可以看出，總的自由度數(shù)逐漸增加，一直增加到21個(gè)。同時(shí)在軌道激勵(lì)過程中，還會(huì)對(duì)軌道自身的橫向不平順影響因素進(jìn)行綜合考量，并且對(duì)其進(jìn)行綜合判斷和分析。在這種情況下，對(duì)軌道車輛的橫向穩(wěn)定性進(jìn)行仿真操作，通過結(jié)果分析可以看出，軌道車輛車體的橫向運(yùn)行平穩(wěn)性等級(jí)基本上可以判斷為優(yōu)。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)對(duì)比分析

通過各種實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果可以看出，仿真的結(jié)果與實(shí)際測量結(jié)果相互之間存在一定的偏差，導(dǎo)致這些偏差出現(xiàn)的原因也具有一定的不同之處。比如在仿真模型的具體構(gòu)建和使用過程中，軌道不平順的激勵(lì)本身就是一種理想化的操作方式，所以與實(shí)際情況之間可能會(huì)存在一定的偏差。在實(shí)際測量過程中，車體本身會(huì)出現(xiàn)一定的晃動(dòng)影響，這樣就會(huì)導(dǎo)致車體的橫向振動(dòng)與仿真結(jié)果存在一定的差異性。

4 結(jié)語

綜上所述，本文主要是針對(duì)輪軌的作用機(jī)理進(jìn)行簡單闡述。同時(shí)，從軌道車輛的垂向平穩(wěn)性以及曲線通過性方面進(jìn)行深入分析。這樣不僅能夠從根本上對(duì)車輛的平穩(wěn)性和安全性提供有效保障，而且還能夠推動(dòng)城市軌道的整體發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔澤安.低地板車輛動(dòng)力學(xué)性能及輪軌力間接測量研究[D].西南交通大學(xué)，2017.

[2] 陳曉慶.城市軌道交通快線線形參數(shù)及線路車輛動(dòng)力響應(yīng)研究[D].北京交通大學(xué)，2017.

[3] 楊云帆.直線電機(jī)地鐵車輛—軌道動(dòng)態(tài)相互作用研究[D].西南交通大學(xué)，2017.

[4] 張茂松.公鐵兩用車軌道運(yùn)行動(dòng)力學(xué)性能研究[D].西南交通大學(xué)，2017.