钢轨波浪型磨耗对地铁车辆振动性能的影响

钢轨波磨对地铁列车振动噪声的影响作者：姚学斌杨晓东付翔来源：《科学与信息化》2017年第08期摘要轨道交通车辆主要噪声来源于两部分，即轮轨噪声和车辆本身部件噪声，轮轨噪声主要是车辆在轨道上正常运行、加减速、过弯道等产生的轮轨滚动噪声、冲击噪声、啸叫噪声、刹车噪声，车辆本身部件噪声主要由其具有噪声源的电气部件产生，如受流装置、空桶与通风系统、牵引辅助系统、制动风源系统、PIS广播系统等。

关键词地铁；橡胶隔振垫轨道；钢轨波磨；振动；车内噪声轨道交通系统作为一种公共交通形式，目前已发展成为现代化大中型城市公共交通的骨干。

轨道交通系统通常具备安全快捷、省地节能、全天候、运量大及污染少等特点，可在缓解人口密集城市交通压力、拓展城市空间及治理城市环境污染等过程中起到至关重要的作用在城市轨道交通快速发展的同时，随着人们生活水平的提高、环保意识的加强以及噪声防治相关法律的强制实施，地铁列车车内噪声问题日益突出，受到了社会上的广泛关注[1]。

地铁列车噪声源主要包括轮轨噪声、辅助设备噪声、集电系统噪声、牵引系统噪声等。

国内外相关研究结果表明，车辆运行速度小于60 km/h时，列车牵引电机及辅助设备噪声占主要成分；当车辆运行速度在60～200 km/h时，轮轨噪声占主要成分；当车辆运行速度大于200km/h时，空气动力噪声占主要成分[2]，如图1所示。

地铁列车运营时度通常为60～120 km/h，运行在该速度区间列车车内噪声的最为主要声源为轮轨噪声[2，3]。

通过国内外专家长期的分析与研究表明轮轨表面不平顺是激发轮轨振动的主要原因，而轮轨噪声的直接原因是轮轨振动。

运用噪声辐射及传播理论和多体动力学理论，考虑了包括轮轨表面粗糙度、接触滤波、地面反射在内等因素对轮轨噪声的影响，建立了轮轨噪声预测模型，并通过轮轨噪声预测软件（如STTIN），预测并评价了钢轨、车轮及轨枕的振动辐射噪声。

所有这些研究成果都是以钢轨、车轮、轨枕为研究对象，预测的是轮轨向环境的辐射噪声。

城市轨道钢轨波浪形磨耗的产生和预防张学华郭满鸿乔小雷杜茂金工务中心摘要南京地铁一号线曲线钢轨出现了较为严重的波浪形磨耗。

为此，通过对波磨现象的机理分析和计算机仿真研究，分析了不同的波磨程度对车辆及轨道动力学性能的影响，并提出了减缓措施。

关键词：波浪型磨耗，钢轨，地铁车辆，轮轨系统,Abstract In Line 1 of Nanjing Metro, there appeared more serious rail corrugation of those rails in curved section of railway. Therefore, through the phenomenon of rail corrugation mechanism analysis and computer simulation study, we analyzed different degree of the rail corrugation to the track vehicles and the extent of the impact of dynamic performance, and bring forward the mitigation measures to this situation.Key words Rail Corrugation, Rail, Metro vehicles, Wheel-rail system,1．引言南京地铁1号线自开通运营以来，由于车辆和轨道系统的相互作用，曲线钢轨的波浪形磨耗日益严重，波磨引起了很高的轮轨动力作用，加速了机车车辆及轨道部件的损坏，增加了养护维修费用；同时，列车的剧烈振动，给乘客造成了不适，严重时还可能威胁到行车的安全；此外，波磨同时也是噪音的主要来源。

为此，在查阅了国内外的相关资料，对波磨现象进行现场察看、统计和初步测量，以及对南京地铁车辆结构参数进行分析的基础之上，通过对波磨现象的机理分析和计算机仿真研究，获得了重要的理论依据。

