馬良民
(廣州鐵路集團(tuán)公司,廣州 510600)
高鐵線路在運(yùn)營過程中,個別地段出現(xiàn)CRH3型動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫向振動加速度報(bào)警限速的現(xiàn)象(以下簡稱動車組橫向振幅超限)。
出現(xiàn)動車組橫向振幅超限后,及時組織調(diào)查分析組認(rèn)真分析線路動態(tài)檢測資料,并深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)研,重點(diǎn)檢查和分析軌道幾何尺寸、鋼軌光帶和軌廓等軌道結(jié)構(gòu)情況。
鋼軌光帶的測量數(shù)據(jù)表明,大多數(shù)地段鋼軌光帶正常,光帶距內(nèi)側(cè)作用邊 a=15~20 mm,光帶寬度 L=25~35 mm,光帶距外側(cè) b=23~28 mm。但在動車組橫向振幅超限和晃車地段出現(xiàn)異常光帶,有以下幾種表現(xiàn)形式:①部分地段鋼軌出現(xiàn)雙光帶,靠鋼軌內(nèi)側(cè)軌距角處有一條很窄的光帶(約2~4 mm),反映出鋼軌與輪對側(cè)面間歇接觸;②在鋼軌表面可以很明顯看出有兩種顏色光帶,新舊光帶有一定的偏移,一般表現(xiàn)為新光帶朝鋼軌內(nèi)側(cè)偏移,光帶距內(nèi)側(cè)作用邊a值基本為0;③部分軌面出現(xiàn)忽寬忽窄的跳躍式光帶,多發(fā)生在長大直線上,一般長約3~5 m,左右股鋼軌光帶變換無規(guī)律。
綜合檢測列車每月對武廣高鐵檢測2~3次,檢測數(shù)據(jù)表明幾何尺寸偏差程度輕,無三級偏差,各項(xiàng)動力學(xué)指標(biāo)不超限,主要扣分項(xiàng)目為橫向加速度和軌距變化率。截止2010年3月底,上下行線路扣分,橫向加速度占48.4%,軌距變化率占44.8%。
使用IMAGEMAP EZ-3型便攜式軌廓儀,對鋼軌軌頭廓形進(jìn)行檢測并與60 kg/m鋼軌標(biāo)準(zhǔn)斷面比對分析,動車組橫向振幅超限地段鋼軌整體輪廓雖基本相符,但軌冠不飽滿,軌距角R13處突出。
通過檢查分析,認(rèn)為動車組橫向振幅超限地段雖然軌道幾何尺寸偏差基本不超限,但是鋼軌軌廓存在制造缺陷,造成輪軌匹配關(guān)系不好,車輪與鋼軌非正常接觸是導(dǎo)致動車組橫向振幅超限的主要原因,表現(xiàn)為鋼軌光帶不正常,而修整鋼軌輪廓是改善輪軌接觸狀態(tài),消除動車組橫向振幅超限的措施之一。
目前,修整鋼軌輪廓最有效的方式是實(shí)施打磨作業(yè)。為保證鋼軌打磨質(zhì)量,提高動車組運(yùn)行平穩(wěn)性,針對高速鐵路的行車特性,合理確定鋼軌打磨方案和工藝參數(shù)至關(guān)重要。
經(jīng)過充分論證后,先在廣深Ⅲ、Ⅳ線上進(jìn)行了三組模擬打磨的試驗(yàn)(打磨模式及工藝參數(shù)設(shè)置見表1),初步探索出具有實(shí)際操作性的打磨作業(yè)模式和打磨工藝參數(shù)。
第一組和第二組試驗(yàn)分別采用3遍和4遍打磨模式,第三組試驗(yàn)在綜合吸收了前兩次經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,確定采用打磨3遍模式,角度從-8°覆蓋到45°。與前兩組試驗(yàn)相比較,第三組試驗(yàn)的第一遍內(nèi)側(cè)增大角度磨削,功率加大,第二遍調(diào)整光帶,按照角度順接,第三遍拋光,范圍略向內(nèi)側(cè)偏移,保證光帶區(qū)接觸效果,既改善磨面過寬問題,又考慮將拋光面加寬。采用第三組打磨模式,得出了滿足要求的打磨效果。
表1 試驗(yàn)采用的打磨模式和工藝參數(shù)
通過這三組試驗(yàn),初步確定了打磨參數(shù),對鋼軌內(nèi)側(cè)軌廓的修整,可改善輪軌匹配關(guān)系,且對鋼軌母材損耗較小。
前三天試作業(yè)采用了廣深線試驗(yàn)探索確定的模式和工藝參數(shù),基本滿足了改善動車組運(yùn)行品質(zhì)的要求。針對高鐵特有軌道類型、行車速度和平縱斷面情況,需進(jìn)一步研究并完善鋼軌打磨參數(shù),獲得良好的輪軌匹配,以適應(yīng)高鐵動車組運(yùn)行高平順和高穩(wěn)定性的要求。
