空重混編貨物列車通過曲線區(qū)段時(shí)的軌道動(dòng)力性能測(cè)試與分析

陳 斌 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司科研所

1 引言

華東某線客車標(biāo)尺統(tǒng)一按120 km/h運(yùn)行，整列重或空的貨物列車最高允許速度按90 km/h運(yùn)行，但空重混編貨物列車仍按80 km/h運(yùn)行速度，運(yùn)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(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》等相關(guān)技術(shù)規(guī)章和標(biāo)準(zhǔn)，擬通過在不同試驗(yàn)速度等級(jí)、不同空重混編貨物列車編組方式等條件下，對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)性能、小半徑曲線區(qū)段軌道動(dòng)力學(xué)性能等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，綜合分析影響空重混編貨物列車提速運(yùn)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(yùn)行提供技術(shù)支撐，進(jìn)一步提高運(yùn)輸效率、提升投資回報(bào)率。本文主要從軌道動(dòng)力學(xué)性能測(cè)試方面探討空重混編貨物列車以不同速度通過曲線時(shí)對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的影響。

2 軌道動(dòng)力學(xué)測(cè)試流程

2.1 測(cè)點(diǎn)選擇及布置

本次測(cè)試結(jié)合制動(dòng)試驗(yàn)，選擇四條小半徑曲線作為測(cè)試對(duì)象，具體如表1所示。

表1 測(cè)試曲線地點(diǎn)表

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，測(cè)點(diǎn)主要布置在圓曲線上，具體如圖1所示。

圖1 地面測(cè)點(diǎn)布置示意圖

2.2 測(cè)試內(nèi)容及方法

測(cè)試內(nèi)容主要為不同編組車輛通過測(cè)點(diǎn)位置時(shí)輪軌之間的垂向力和橫向力以及鋼軌橫向位移，據(jù)此計(jì)算脫軌系數(shù)和減載率等安全性指標(biāo)以及動(dòng)態(tài)軌距變化情況，分析車輛運(yùn)行的安全性能。

垂向力和橫向力均采用剪力法測(cè)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(cè)試的剪力法貼片及組橋示意圖

圖3 橫向力測(cè)試的剪力法貼片及組橋示意圖

鋼軌橫向位移測(cè)試采用位移傳感器實(shí)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(duì)應(yīng)鋼軌軌頭側(cè)面位置。

2.3 主要測(cè)試儀器設(shè)備

本次測(cè)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(cè)試結(jié)果綜合分析

本次試驗(yàn)取得了不同工況條件下試驗(yàn)列車通過地面4個(gè)測(cè)點(diǎn)時(shí)的軌道動(dòng)力學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)，結(jié)合車輛動(dòng)力學(xué)測(cè)試等情況，針對(duì)編組列車中的兩節(jié)試驗(yàn)列車通過地面測(cè)點(diǎn)時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，不同編組形式的試驗(yàn)列車通過地面測(cè)點(diǎn)時(shí)，脫軌系數(shù)、減載率等數(shù)值均處于安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。

為了驗(yàn)證空重混編列車提速運(yùn)行整體效果，針對(duì)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(yàn)列車以不同速度通過曲線1測(cè)點(diǎn)（下行k25+620m）的軌道動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以分析不同速度級(jí)對(duì)空重混編列車提速的影響。

選擇不同兩組車次的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)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(jì)算，55005、55007次車輛脫軌系數(shù)最大值分布對(duì)比如圖4所示。

圖4 55005、55007次脫軌系數(shù)最大值分布對(duì)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(cè)點(diǎn)時(shí)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(yàn)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(shì)，但都滿足脫軌系數(shù)Q/P≤1.2的要求。

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

圖5 55005、55007次減載率最大值分布對(duì)比示意圖

從減載率分布情況對(duì)比可知，整體上各車次車輛對(duì)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(duì)應(yīng)減載率最大值隨著速度的增加有明顯的增大趨勢(shì)，因?qū)嶋H不同車輛運(yùn)行時(shí)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(yàn)平板車對(duì)應(yīng)減載率最大值遠(yuǎn)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。

兩車次車輛軌距變化量最大值分布對(duì)比如圖6所示。

圖6 55005、55007次軌距變化量最大值分布對(duì)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(cè)點(diǎn)時(shí)，各車輛對(duì)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(cè)點(diǎn)和不同編組模式試驗(yàn)列車以不同速度級(jí)通過各曲線的測(cè)試結(jié)果對(duì)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(yùn)行時(shí)，綜合測(cè)試結(jié)果顯示，各車輛對(duì)應(yīng)脫軌系數(shù)、減載率以及軌距變化量等指標(biāo)均處在安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)；同一車次各車輛同一車輪位置對(duì)應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)值相對(duì)也較為離散，沒有明顯的規(guī)律，整體上來看，兩試驗(yàn)平板車整體脫軌系數(shù)比其他重車要大，而對(duì)應(yīng)減載率和軌距變化量相對(duì)于其他重車要小。

（2）對(duì)比不同速度級(jí)下編組列車測(cè)試結(jié)果可以看出，各編組模式車輛在不同速度級(jí)下運(yùn)行時(shí)，各測(cè)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(duì)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(cè)試指標(biāo)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(biāo)并沒有明顯的增大趨勢(shì)，整體上都還處于安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。