城市軌道交通鋼軌表面光帶異常波動(dòng)分析

城市軌道交通中鋼軌的質(zhì)量、工作狀態(tài)對(duì)整個(gè)線路的質(zhì)量以及行車安全有著直接的影響。筆者在對(duì)北京地鐵鋼軌傷損常見類型和傷損現(xiàn)狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上,得出了以下結(jié)論:1號(hào)線和2號(hào)線運(yùn)營(yíng)時(shí)間較長(zhǎng),鋼軌傷損主要以剝離掉塊等疲勞性損傷為主;新建線(13號(hào)線和八通線)到目前為止出現(xiàn)的鋼軌傷損主要以焊縫傷損及焊點(diǎn)傷損為主要類型。討論了軌道交通與國(guó)鐵不同的鋼軌傷損的成因,有針對(duì)性地提出了鋼軌傷損防治對(duì)策,如提高鋼軌質(zhì)量、鋪設(shè)無縫線路、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)維修和做好鋼軌探傷檢查工作,并提出了鋼軌傷損的監(jiān)測(cè)管理和整治修復(fù)措施。

通過對(duì)北京地鐵六號(hào)線鋼軌狀態(tài)與病害分析、打磨養(yǎng)護(hù)作業(yè)的設(shè)計(jì)、實(shí)施與養(yǎng)護(hù)效果進(jìn)行詳細(xì)描述,提出了基于高速鋼軌打磨車的快速、安全、環(huán)保、高效的新型養(yǎng)護(hù)方式。

在對(duì)北京地鐵部分線路鋼軌波紋磨耗問題進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)研及定性分析的基礎(chǔ)上,通過建立車軌動(dòng)力仿真模型,對(duì)扣件剛度、阻尼及車速與鋼軌波紋磨耗的關(guān)系進(jìn)行動(dòng)力仿真分析,并提出相關(guān)建議,為既有線整治及新線預(yù)防提供參考。

在系統(tǒng)分析國(guó)內(nèi)外鐵路鋼軌應(yīng)用情況基礎(chǔ)上,結(jié)合城市軌道交通的特點(diǎn),對(duì)城市軌道交通用鋼軌的相關(guān)問題進(jìn)行分析,并對(duì)提高鋼軌使用壽命的措施提出建議。

鋼軌的波浪形磨耗已成為城市軌道交通鋼軌傷損的主要形式之一。基于對(duì)上海軌道交通1號(hào)線鋼軌波浪形磨耗的連續(xù)布點(diǎn)觀測(cè),采用頻譜分析方法提取波浪形磨耗的波長(zhǎng),并對(duì)波深進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析,初步了解了上海軌道交通鋼軌波浪形磨耗的一些基本特征,為進(jìn)一步研究城市軌道交通鋼軌波浪形磨耗生成機(jī)理及防治措施提供了依據(jù)。

在調(diào)研城市軌道交通典型鋼軌表面?zhèn)麚p的基礎(chǔ)上,對(duì)比了在線鋼軌整修技術(shù)的類型、優(yōu)缺點(diǎn)和適應(yīng)范圍,并通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),分析了在線鋼軌銑磨的效果。結(jié)果表明:在線銑磨可以很好地消除鋼軌頂面、軌距角處的表面?zhèn)麚p,并恢復(fù)較高精度的標(biāo)準(zhǔn)軌頭輪廓,公差為-0.1～+0.2mm;在線銑磨提高了鋼軌表面的整體縱向平順度,各波長(zhǎng)范圍內(nèi)不平順幅值均方根降低50%以上,峰值超限數(shù)量降低40%～80%;焊接接頭不平順的恢復(fù)受銑磨量和不平順原始幅值的影響。

城市軌道交通鋼軌波浪形磨耗會(huì)增加養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用,降低乘車舒適度,引起噪聲,甚至危及列車安全.為了檢測(cè)鋼軌波浪形磨耗,提出了一種基于運(yùn)營(yíng)車輛轉(zhuǎn)向架加速度的鋼軌波磨檢測(cè)技術(shù).利用simpack多體動(dòng)力學(xué)軟件建立含有波磨病害的車輛-軌道模型,采集該狀態(tài)下的車輛轉(zhuǎn)向架加速度數(shù)據(jù),應(yīng)用經(jīng)典的時(shí)頻域分析、小波分析及希爾伯特黃變換分別對(duì)基于波磨病害的轉(zhuǎn)向架加速度信號(hào)進(jìn)行分析并提取出時(shí)頻特征進(jìn)行病害識(shí)別.仿真結(jié)果表明：利用連續(xù)小波分析提取的頻域特性及經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（empiricalmodedecomposition,emd）得到的特征振動(dòng)模態(tài)可用于波磨病害的檢測(cè)和識(shí)別,從而驗(yàn)證了利用simpack仿真模型進(jìn)行鋼軌波磨檢測(cè)的可行性.

