轨道动力学第四节不平顺

影响轨道不平顺质量指数因素解析摘要：随着高速发展的铁路运输，快速重载列车的普遍开行导致了增加线路的维修次数，轨道状态的恶化，而逐渐递增的铁路运营里程也使轨道线路养护人员的工作量大幅度提高，这提出了严峻的挑战对铁路工务部门。

进行预测轨道不平顺的发展对轨道质量状态的恶化情况可以监控，从而提高科学管理水平、合理安排维修计划，保证线路的平顺性和安全性。

本论文对轨道不平顺质量指数TQI(Track Quality Index，简称TQI)的定义和计算方法进行叙述，并列举影响TQI 几种常见因素，分析其对TQI的影响，最终建议管理者理性看待TQI，合理的做出对线路的整体评价。

关键词：轨道不平顺质量指数；TQI；轨检车引言轨道不平顺质量指数(以下简称TQI)-是采用数学统计方法描述区段轨道整体质量状态的综合指标和评价方法。

轨道动态几何检测数据-指的是由轨道检查车通过检测系统（1型、2型、3型轨检车主要采用弦测法，4型轨检车主要采用惯性基准法，5型轨检车主要采用激光摄像系统，6型轨检车采用激光高速数字摄像系统；以及转向架上的加速度计或装置于车体轴箱，光电编码器。

）所采集并计算得出的轨距、高低、水平、轨向、曲线超高、三角坑等车体加速度和轨道几何数据、车辆运行速度等数据。

一、轨道不平顺质量指数概述（一）、TQI定义采用数学统计方法描述区段轨道整体质量状态的评价方法和综合指标就是轨道不平顺质量指数(TQI)。

运用TQI管理和评价轨道状态，是单一幅值扣分评判轨道质量方法的补充，为科学制定线路维修计划，提高轨道检测数据综合应用水平，提供科学依据来保证轨道状态的均衡发展。

（二）、TQI的物理意义TQI是高低、轨向、轨距、水平和三角坑的动态检测数据的统计结果，该值的大小与轨道状态平顺性密切相关，表明200m区段轨道状态离散的程度，即数值越大，表明轨道的平顺程度越差、波动性也越大。

各单项轨道不平顺的统计值，同样也反映出该项轨道状态的平顺程度。

轨道不平顺1、轮轨系统激扰是引起车辆—轨道耦合系统振动的根源。

2、总体而言，轮轨系统激扰可分为确定性激扰和非确定性激扰两大类别。

非确定性激扰主要是轨道几何随机不平顺。

确定性激扰则由车辆和轨道两个方面的某些特定因素造成。

车辆方面的因素较为单一，主要是车轮擦伤、车轮踏面几何不圆及车轮偏心等；轨道方面的因素较为复杂，既有轨道几何状态方面的因素，如钢轨低接头、错牙接头、轨道几何不平顺、轨面波浪形磨耗等，又有轨下基础缺陷方面的因素，如轨枕空吊、道床板结、路基刚度突变等。

3、在很多情形下，轨道几何不平顺可以用单个或多个简谐波来近似描述。

例如，因焊接接头淬火工艺不良，在车轮反复作用下造成轨头局部压陷，属于单个谐波激扰；又如，在世界各国铁路上普遍存在的钢轨波浪形磨耗，呈现在钢轨顶面的是一定间距的起伏不平的波浪状态，是典型的连续谐波激扰。

