空重混編貨物列車通過曲線區(qū)段時的軌道動力性能測試與分析

陳 斌 中國鐵路上海局集團有限公司科研所

1 引言

華東某線客車標尺統(tǒng)一按120 km/h運行，整列重或空的貨物列車最高允許速度按90 km/h運行，但空重混編貨物列車仍按80 km/h運行速度，運輸效率未得到完全釋放。為將空重混編貨物列車提速至90 km/h，依據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗鑒定規(guī)范》等相關(guān)技術(shù)規(guī)章和標準，擬通過在不同試驗速度等級、不同空重混編貨物列車編組方式等條件下，對車輛動力學(xué)性能、小半徑曲線區(qū)段軌道動力學(xué)性能等參數(shù)進行檢測，綜合分析影響空重混編貨物列車提速運行的各種因素，為空重混編貨物列車提速開行90 km/h條件下安全和穩(wěn)定運行提供技術(shù)支撐，進一步提高運輸效率、提升投資回報率。本文主要從軌道動力學(xué)性能測試方面探討空重混編貨物列車以不同速度通過曲線時對軌道結(jié)構(gòu)的影響。

2 軌道動力學(xué)測試流程

2.1 測點選擇及布置

本次測試結(jié)合制動試驗，選擇四條小半徑曲線作為測試對象，具體如表1所示。

表1 測試曲線地點表

結(jié)合現(xiàn)場實際情況，測點主要布置在圓曲線上，具體如圖1所示。

圖1 地面測點布置示意圖

2.2 測試內(nèi)容及方法

測試內(nèi)容主要為不同編組車輛通過測點位置時輪軌之間的垂向力和橫向力以及鋼軌橫向位移，據(jù)此計算脫軌系數(shù)和減載率等安全性指標以及動態(tài)軌距變化情況，分析車輛運行的安全性能。

垂向力和橫向力均采用剪力法測試，垂向力應(yīng)變傳感器安裝于軌腰中性軸位置，橫向力應(yīng)變傳感器安裝于軌底位置，分別如圖2、圖3所示。

圖2 垂向力測試的剪力法貼片及組橋示意圖

圖3 橫向力測試的剪力法貼片及組橋示意圖

鋼軌橫向位移測試采用位移傳感器實現(xiàn)，位移傳感器通過專用安裝支架固定于鋼軌外側(cè)，傳感器伸縮桿件對應(yīng)鋼軌軌頭側(cè)面位置。

2.3 主要測試儀器設(shè)備

本次測試主要采用的儀器設(shè)備及相關(guān)耗材等如表2所示。

表2 儀器及設(shè)備配置表

3 測試結(jié)果綜合分析

本次試驗取得了不同工況條件下試驗列車通過地面4個測點時的軌道動力學(xué)測試數(shù)據(jù)，結(jié)合車輛動力學(xué)測試等情況，針對編組列車中的兩節(jié)試驗列車通過地面測點時的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，不同編組形式的試驗列車通過地面測點時，脫軌系數(shù)、減載率等數(shù)值均處于安全評價標準范圍以內(nèi)。

為了驗證空重混編列車提速運行整體效果，針對性地選擇按車頭+n重車+平板車1+n重車+平板車2+n重車的編組模式試驗列車以不同速度通過曲線1測點（下行k25+620m）的軌道動力學(xué)數(shù)據(jù)進行對比，以分析不同速度級對空重混編列車提速的影響。

選擇不同兩組車次的測試結(jié)果進行對比分析，兩組車次分別以83 km/h、90 km/h速度通過曲線1，車次分別為55005和55007次。

經(jīng)過計算，55005、55007次車輛脫軌系數(shù)最大值分布對比如圖4所示。

圖4 55005、55007次脫軌系數(shù)最大值分布對比示意圖

從上圖可以看出，55005次和55007次列車分別以不同速度通過地面測點時不同車輛脫軌系數(shù)最大值分布情況基本一致，不同速度情況下，不同車輛脫軌系數(shù)最大值有高有低，從兩試驗平板車數(shù)據(jù)來看，隨著速度的增加，脫軌系數(shù)最大值有一定的增大趨勢，但都滿足脫軌系數(shù)Q/P≤1.2的要求。

經(jīng)過計算，55005、55007次車輛減載率最大值分布對比如圖5所示。

圖5 55005、55007次減載率最大值分布對比示意圖

從減載率分布情況對比可知，整體上各車次車輛對應(yīng)減載率變化規(guī)律基本一致，有部分車輛減載率分布情況略有不同，其中部分車輛對應(yīng)減載率最大值隨著速度的增加有明顯的增大趨勢，因?qū)嶋H不同車輛運行時所處的狀態(tài)不盡相同，因此，從上圖并不能說明隨著速度增加，減載率最大值增加，另外，試驗平板車對應(yīng)減載率最大值遠小于其他重車，整體上減載率最大值分布均處于輪重減載率 安全評價標準范圍以內(nèi)。

兩車次車輛軌距變化量最大值分布對比如圖6所示。

圖6 55005、55007次軌距變化量最大值分布對比示意圖

從上圖可以看出，不同車次以不同速度通過同一地面測點時，各車輛對應(yīng)軌距變化量最大值分布情況基本一致，不同速度情況下，各車輛軌距變化量最大值有大有小，但隨著速度的增加，部分車輛軌距變化量最大值更大，軌距變化量符合鋼軌橫向位移 的要求。

4 結(jié)論

綜合其他測點和不同編組模式試驗列車以不同速度級通過各曲線的測試結(jié)果對比分析，主要得出如下結(jié)論：

（1）從不同編組模式列車整體情況來看，在80 km/h~90 km/h速度下運行時，綜合測試結(jié)果顯示，各車輛對應(yīng)脫軌系數(shù)、減載率以及軌距變化量等指標均處在安全評價標準范圍以內(nèi)；同一車次各車輛同一車輪位置對應(yīng)的測試數(shù)據(jù)值相對也較為離散，沒有明顯的規(guī)律，整體上來看，兩試驗平板車整體脫軌系數(shù)比其他重車要大，而對應(yīng)減載率和軌距變化量相對于其他重車要小。

（2）對比不同速度級下編組列車測試結(jié)果可以看出，各編組模式車輛在不同速度級下運行時，各測試數(shù)值最大值反映的變化規(guī)律基本一致，但不同車輛對應(yīng)數(shù)值隨著速度的增大變化有大有小，不能夠說明速度增加各測試指標隨之增大，因此綜合來看，速度從80 km/h提高到90 km/h，脫軌系數(shù)、減載率等指標并沒有明顯的增大趨勢，整體上都還處于安全評價標準范圍內(nèi)。