了解傷損的成因并在日常養(yǎng)護(hù)工作中及時(shí)發(fā)現(xiàn)傷損,采取措施保證線路行車安全,對(duì)城市軌道交通軌道專業(yè)來說極其重要。本文主要探討城市軌道交通中鋼軌傷損的成因及養(yǎng)護(hù)方法。

城市軌道交通鋼軌波浪形磨耗會(huì)增加養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用,降低乘車舒適度,引起噪聲,甚至危及列車安全.為了檢測(cè)鋼軌波浪形磨耗,提出了一種基于運(yùn)營(yíng)車輛轉(zhuǎn)向架加速度的鋼軌波磨檢測(cè)技術(shù).利用simpack多體動(dòng)力學(xué)軟件建立含有波磨病害的車輛-軌道模型,采集該狀態(tài)下的車輛轉(zhuǎn)向架加速度數(shù)據(jù),應(yīng)用經(jīng)典的時(shí)頻域分析、小波分析及希爾伯特黃變換分別對(duì)基于波磨病害的轉(zhuǎn)向架加速度信號(hào)進(jìn)行分析并提取出時(shí)頻特征進(jìn)行病害識(shí)別.仿真結(jié)果表明:利用連續(xù)小波分析提取的頻域特性及經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(empiricalmodedecomposition,emd)得到的特征振動(dòng)模態(tài)可用于波磨病害的檢測(cè)和識(shí)別,從而驗(yàn)證了利用simpack仿真模型進(jìn)行鋼軌波磨檢測(cè)的可行性.

對(duì)目前國(guó)鐵及城市軌道交通常用凍結(jié)接頭類型的結(jié)構(gòu)組成及應(yīng)用情況進(jìn)行了系統(tǒng)闡述,并對(duì)各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比分析,為我國(guó)城市軌道交通鋼軌接頭凍結(jié)接方案的選擇提供參考。

城市軌道交通鋼軌軌面短波不平順是激發(fā)線路沿線振動(dòng)和噪聲的主要原因。通過對(duì)上海城市軌道交通某線鋼軌軌面不平順的連續(xù)布點(diǎn)跟蹤測(cè)量,借鑒歐洲鐵路在研究輪軌噪聲時(shí)制定的軌面粗糙度水平標(biāo)準(zhǔn)和鋼軌打磨、銑磨作業(yè)標(biāo)準(zhǔn),用統(tǒng)計(jì)分析、1/3倍頻和滑動(dòng)平均法,分析軌面短波不平順的時(shí)、頻域組成特性以及軌面不平順的發(fā)展規(guī)律。分析了鋼軌軌面不平順對(duì)輪軌作用力的影響,為進(jìn)一步研究城市軌道交通軌面短波不平順的防治措施提供了依據(jù)。

目前我國(guó)地鐵線路與世界其他國(guó)家一樣,面臨著鋼軌波浪形磨耗問題的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。近幾十年來,國(guó)外對(duì)城市軌道交通鋼軌波浪形磨耗問題進(jìn)行了大量調(diào)研、觀測(cè),及理論、試驗(yàn)研究,在治理鋼軌波浪形磨耗的措施上也取得了一定的成效。對(duì)國(guó)外城市軌道交通鋼軌的波浪形磨耗狀況、成因、影響因素及治理措施等的研究進(jìn)行了總結(jié)和分析,并提出了應(yīng)對(duì)我國(guó)地鐵鋼軌波浪形磨耗問題的建議。

本文結(jié)合某市城市軌道交通輪軌異常磨損現(xiàn)象,在對(duì)輪軌的材質(zhì)、硬度和外形等進(jìn)行測(cè)試研究的基礎(chǔ)上,分析出輪軌的異常磨耗主要是由于制動(dòng)作用過度、輪軌接觸不均以及車輛通過曲線時(shí)前導(dǎo)車輪的輪緣力對(duì)鋼軌的沖擊等共同作用產(chǎn)生的,并對(duì)此提出針對(duì)性預(yù)防建議和改進(jìn)措施。

鋼軌的軌底坡是城市軌道交通工程軌道系統(tǒng)的重要參數(shù)之一,通過對(duì)國(guó)內(nèi)外眾多鐵路及城軌交通系統(tǒng)鋼軌軌底坡取值情況的調(diào)研以及不同軌頂動(dòng)態(tài)磨耗“光帶”的分析,并結(jié)合國(guó)鐵有關(guān)部門的研究和試驗(yàn),提出對(duì)我國(guó)城軌交通工程軌底坡取值的建議。