钢轨表面短波不平顺对地铁振动源强影响随着我国城市轨道交通的迅猛发展，路网密度不断增大，线路走向和埋深设计愈加难以绕避环境敏感点，而轨道交通运营带来的环境振动问题日益突出［1-3］。

采用轨道减振措施是控制环境振动最便捷有效的方法，然而如果减振轨道参数设计不当可能带来负面影响。

例如：轮轨刚度阻抗的不匹配［4-5］、pinned-pinned 共振［6］、轮轨共振［7］等问题可能会导致钢轨波浪形磨耗（波磨）的加剧［8-9］。

目前，国内各城市地铁都出现不同程度钢轨波磨的现象。

严重的波磨不仅会导致弹条断裂［10-11］、滚动噪声超标［12］等严重影响乘坐舒适度和运营安全的问题，而且会导致环境振动增加、弹性轨道减振效果降低［13］，这与减振轨道的设计初衷背道而驰。

当波磨发展到超过容许限值时，应进行钢轨修复性打磨［14］。

钢轨进行定期打磨不仅可以有效解决车辆和轨道构件疲劳断裂问题［15］，还能降低环境噪声［16］和车内噪声［17-18］。

此外，对严重波磨的钢轨进行打磨还可降低地铁列车引起的环境振动。

王另的等［19］和张衡等［20］的测试结果表明，钢轨打磨可使隧道壁和地表振动的最大Z 振级减小约6～9 dB；马蒙等［21］对某地铁区间隧道长期监测发现，钢轨磨耗发展1 个多月后使得隧道壁最大Z 振级平均增加了3 dB，而打磨后隧道壁振动水平显著降低。

此外，在美国联邦交通管理局推荐的环境振动预测方法中，对于有磨耗或波磨的钢轨建议在环评预测时增加10 dB的修正量［22］。

上述研究表明，钢轨磨耗状态与轨道交通环境振动之间呈现某种相关性。

目前，既有研究中缺乏对这种相关性的定量描述，在各类数值预测研究中，几乎都没有考虑钢轨表面磨耗状态对地铁环境振动预测结果的影响。

其中一条重要原因是，进行车辆-轨道耦合动力系统分析时，缺少可以定量描述钢轨磨耗状态的输入激励。

很多研究以美国轨道谱作为钢轨磨耗引起不平顺的输入激励［23-24］，尽管可以给出环境振动预测结果，但美国谱是基于有砟轨道建立的，且未考虑钢轨短波磨耗，这与我国地铁钢轨磨耗状态有很大差异。

地铁钢轨波磨的特征及治理措施摘要：钢轨波磨就是指轨道在纵轴方向上因摩擦产生的一种波纹状耗损现象，且伴有不同的波长和振动频率。

这种波磨现象会让车辆在经过时发出噪音、发生明显的摇晃，降低人们的乘坐舒适程度，缩短车辆及其结构部件的使用寿命，从而增加了其运行的危险程度，因此对于钢轨波磨要及时采取防范和控制措施，不能任波磨现象持续发展。

本文通过对地铁钢轨波磨的特征进行研究，提出控制钢轨波磨的治理措施。

关键词：地铁轨道；钢轨波磨；磨损治理钢轨波磨是一种非常繁杂的，因车辆行驶时车轮转动接触轨道产生的物理现象。

这种现象在公路、汽车轮胎、火车轨道等具有反复滚动接触情况的位置时常发生。

而波磨现象的存在对人们的出行造成了严重困扰，所以人们对这一问题的解决进度逐渐提高了关注程度。

很多相关专业人员也加大了对波磨治理措施的研究力度，以便减少新的轨道产生波磨现象，同时控制现存轨道波磨状况的继续发展。

1.地铁钢轨波磨的特征虽然如今地铁轨道在世界各个地区均有设置，其构造多种多样，行驶的地铁车型、路线也存在差异，但是所形成的钢轨波磨在经过专业人员研究后发现，其仍具备了时间集中性、曲线、车辆和轨道结构相关性等共有特征。