另外，当车轮质心与几何中心偏离时，也将给钢轨系统造成周期性简谐波激扰。

所有这些，采用正（余）弦函数来描述是简单且合理的。

4、轨道几何不平顺是指两股钢轨的实际几何尺寸相对于理想平顺状态的偏差。

轨道常见几何不平顺主要有方向、轨距、高低和水平四种基本形式。

（1）方向不平顺是由于左右股钢轨横向偏移引起线路中心线的横向偏移，可表示为：()R L t y y y +=21（式中，L y 、R y 分别为左、右股钢轨的横坐标） （2）轨距不平顺是由于左右两股钢轨横向偏移而引起的轨距变化，在轨顶下16mm 位置处测量，可表示为：0g y y g R L t --=（式中，0g 为名义轨距）（3）高低不平顺是由于左右钢轨顶面垂向偏移引起轨道中心线的垂向偏移，可表示为()R L t Z Z Z +=21（式中，L Z 、R Z 分别为左、右两股钢轨的垂向坐标）（4）水平不平顺是由于左右钢轨的垂向偏移引起的轨面高差，可表示为：R L t Z Z Z -=∆（5）扭曲不平顺是指左右两股钢轨顶面相对于轨道平面的扭曲，即先是左股钢轨高于右股钢轨，后是右股钢轨高于左股钢轨的轨面状态，俗称三角坑，反之亦然。

轨道复合不平顺的分析与整治轨道复合不平顺是指铁路轨道同一地点存在多种病害或相邻地点存在连续多处同一种病害。

轨道复合不平顺比轨道单项不平顺对行车安全威胁性更大，对于此类病害应引起高度重视，特别是在铁路第六次提速区段，建议将此类病害提级处理，即一级病害按二级及以上病害处理；二级病害按三级及以上病害处理。

迄今为止，我国铁路尚未对轨道复合不平顺规定过安全标准值，但是因其对行车安全威胁性大，有必要对其加以探讨。

轨道复合不平顺的形式很多，按照引起机车车辆横向力、垂向力复合方式不同，分为逆相位复合不平顺、顺相位复合不平顺、谐波振动复合不平顺等主要三种形式。

一、轨向、水平逆相位复合不平顺当存在轨道方向不平顺引起的车辆横向力与轨道水平不平顺引起的车辆横向力作用一致时（如图1所示：方向为正，水平为负），为轨道轨向、水平逆相位复合不平顺，对列车运行安全威胁最大。

图1 轨向与水平逆相位复合不平顺示意图1、轨道方向复合复合不平顺的计算公式如下：△y = ∣y―1.4△ h∣（公式1）式中：△y ---方向不平顺复合值y ----- 方向不平顺值△h --- 水平不平顺值2、轨道轨向、水平逆相位复合不平顺对行车安全指标的影响我们直接引用西南交通大学翟婉明教授著《车辆—轨道耦合动力学》对此项病害的计算结果（见表1）。

需要说明的是，这里选用的是一个波长为10米的方向不平顺，对应波长为12.5米的水平不平顺的逆相位复合不平顺。

表1：轨道复合不平顺对行车安全指标的影响表中：△h ----水平不平顺值y ----- 方向不平顺值P ------ 轮轨垂向作用力Q ------ 轮轴横向水平力Q/P ------ 脱轨系数△P/P ----轮重减载率a cy--------- 方向不平顺引起的水平加速度a c△h ------- 水平不平顺引起的水平加速度从表中可以看出，对轨道水平和方向逆相位复合不平顺安全限值起主控作用的动力学系数是轮重减载率，将轮重减载率静态指标控制为≤0.60，准静态指标控制为≤0.65，动态指标控制为≤0.80，脱轨系数动态指标控制为≤0.80。

浅析铁路线路轨道不平顺和道床病害表现形式及防治[摘要]铁路工程是国家投资的重点项目，对社会交通运输水平的提升有很大的影响。

作为国民运输大动脉，铁路的高效平稳运行至关重要，在实践中因多方面条件的限制，铁路线路运输期间常会面临多种病害现象，若不及时采取措施处理则会降低运输质量，甚至危害运行安全。

针对这一点，本文主要分析了铁路线路轨道不平顺和道床病害表现形式处理方法。

[关键词]铁路;线路病害;形式;防治铁路线路由于机车车辆的动力作用和自然条件对线路的影响，常年裸露在自然环境中，轨道几何尺寸不断发生变化。

路基、道床随时发生变形，线路设备不断机械磨损，计划维修、紧急补修和重点整治比例安排的不合理，维修方法不当，以及周期性的大、中修工作未能够及时进行，因而对铁路线路造成诸多病害。

