探討鋼軌打磨對高速動車組運行性能的影響

摘要：高速動車組的運行性能與輪軌接觸情況有直接關(guān)系，輪軌接觸效果作為影響動車動力學(xué)性能的核心因素，可以在鋼軌打磨中得到性能優(yōu)化。本文對鋼軌打磨進行分析，并結(jié)合實際對高速動車組鋼軌打磨的運行性能影響提出個人看法，希望為關(guān)注鋼軌打磨的人群提供參考。

關(guān)鍵詞：鋼軌打磨;高速動車組;動車運行性能

引言：鋼軌打磨是提高高速動車組運行質(zhì)量的重中之重，通過對鋼軌打磨展開研究，能夠為高速動車組運行質(zhì)量優(yōu)化提供參考，避免動車因為輪軌接觸質(zhì)量不佳而影響到運行效果。因此，有必要對鋼軌打磨問題進行分析，以此來提高高速動車組的運行效果。

一、鋼軌打磨綜述

高速動車組在運行過程中，輪軌接觸情況將會嚴重影響到車輛的動力學(xué)性能，鋼軌打磨作為能夠優(yōu)化輪軌關(guān)系的重要因素，能夠有效提高車輛的運行穩(wěn)定性，避免行車問題的發(fā)生。很多學(xué)者都有專門針對鋼軌打磨所帶來的影響進行研究，并在研究中證明了鋼軌打磨為性能帶來的正面影響。因此只要能夠針對鋼軌打磨效果進行優(yōu)化，就可以為高速動車組提供更好的運行環(huán)境，進而提高動車的整體運行質(zhì)量。

鐵道線路的作用就是運行車輛提供運行基礎(chǔ)，以此來保證車輛能夠穩(wěn)定、快速運行。鐵路線路基礎(chǔ)中的軌面條件、軌頭形狀等性能參數(shù)都將會影響到動車的運行效果。其中軌面還會在車輛行駛期間直接接觸車輪，若無法在車輛運行時為其提供良好的運行空間，就會導(dǎo)致動車的運行狀態(tài)受到嚴重影響。因此要通過鋼軌打磨的方式來提高動車運行時的平順性。需要注意的是，高速動車在提速之后，車輪將會對輪軌接觸面的振動有更高要求，如果單純依賴更換鐵路鋼軌的方式來克服影響，就無法讓高速動車組獲得穩(wěn)定的運行空間，而且打磨不平順的鋼軌將會導(dǎo)致經(jīng)濟性受到影響。對于高速動車組而言，鋼軌打磨不僅是一種提高運行效果的方法，更是提高鐵路運行經(jīng)濟性的關(guān)鍵，因此必須強化對于鋼軌打磨技術(shù)的研究，以此來為高速動車組的鐵路運行提供幫助。

二、鋼軌打磨的作用分析

（一）優(yōu)化輪軌接觸

高速動車在運行中，屬于由各種獨立運動疊加出的復(fù)雜運動現(xiàn)象。高速動車在運行期間，中軸在偏離線路中軸后，就會在高差的作用下出現(xiàn)向心力，此時偏離中軸的動車便會逐漸返回線路中軸。若垂直磨損超過了5mm，則動車偏離中軸后產(chǎn)生高差便難以實現(xiàn)中軸返回，即無法滿足設(shè)計要求。此時生成的向心力便會削弱，進而影響到動車的運行質(zhì)量。因此為了提高動車運行效果，就需要通過鋼軌打磨的方式來優(yōu)化輪軌的接觸效果，進而提高車輛運行質(zhì)量[1]。

（二）輪軌接觸垂直縱平面調(diào)整

很多專家學(xué)者在研究中發(fā)現(xiàn)，鋼軌打磨能夠針對踏面廣泛存在的不平順問題進行削峰平谷。這種情況的表現(xiàn)方式為降低波深、增加波長，因此通過鋼軌打磨對鋼軌性能進行優(yōu)化與調(diào)整，能夠為高速動車組的正常運行提供非常多的幫助。

三、鋼軌打磨對高速動車組運行性能的影響

（一）工程分析

在A鐵路線的個別直線區(qū)段以及大半徑曲線區(qū)段，鐵路鋼軌的內(nèi)側(cè)有非常明顯的側(cè)磨痕跡，高速動車組在經(jīng)過側(cè)磨區(qū)段時，由于存在水平加速度超限的情況，而且有時還會出現(xiàn)車體晃動的問題，所以需要針對動車運行狀態(tài)進行研究。通過利用動力學(xué)分析軟件建立動力學(xué)模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對高速動車組的運行情況的掌握，進而為高速動車組的運行提供幫助。

1.問題分析

為了解決運行問題，為高速動車組創(chuàng)造良好的運行條件，需要針對動車組異常運行區(qū)段進行測試，通過分析車體前后端、左右側(cè)地板面的加速度情況，以此來為后續(xù)的各項工作提供數(shù)據(jù)支撐。在測試期間發(fā)現(xiàn)動車車體前、后端的橫向振動具有約90°的相位差，而左、右側(cè)的垂向振動則具有約180°相位差，車輛在運行時需要同時面對搖頭、側(cè)滾帶來的影響。通過對現(xiàn)場調(diào)查與鋼軌廓形參數(shù)進行分析，可以發(fā)現(xiàn)車體晃動區(qū)段的鋼軌光帶不良，左右股廓形具有相對較大的差異性，這種差異性將會在一定程度上影響到動車輪軌接觸質(zhì)量。A鐵路線的高速動車組所使用的是不銹鋼車體，這種車體的氣密性相對較差，而且在經(jīng)過晃車區(qū)段時，還將會影響到動車的乘坐效果。