1.1时间集中性钢轨波磨的严重情况多发生在新线开通和线路改建的前期。

如美国某地区的轨道电车是在1889年开始运行，但在六年后，轨道就开始产生很大的波磨现象；甚至有些地区的轨道仅仅运行六个月就出现了钢轨波磨；对于西班牙和巴黎的地铁，都在曲线轨道上发现了钢轨波磨，有些地区在投入了弹性车轮后也在短时间内出现了曲线波磨；即使是在对轨道改造过路线后的地区，仍避免不了波磨现象的发生；北京、南京等地大都也在地铁运行后的1～6个月内发生了轨道波磨情况。

1.2曲线相关性研究结果显示，钢轨波磨在半径较小的曲线轨道上最为常见，在半径较大的曲线和直线轨道上偶尔发现。

比如：中国、法国、德国、美国等大部分地区的钢轨波磨线路均是以弧形为主的。

通常，曲线上的波磨在低位置的轨道处较为明显，但一般来说，低位置轨道处的波磨较短，高位置的轨道处波磨较长。

312019年第5期0 引言随着现代城市规模的日益扩大，轨道交通作为一种新型的交通工具，以其运量大、速度快、安全可靠等特点，成为解决城市交通问题的重要手段[1]。

然而随着城市轨道交通快速发展，轮轨伤损现象越加明显，其中较为普遍的问题为轮轨异常磨耗，包括钢轨波浪形磨损（简称钢轨波磨）、车轮多边形磨耗、钢轨侧磨、轮轨擦伤、车轮凹陷和沟槽形磨损等[2]。

钢轨波磨不仅会直接引起车辆、轨道结构振动，增加工务维护费用、造成环境噪声污染，而且限制了车速进一步提高，并给行车安全带来隐患[3]。

随着行车速度提高、车流密度加大以及新型车辆和轨道结构的推广，钢轨波磨逐渐变得复杂。

从20世纪70年代开始，各国科研人员更加注重这一问题。

李伟等[4]采用钢轨波磨测量仪测量了钢轨波磨特征，采用加速度和位移传感器测量了钢轨打磨前后车辆和轨道零部件的振动加速度，分析了钢轨波磨对车辆和轨道零部件振动的影响。

钟硕乔等[5]基于地铁车辆―轨道耦合动力学模型分析了科隆蛋扣件轨道的钢轨波磨对车辆动力学性能的影响，结果表明波磨主要影响了车辆系统的垂向振动特性。

Ekberg等[6]结合高频车辆轨道动态模型和滚动接触疲劳模型分析了短波钢轨波磨对车轮疲劳的影响，考虑了不同运营条件下的波磨影响。

目前，我国城轨交通针对钢轨波磨的评价依据参照《铁路线路维修规则》，评价指标仅包含波深参第一作者：周昌盛（1993―），男，工程师，硕士。

E-mail ：1056977848@钢轨波磨对车辆-轨道动态响应的影响周昌盛，周华龙，王小韬，杨文茂，金忠凯（中铁二院工程集团有限责任公司 地下铁道设计研究院，四川 成都 610031）摘 要：在对我国某地铁A 型车、轨道结构、行车速度以及钢轨波磨状态等进行现场调查的基础上，根据车辆-轨道耦合系统动力学理论，建立车辆-轨道垂向耦合动力学数值分析模型，计算分析波磨波长、波深和行车速度对轮轨相互作用及车辆运行稳定性的影响，并且以轮重减载率限值标准为判定依据，计算分析了不同波长情况下波磨波深的建议控制值。

钢轨波磨对地铁车辆振动噪声的影响张硕发布时间：2021-07-30T07:45:05.058Z 来源：《防护工程》2021年10期作者：张硕[导读] 随着我国交通事业繁荣稳定发展，地铁成为广大旅客出行的重要交通工具，乘客对车辆运行安全以及乘坐舒适性具有较高要求。

北京市地铁运营有限公司线路分公司 100082摘要：随着我国交通事业繁荣稳定发展，地铁成为广大旅客出行的重要交通工具，乘客对车辆运行安全以及乘坐舒适性具有较高要求。