通過對鋼軌材質(zhì)、打磨動態(tài)能量轉(zhuǎn)化、打磨后表面接觸硬度、摩擦力等方面,特別是對打磨作業(yè)熱循環(huán)過程中鋼軌表面晶相組織是否對其綜合性能產(chǎn)生影響的探討,逐步得出針對一般分散光帶的打磨參數(shù)設(shè)置。
1)通用打磨參數(shù)設(shè)置。
第一遍,打磨內(nèi)外側(cè),角度覆蓋(+25°~+14°,-15°~-1°),單車內(nèi)側(cè)分布8個磨石,外側(cè)16個磨石,功率15 kW,打磨速度14 km/h。
第二遍,內(nèi)側(cè)磨削,角度范圍為 +43°~+11°,單車24個磨石都在內(nèi)側(cè)工作,修整軌距角突出部位,功率為15 kW,打磨速度15 km/h。
第三遍,拋光軌面,角度在+22°~-6°間,單車內(nèi)側(cè)分布19個磨石,外側(cè)分布5個磨石,功率14 kW,速度16 km/h。
2)根據(jù)打磨地段鋼軌光帶的不同狀況,需對打磨參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和優(yōu)化(見表2)。
表2 不同鋼軌光帶的打磨工藝參數(shù)優(yōu)化
通過多種動態(tài)和靜態(tài)檢測手段對打磨質(zhì)量的監(jiān)測,可知打磨的效果非常顯著。從打磨前后線路動態(tài)質(zhì)量對比和打磨后鋼軌光帶情況,能清楚地看到打磨對改善輪軌關(guān)系,消除動車組橫向振幅超限的作用。
內(nèi)鋼軌打磨時間是2月28日—7月1日,1月—7月綜合檢測列車檢測的上行線線路動態(tài)情況見圖1。
圖1 上行線動態(tài)檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
從圖1可以看出,打磨后橫向加速度二級偏差數(shù)量隨著鋼軌打磨的實(shí)施呈下降趨勢,打磨前322處,打磨完畢5處。這充分說明打磨后輪軌匹配狀態(tài)得到改善,鋼軌打磨對減小動車組橫向振動幅度有顯著的作用,在添乘動車組時的人體感覺也可得到驗(yàn)證。
為觀察鋼軌打磨效果,選取上坡、下坡、變坡和直線、曲線等不同工況共4處(YZ01~YZ04)作為打磨觀測點(diǎn),樣點(diǎn)涵蓋了雙光帶、光帶突變和新舊光帶地段,對鋼軌光帶情況進(jìn)行觀測。打磨后鋼軌光帶情況見表3和表4。
表3 上行線部分鋼軌打磨后光帶情況mm
表4 下行線部分鋼軌打磨后光帶情況mm
從表3和表4可以看出鋼軌打磨后的鋼軌光帶變化:光帶寬度L在打磨(約1周后)普遍偏窄,L一般在8~12 mm范圍內(nèi),2至3周后,光帶逐漸變寬,L在25~31 mm范圍內(nèi),光帶良好,并趨于穩(wěn)定;光帶距作用邊距離a在打磨7~15 d后穩(wěn)定在18~25 mm之間。光帶寬度和距作用邊距離正常,表明輪軌匹配關(guān)系良好。
通過分析研究,提出輪軌匹配關(guān)系不良是導(dǎo)致發(fā)生動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫向振動加速度報(bào)警限速的原因,確定了對鋼軌進(jìn)行打磨的整治對策,制訂了打磨工藝參數(shù)。采用大型鋼軌打磨車實(shí)施鋼軌打磨后,修整了鋼軌廓形,改善了輪軌匹配關(guān)系,解決了動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫向振動加速度報(bào)警限速問題,提高了動車組運(yùn)行平穩(wěn)性和舒適性,取得很好的效果。此項(xiàng)研究填補(bǔ)了國內(nèi)高鐵打磨領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)空白,對合理確定高速鐵路鋼軌打磨作業(yè)模式和工藝參數(shù)有重要的指導(dǎo)意義。
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