伴随着铁路跨越式发展战略的不断深化，较多铁路实现了货物直通运输并开办集装箱运输业务的重载列车运行。

重载列车的开行，在快速扩充运输能力，大大降低成本的同时，也相应地加剧了对铁路线路的破坏。

导致钢轨、联接零件及轨枕不断磨损，线路设备、道床变化加快。

道床脏污、板结、变形、翻浆冒泥等病害增多从维修中可以看到，重载铁路轨道结构破坏主要以线路爬行、钢轨及接头联接零件病害和曲线病害居多。

为了能够预防这些病害的发生和发展，要找出其病害形成的原因，进行合理整治，以加强设备的使用寿命，保持线路设备完整和质量均衡。

以规定速度安全、平稳和不间断地运行。

铁路线路病害的常见表现有：一、轨道不平顺在轨道结构中，碎石道床是不稳定的组成部分。

在列车的不稳定重复荷载下轨道会出现垂向、横向的动态弹性变形和残余积累变形。

这些变形不仅影响列车的平稳运行而当这种变形累计到一定限度时威胁行车安全。

为了保持线路状态良好必须经常进行轨道结构的养护维修。

1.轨道不平顺的种类(1)高低不平顺：由于路基下沉，道床捣固不实等原因致使钢轨沿纵向产生不均匀下沉引起前后高低不平顺。

在列车动力作用下轨低与垫板、垫板与轨枕与道床顶面间会出现吊板或暗坑，对行车安全极为不利。

基于轨道不平顺地铁车辆动力学分析摘要：轨道不平顺是使车辆产生振动的一个主要的外部激励，轨道局部不平顺则会引起车辆产生强烈的瞬时振动。

在车辆的动力学仿真计算中，轨道激励是车辆系统不可或缺的外部激励。

关键词：地铁车辆；轨道不平顺；动力学性能1轨道不平顺概述轨道不平顺是指铁路轨道的轨面磨耗和轨道的几何形状发生了改变，而使轨道处在不平顺的状态，一般是由于列车运行中车轮与线路轨道的之间相互作用引起的。

轨道不平顺一般分为四类：钢轨顶面沿轨道纵向高低不平的轨道垂向不平顺、钢轨顶面沿轨道的左右两轨对应点的高低不平的轨道水平不平顺、钢轨横向沿轨道纵向的凹凸不平的轨道横向不平顺以及左右两轨横向间距沿轨道纵向的距离偏差的轨距不平顺。

轨道不平顺对列车的平稳性、舒适性和安全性都有很重要的影响，它是引起列车振动、轮轨间作用力增大的主要原因，也是轨道方面直接限制列车速度的主要因素。

轨道随机不平顺由于其形成的因素众多，往往表现出随机性。

在线路的特定结构处或偶然地点（如线路局部病害处）产生的轨道几何参数的偏差称为轨道局部不平顺。

局部不平顺对机车车辆运行的安全有重大影响，机车车辆行经单个轨道局部不平顺会引起机车车辆产生强烈的瞬时振动；机车车辆行经连续出现好几个局部不平顺时，在不利的场合下，激励的频率有可能接近机车车辆的共振频率而激起大的振动。

某些局部位置的轨道不平顺，或幅值较大，或形状特殊。

这些突出的局部不平顺往往引起很大的车辆响应，造成车体异响、轮对踏面磨耗异常等故障。

2列车牵引电机的悬挂与定位列车牵引电机的安装需要通过五根垂向吊杆吊挂在一个转向架的前后两根均衡梁上，同时为了限制直线电机的横向摆动，在电机与构架间又设置了两根横向支承杆，为传递牵引力在直线电机中轴线位置设置了一根具有一定长度的牵引拉杆，使得牵引力可以从电机直接传递到构架。

车下各类设备、箱体在安装过程中要仿照牵引电机的悬挂与定位方法进行设计安装，通过车辆动力学分析保证车辆平稳性、稳定性。