然而伴随地铁线路服役时间增加，可能会产生波磨，也即具有特定波长和幅值的波浪形磨耗。

一般情况下，波磨不仅会破坏轮轨系统部件，同时会辐射轮轨噪声，降低了轮轨部件的使用寿命，威胁车辆运行安全。

目前，我国地铁线路所采取的轨道结构整体而言减振性能优良，但是运行过程中的各类钢轨波磨现象仍旧无可避免。

基于此，本文将重点阐述钢轨波磨对地铁车辆振动噪声的影响，希望对相关问题的解决有参考价值。

关键词：钢轨波磨；地铁；车辆振动；噪声；影响引言：作为一种公共交通形式，地铁充当着大中型城市公共交通的骨干，凭借安全快捷、节能环保等优势受到城市出行人员的青睐。

但是，在地铁运行过程中，地铁列车车内噪声问题也逐渐暴露出来，受到社会各界的高度关注。

近几年来，国家制定并出台了噪声防治方面的相关法律，解决地铁车辆智能噪声问题刻不容缓，这也就需要相关部门人员客观看待钢轨波磨对地铁车辆振动噪声的影响，在此基础上采取有效的应对措施。

一、地铁列车噪声源地铁车辆振动噪声问题备受关注，而追根溯源，其噪声源主要来自于轮轨噪声、辅助设备噪声、集电系统噪声、牵引系统噪声等几方面。

而结合相关研究成果来看，在地铁运行时速小于60千米时，其噪声主要由牵引系统噪声以及辅助设备噪声两方面构成；在地铁运行时速为60~120千米时，其噪声主要为轮轨噪声；而在地铁运行时速高于200千米时，空气动力噪声占地铁车辆振动噪声的主体。

结合地铁的实际运行时速来说，轮轨噪声为主要噪声源。

地铁线路钢轨波磨对车辆振动特性的影响董勇，康彦兵，张华鹏，吴磊*（西南交通大学机械工程学院，四川成都 610031）摘要：某地铁线路运营过程中，在通过波磨区段时车辆振动水平加剧，从而导致车辆的轴箱盖螺栓、一系悬挂弹簧等部件频繁发生疲劳断裂。

为了研究钢轨波磨对车辆振动特性的影响，首先在车辆各主要部件上安装振动加速度传感器，然后在存在钢轨波磨的线路上开展车辆振动测试，根据获取的振动加速度数据来分析钢轨波磨、轨道结构及钢轨打磨前后条件下车辆轴箱、弹簧座、构架和车体地板的振动特性。

结果表明：钢轨波磨对车辆轴箱、弹簧座和构架的振动影响较大，但对车体地板的振动影响不明显。

轮轨系统振动在传递过程中，二系悬挂系统起到了较大的衰减振动能量的作用。

当打磨后的钢轨波磨依然存在但波深显著降低的前提下，车辆轴箱和构架的振动水平显著降低，车体地板振动水平无明显变化。

关键词：波磨；钢轨打磨；振动特性；地铁线路中图分类号：U270.1+1 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1006-0316.2021.10.004文章编号：1006-0316 (2021) 10-0022-08All Rights Reserved.Effect of Rail Corrugation in Metro Line on Vibration Characteristics of VehicleDONG Yong，KANG Yanbing，ZHANG Huapeng，WU Lei( School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China ) Abstract：During the operation of a metro line, the vehicle vibration level increased when the vehicle passedthrough the corrugated section, which caused frequent fatigue fractures of vehicle components, such as axle boxcover bolts and primary suspension spring. In order to study the influence of rail corrugation on vehicle vibrationcharacteristics, we firstly installed vibration acceleration sensors on the main components of the vehicle, andthen conducted vehicle vibration tests on the rail corrugated line. Based on the vibration acceleration dataobtained, we analyzed rail corrugation and track structure and the vibration characteristics of the vehicle axlebox, spring seat, frame, and car body floor before and after rail grinding. The results show that rail corrugationhas a significant impact on the vibration of vehicle axle box, spring seat and frame, but the vibration on car bodyfloor is not obvious. During the transmission of the vibration of the wheel-rail system, the secondary suspensionsystem plays a great role in weakening the vibration energy. When the grinded rail corrugation still exists and thewave depth is significantly reduced, the vibration level of the vehicle axle box and frame is significantly reducedaccordingly, but there is no significant change in the vibration level of car body floor.Key words：rail corrugation；rail grinding；vibration characteristics；metro line———————————————收稿日期：2021-02-18基金项目：国家自然科学基金（51775454，51605395）；四川省科技计划（2020YJ0034，2020JDTD0012）随着城市轨道交通的不断发展，各城市的地铁线路不可避免地出现了不同程度的钢轨波磨。

