城市軌道交通中小半徑曲線問題探討

1、城市軌道交通中小半徑曲線問題探討                        【摘要】簡(jiǎn)述小半徑曲線對(duì)列車運(yùn)行安全影響,對(duì)工程影響以及對(duì)運(yùn)營(yíng)中鋼軌的磨耗的影響,并就相關(guān)問題提出建議及改善措施。【關(guān)鍵詞】城市軌道交通;小半徑曲線;最小曲線半徑;影響;磨耗;直線電機(jī) 城市軌道交通是大城市公共客運(yùn)交通的骨干,是大眾化、大運(yùn)量的城市客運(yùn)系統(tǒng)。同時(shí)又是城市

2、的大型基建工程,所以它在城市建設(shè)中占有十分重要的地位。目前,國(guó)內(nèi)許多城市正在進(jìn)行軌道交通的建設(shè)或前期準(zhǔn)備工作,基本上都進(jìn)行了各種形式的軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃。最小平曲線半徑是城市軌道交通線路設(shè)計(jì)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一。它對(duì)地下鐵道線路的造價(jià)、運(yùn)行速度、養(yǎng)護(hù)維修量和運(yùn)營(yíng)支出有很大的影響。平曲線半徑過小,不能滿足高速列車行車舒適性的要求;平曲線半徑過大,又會(huì)大大增加建設(shè)工程投資。本文就從軌道交通中的小半徑曲線出發(fā),討論其對(duì)工程和運(yùn)營(yíng)的影響以及如何改善這些問題。1 小半徑曲線的選擇      小半徑曲線是在軌道交通設(shè)計(jì)過程中為了照顧客流走廊,繞避嚴(yán)重不良地質(zhì)地段

3、、文物古跡、高層建筑、地下管線,減少工程投資等而不得不采用的半徑較小的曲線。2 小半徑曲線的影響      以下淺談小半徑曲線在列車運(yùn)行安全、對(duì)工程影響以及運(yùn)營(yíng)中鋼軌的磨耗等三個(gè)方面的影響。2.1 小半徑曲線對(duì)運(yùn)營(yíng)安全的影響      列車在小半徑曲線地段下坡道上運(yùn)行時(shí),引起地鐵車輛的劇烈振動(dòng),在振動(dòng)很劇烈的地段特別要用瞬時(shí)舒適度水平(2舒適度水平),舒適度水平表達(dá)式為:=20/(1)      其中為標(biāo)準(zhǔn)加速度,為測(cè)定的加速度。由該式可知舒適度

4、水平與振動(dòng)加速度相關(guān),振動(dòng)加速度大,舒適度水平大,從而乘客舒適度差。舒適度等級(jí)越小,舒適度評(píng)價(jià)越好,舒適度等級(jí)在1以下,振動(dòng)舒適度評(píng)價(jià)非常好。旅客乘車舒適度是衡量列車通過曲線時(shí)運(yùn)營(yíng)質(zhì)量好壞的一個(gè)最直觀的指標(biāo)。另外,小半徑曲線上視距較短,司機(jī)瞭望線路條件差,嚴(yán)重時(shí)會(huì)威脅到列車安全。      地鐵列車在通過小半徑曲線時(shí),車輪相對(duì)于鋼軌產(chǎn)生橫向滑動(dòng),往往要發(fā)出尖嘯的噪聲。2001年8月22日,德國(guó)公司在廣州地鐵一號(hào)線對(duì)地鐵車輛的振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果表明,上行線長(zhǎng)壽路陳家祠區(qū)間小半徑曲線垂向振動(dòng)加速度最大值約達(dá)37/2,而無波磨地段垂向振動(dòng)加速度最大值

5、約達(dá)15/2。嚴(yán)重的波磨引起地鐵車輛的劇烈運(yùn)動(dòng),發(fā)出尖嘯的噪聲,大大降低了乘客的舒適度。2.2小半徑曲線對(duì)工程的影響      在困難地段,采用較小的曲線半徑能夠更好地適應(yīng)地形變化,可減少路基、擋墻的工程數(shù)量,對(duì)降低工程造價(jià)有顯著效果,但也會(huì)由于增加線路長(zhǎng)度、降低粘著系數(shù),而引起工程費(fèi)用增大。2.3小半徑曲線對(duì)鋼軌磨耗的影響      輪軌間的摩擦包括滾動(dòng)摩擦和滑動(dòng)摩擦,據(jù)有關(guān)資料介紹,單純的滾動(dòng)摩擦使鋼軌磨耗甚微,而車輪只有0 2%的滑動(dòng),磨耗就會(huì)顯著增加。列車在曲線上運(yùn)行時(shí),附加動(dòng)壓力及輪軌