2.解決對策

通過對鋼軌廓形實際參數(shù)、設(shè)計參數(shù)進行比對后發(fā)現(xiàn)。鐵路側(cè)磨的一其鋼軌外部整體偏高而內(nèi)側(cè)偏低。軌肩高廓形未發(fā)生側(cè)磨現(xiàn)象，而較低廓形一側(cè)卻存在側(cè)磨問題。因為光帶寬窄交替區(qū)段分布較廣且周期較短，所以鐵路原有的銑磨車難以直接進行分段處理，若利用道岔打磨車來處理鋼軌磨損，則需要分段施工的區(qū)域?qū)兊梅浅６?，打磨效率無法得到保障。因此為了保證打磨質(zhì)量，可以在確定鋼軌打磨方案時采用貫通處理的方式，以此來保證打磨結(jié)束后的鋼軌廓型參數(shù)滿足鐵路的實際需求。A鐵路在進行鋼軌打磨后，高速動車組、異常區(qū)段的輪軌接觸初始等效錐度便由0.007變成了0.032，經(jīng)過優(yōu)化后的輪軌接觸質(zhì)量將會大幅提高車輛運行效果，并增加了動車組的運行穩(wěn)定性。

（二）動車車體晃動與軌側(cè)異常接觸分析

1.蛇形運動簡述

從鐵路區(qū)段現(xiàn)場的規(guī)模與廓形能夠發(fā)現(xiàn)，線路交替?zhèn)饶^(qū)段存在蛇形運動的痕跡，鐵道車輪由于踏面形狀問題，因此在沿著鋼軌進行滾動式往往會出現(xiàn)橫向運動伴隨繞鉛錘軸轉(zhuǎn)動的耦合情況，這便是蛇形運動。蛇形運動將會影響到動車的運行品質(zhì)。

2.高速動車組蛇形頻率

自由輪對蛇形運動是最為簡單的一種蛇形運動，當自由輪對在無約束的情況下均速運行時，輪對將會沿著y軸進行轉(zhuǎn)動、橫移等運動，自由輪對可以利用SIMPACK軟件構(gòu)建動力學(xué)仿真模型，模型能夠針對輪軌接觸情況進行分析與處理，此時便可以導(dǎo)入實測鋼軌廓形，改變車輛運行參數(shù)，以此來完成對蛇形運行特征的仿真計算。采用SIMPACK軟件構(gòu)建的仿真模型能夠完成對自由輪對參數(shù)的對比，通過調(diào)整初始鋼軌廓形以及運行速度等各種性能參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對蛇形運動特征的分析。除此之外，彈性以及完全剛性定位轉(zhuǎn)向架等都可以通過仿真模型構(gòu)建來強化對運行狀態(tài)的分析，合理利用仿真模型便可以掌握高速動車組的運行情況。對于動車組而言，作為多體系統(tǒng)，各個部件的復(fù)雜作用力是模型需要考慮的核心影響因素。

3.仿真模型結(jié)果

通過針對自由輪對、彈性、完全剛性轉(zhuǎn)向架的仿真模型進行分析，可以發(fā)現(xiàn)當動車組在達到260km/h后，經(jīng)過打磨前的廓形區(qū)段就會出現(xiàn)共振問題，并影響到平穩(wěn)性與舒適性，而在打磨結(jié)束后，則車體共振效果將會有所降低，即便車速達到320km/h，共振也不會影響到動車的穩(wěn)定性。鐵路區(qū)段的鋼軌打磨將會有效提高高速動車組的運行穩(wěn)定性與運行效率，打磨前后的動車組運行效果將會發(fā)生明顯變化，鋼軌打磨能夠讓廓形與設(shè)計擬合程度變得更加接近，增加光帶合理性，輪軌接觸關(guān)系在改善后，能夠為動車組提供更好的運行空間[2]。

結(jié)論：總而言之，鋼軌打磨是保證高速動車組運行效果的關(guān)鍵，鐵路廓形將會在長期使用中逐漸磨損，進而影響到高速動車組的運行穩(wěn)定性。相信隨著更多人意識到鐵路鋼軌打磨的重要性，高速動車組的運行質(zhì)量一定會有所提高。

參考文獻：

[1]李貴宇，張志波，梁海嘯，等.鋼軌打磨對高速動車組運行性能的影響[J].中國鐵路，2021（11）：51-56+15+42.

[2]姚遠，張紅軍，羅赟.輪對縱向定位誤差對高速動車運行性能的影響分析[J].鐵道車輛，2019，4.7（06）：8-10+32+47.

作者簡介：張少亭（1985.5—），男，漢族，內(nèi)蒙古呼和浩特，本科，助理工程師，研究方向：電氣工程及其自動化。