高速铁路曲线段钢轨磨耗对列车振动特性影响仿真分析高速铁路曲线段钢轨磨耗对列车振动特性影响仿真分析随着高速铁路网络的不断发展，曲线段是铁路线路中必不可少的一部分。

然而，曲线段钢轨长期以来受到列车行驶的影响，其表面会出现磨耗现象。

这种磨耗不仅会对钢轨本身的使用寿命造成影响，还可能对列车振动特性产生不良影响。

因此，对高速铁路曲线段钢轨磨耗对列车振动特性的影响进行仿真分析，将有助于优化曲线段设计，提高铁路运输效能和安全性。

本文基于高速铁路列车运行特点，使用仿真软件建立了高速铁路钢轨和列车系统的数学模型。

模型主要包括钢轨、车辆车体、悬挂系统和轮轴等组成部分。

通过设定不同曲线半径、列车速度和钢轨磨耗程度等参数，对不同条件下的列车振动特性进行仿真分析。

首先，针对不同曲线半径条件下的列车振动特性，本文进行了仿真分析。

发现随着曲线半径的减小，列车在曲线段上的横向加速度、竖向加速度和横向力会明显增加。

这是因为曲线半径较小时，列车在转弯过程中受到较大的离心力作用，导致车体倾斜和轮轨之间的侧向力增加。

这些加速度和力的增加将对乘客的舒适性和列车的运行稳定性产生不利影响。

其次，本文对不同列车速度条件下的列车振动特性进行了仿真分析。

结果表明，随着列车速度的增加，列车在曲线段上的竖向和横向加速度均会增加。

这是因为列车速度较高时，钢轨与列车车轮之间的摩擦力增加，导致车辆在曲线段上的振动加剧。

同时，列车速度的增加还会对车体倾斜和轮轨之间的侧向力产生更大的影响，使得列车在转弯过程中的横向力增加。

因此，在提高列车运行速度时，要考虑对曲线段的设计和维护进行相应调整，以确保列车振动特性的合理控制。

最后，本文通过设定不同钢轨磨耗程度的条件，对列车振动特性进行了仿真分析。

研究发现，钢轨磨耗对列车振动特性有着较大的影响。

当钢轨磨耗程度较大时，列车在曲线段上的横向加速度和横向力会增加，给乘客的体验和列车的运行稳定性带来不利影响。

因此，高速铁路运营管理部门应定期检查和维护曲线段的钢轨，及时进行更换或修复，以保证铁路线路的安全性和运行稳定性。

钢轨波型磨耗概述1．钢轨波形磨耗的产生机理钢轨波浪型磨耗(简为波磨)一般有三类：磨损性波磨、塑流性波磨和混合性波磨。

轨头有明显的波浪型磨损痕迹，钢轨上呈显可见的波谷与波峰，但无明显磨损凹陷，属于磨损性波磨，也是最常见的一种波浪型磨耗。

地铁中产生的主要就是这种磨损性波磨。

根据对波长特征的调查分析，认为磨损性波磨是由于轮对在通过曲线时，轮对扭曲共振导致交替的纵向力，从而在轮对与钢轨间发生纵向滑动而产生波磨。

这不仅与轮对的重力角刚度特性有关，而且与曲线曲率及轮轨黏着状态有直接关系，主要是轮轨之间的粘滑振动导致内轨顶面的波磨。

当车辆通过曲线半径较小的线路时，由于轮对冲角的改变，轮轨的纵向剪切力超过轮轨黏着极限，轮轨间发生纵向滑动，滑动处形成波谷；滑动后释放了积累的能量，使轮轨又处于黏着状态，轮轨磨损减轻，该处形成波峰。