對(duì)上海軌道交通1號(hào)線、8號(hào)線的典型小半徑曲線鋼軌磨耗進(jìn)行了跟蹤測(cè)量,統(tǒng)計(jì)分析了小半徑曲線鋼軌的側(cè)磨和垂磨特征及相應(yīng)的磨耗發(fā)展率。認(rèn)為小半徑曲線鋼軌受側(cè)磨、垂磨和不均勻磨耗的共同影響,大編組、重型車的線路中,平均側(cè)磨發(fā)展率約為0.019mm/d,平均垂磨發(fā)展率約為0.005mm/d;小編組、輕型車的線路中,平均側(cè)磨發(fā)展率約為0.001mm/d,平均垂磨發(fā)展率約為0.002mm/d。該分析結(jié)果可為合理采取鋼軌減磨措施、有效延長(zhǎng)鋼軌壽命提供參考。

城市軌道交通輪軌匹配及鋼軌材質(zhì)選擇 (2)

考慮城市軌道交通小半徑曲線、大坡道等復(fù)雜線路條件,建立了車輛-軌道動(dòng)力學(xué)模型、磨耗和裂紋萌生預(yù)測(cè)模型;根據(jù)該模型,計(jì)算了不同坡度條件下鋼軌的表面切向力和磨耗指數(shù),預(yù)測(cè)了不同硬度的鋼軌在大坡道條件下的型面變化、磨耗發(fā)展率和裂紋萌生壽命,并提出了城市軌道交通的輪軌硬度匹配建議。結(jié)果表明,在城市軌道交通的小半徑曲線、大坡道條件下,采用硬度為280hb以上的鋼軌可得到較好的抗磨耗性能和較長(zhǎng)的裂紋萌生壽命;鋼軌與車輪硬度比應(yīng)接近,且鋼軌硬度應(yīng)略大于車輪硬度。

本文通過對(duì)城市軌道交通發(fā)生的鋼軌灼傷現(xiàn)象進(jìn)行了描述,提出鋼軌扣件絕緣低、鋼軌回流系統(tǒng)性能不滿足設(shè)計(jì)要求等原因,提出了鋼軌絕緣測(cè)試方案、回路電阻測(cè)試方案和鋼軌電導(dǎo)率測(cè)試等相關(guān)檢測(cè)方案,最后提出了增強(qiáng)鋼軌絕緣、增加排流電纜和補(bǔ)齊測(cè)防端子等防止鋼軌灼傷的幾點(diǎn)建議措施。

通過大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、測(cè)試、試驗(yàn)以及理論分析,揭示北京地鐵新線異常波磨的產(chǎn)生機(jī)理,發(fā)現(xiàn)鋼軌異常波磨的主要成因,有針對(duì)性地提出已運(yùn)營(yíng)線鋼軌異常波磨的整治原則,提出防止地鐵鋼軌異常波磨的綜合減振技術(shù)原則。通過對(duì)課題研究成果的總結(jié),從城市軌道交通建設(shè)管理的角度,提出防止鋼軌異常波磨發(fā)生和發(fā)展的原則及建議,為保障運(yùn)營(yíng)安全、最大限度地降低養(yǎng)護(hù)維修成本提供有力的技術(shù)支持。

了解傷損的原因并在日常養(yǎng)護(hù)工作中及時(shí)發(fā)現(xiàn)傷損，采取措施保證線路行車安全，對(duì)城市軌道交通軌道專業(yè)來說極其重要。本文筆者根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)主要對(duì)城市軌道交通中鋼軌傷損原因進(jìn)行了分析并給出了一些措施。

隨著城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，無縫線路鋼軌在大修期的換軌工作量相應(yīng)增加。為提高線路換軌的工作效率和作業(yè)質(zhì)量，本文研究了城市軌道交通焊軌基地的用途、工藝流程及選址條件，并分析焊軌基地的投資成本，為城市軌道交通焊軌基地的設(shè)計(jì)提供建議和參考。

鋼軌波磨已成為城市軌道交通傷損的主要形式之一。對(duì)鋼軌波磨的檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了研究與分析。波磨檢測(cè)的基本原理均基于弦測(cè)法和慣性基準(zhǔn)法。波磨評(píng)價(jià)目前主要基于頻域分析、時(shí)域分析及軌面粗糙度評(píng)價(jià)。基于對(duì)上海軌道交通1號(hào)線鋼軌波浪形磨耗的連續(xù)布點(diǎn)測(cè)試,對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了頻譜分析,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)波磨的程度作出了評(píng)價(jià)。