这种粘滑振动不断重复，形成了钢轨表面的波磨。

2．粘滑振动与钢轨波形磨耗的关系若所有的车辆具有极好的一致性，且运行速度一致，则容易在所经过的曲线上，特别是在圆曲线上形成有规律的振动，这种振动往往使右侧轮子与内轨间发生大的滑动，当轮轨接触面的切向力足以破坏轨道顶面的金属材料时，或使其发生低周疲劳，则波磨就会产生。

因此，在一定外界条件共同作用下的粘滑振动是地铁曲线波形磨耗发生的重要原因。

任一个外界条件的消失，都能够使波磨消失。

3．波磨容易出现的位置大量计算分析表明，该粘滑振动的发生规律与现场出现的波磨发生规律相吻合，即这种振动容易出现在曲线内轨的圆曲线上，容易出现在曲线半径较小的区段，容易出现在轮轨粘着条件较好的地下洞内的轨道上，容易出现在轨道刚度较大的整体道床上。

4．钢轨波型磨耗的影响因素（影响粘滑振动的因素）（1）影响粘滑振动的首要因素是蠕滑率和蠕滑力之间的负梯度特性，对粘滑振动形成与否有着决定性作用。

（2）蠕滑力饱和后负斜率不同，可能产生轮对的粘滑振动的频率也不同。

蠕滑力饱和后如无下降，无论其他条件如何，均不会发生粘滑振动。

地铁线路钢轨异常波磨的分析与解决措施探讨张田伟发布时间：2021-11-11T05:56:02.007Z 来源：《基层建设》2021年第22期作者：张田伟[导读] 在地铁出行已经成为新型的交通工具的今天，给人们提供了便利的出行方式深圳市地铁集团有限公司广东省深圳市 518000摘要：在地铁出行已经成为新型的交通工具的今天，给人们提供了便利的出行方式，旅客流动不断的增加。

在半径曲线上，存在非常严重的钢轨波磨现象。

从钢轨的振动特性出发，将车辆动力学与轨道动力学相结合，探讨钢轨异常波磨的原因，并提出了相应的对策。

关键词：地铁线路；钢轨波磨；解决措施近年来，随着社会建设和科学技术的飞速发展，传统的地面交通已不再是一种大的交通方式，已经不能满足中等城市的交通需求。

城市轨道交通作为缓解这种状况的一种交通方式，可以得到迅速发展。

然而，地铁钢轨波磨的病害机理一直存在，严重影响了地铁的运行安全，所以，需要结合相应的原因，找到合理的解决措施。

一、地铁线路钢轨异常波磨机理钢轨的波浪磨损，称为波磨，是大多数地铁运输系统中的一种现象。

随着线路运行距离和时间的增加，垂直接触面将产生周期性的波形不均匀磨损。

波峰（或波谷）是描述波峰和波心的两个重要特征参数]。

轨道波磨不仅降低了乘客的舒适度，还会对轨道周围的居民产生噪声干扰，而且轨道的高速动载荷和冲击会导致车辆和轨道的振动。

目前，关于地铁钢轨波磨的发病机理和治理方法的研究已经取得了一定的进展，但其发生机理尚未得到统一有效的理论解释。

在一般的地铁线路中，地铁钢轨波磨一般发生在小半径曲线范围内的轨道上，虽然发生在外线，但很少发生在大半径曲线轨道上。

在山地城市地铁线路中，地铁钢轨波磨不仅出现在小半径曲线轨道上，而且出现在大坡道的大半径曲线轨道上。

由于严重的地铁钢轨波磨病害引起车辆和轨道部件的振动和噪声，疲劳损伤将危及列车运行安全。

根据对钢轨磨损的研究，钢轨磨损的形成和发展主要是车辆钢轨动力学、轨道接触力学和材料损伤之间的反馈循环，包括反映磨损疾病动态原因的波长固定机制和反映轨道表面材料磨损特性的材料损伤机制。