6、間的相對(duì)滑動(dòng)與曲線半徑成反比,半徑越小滑動(dòng)磨耗越大。      鋼軌磨耗主要是指小半徑曲線上鋼軌的側(cè)面磨耗和波浪型磨耗,主要是由于輪軌之間發(fā)生摩擦造成的。從廣州地鐵一號(hào)線運(yùn)營(yíng)情況來看,最小曲線半徑為300,有些地段磨耗較嚴(yán)重;二號(hào)線最小曲線半徑350,磨耗情況尚可,曲線半徑 400的曲線尚未發(fā)現(xiàn)不正常磨耗現(xiàn)象。曲線半徑越小,鋼軌磨耗越嚴(yán)重,鋼軌更換周期越短。3  主要問題及建議3.1選定最小曲線半徑最小曲線半徑是指系統(tǒng)在正常的運(yùn)行速度下,保證行車安全和旅客乘坐舒適的最小曲線半徑。它是修建地下鐵道的主要參數(shù)之一,它與地鐵線路的性質(zhì)、車輛

7、性質(zhì)、行車速度、地形地物條件等有關(guān)。3.1 1理論公式=11 82(+)(2)      式中:為滿足欠超高要求的最小曲線半徑();為設(shè)計(jì)速度(/);為最大超高(120);為允許欠超高(=61 2)。                             3.1 2半

8、徑選擇      線路平面最小曲線半徑,按地下鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(50157-92)規(guī)定,如表1:表1最小曲線半徑() 3.2選擇新型轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)      在小半徑曲線上,輪沿與鋼軌軌頭角部接觸,這不僅會(huì)造成輪軌磨損,也會(huì)產(chǎn)生很大的振動(dòng)和刺耳的噪聲。如果軸間容許有一定的自由度,將使噪聲減小。      直線電機(jī)平面轉(zhuǎn)彎半徑小,有利于線路平面選線,可避開已建或規(guī)劃待建的建筑,以及建筑基礎(chǔ)、地下管線和其它地下建筑物,降低工程造價(jià)。直線電機(jī)采用徑向轉(zhuǎn)向架通過曲

9、線地段如圖1所示。采用徑向轉(zhuǎn)向架帶來如下優(yōu)點(diǎn):      (1) 平面轉(zhuǎn)彎半徑小,與傳統(tǒng)的粘著驅(qū)動(dòng)式系統(tǒng)(轉(zhuǎn)向架軸距、定距相同)相比,最小水平轉(zhuǎn)彎半徑由一般輪軌系統(tǒng)的200可減至80;      (2) 有利于線路平面選線,可避開已建或規(guī)劃待建的建筑,以及建筑基礎(chǔ)、地下管線和其它地下構(gòu)筑物,降低工程造價(jià);      (3) 通過關(guān)鍵技術(shù)部位特殊裝置的動(dòng)作,使車軸產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)角,使其隨著彎道的曲線改變軸距,有效地減少了機(jī)車車輪與鋼軌間的摩擦,大大降

10、低了輪緣的磨耗;      (4) 噪聲低。沒有旋轉(zhuǎn)與傳動(dòng)系統(tǒng),使輪軌磨耗降低,噪音比傳統(tǒng)車輛減小10()左右;      (5) 體積小,重量輕。縮小隧道端面和高架結(jié)構(gòu),大幅度降低工程造價(jià);      (6) 通過小半徑曲線能力提高,提高運(yùn)行速度,適應(yīng)城市街區(qū),減少工程拆遷,加減速度大,爬坡能力強(qiáng),不受氣候影響;      (7) 自重小,沒有牽引傳動(dòng)和粘著損失,自動(dòng)化程度高,耗電省。 

11、;     目前廣州地鐵四號(hào)線已采用直線電機(jī)車輛,降低了廣州后續(xù)軌道交通線建設(shè)的工程投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用,保持了軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展?jié)摿?同時(shí)有利于城市土地和地下空間的合理開發(fā)和利用,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)軌道交通技術(shù)上的空白。3.3養(yǎng)護(hù)維修      通過養(yǎng)護(hù)維修措施可以克服小半徑曲線帶來的不良影響。如剝離掉塊、波浪磨耗等。3.3 1鋼軌涂油      小半徑曲線段可通過涂油來大大減緩磨耗。新鋼軌由于沒有受到列車車輪的碾壓,其表面硬度很低,經(jīng)過一定時(shí)間的碾壓后,其表面形成一

12、個(gè)超過原來硬度約1 51 8倍的保護(hù)層,可大大提高鋼軌表面的耐磨性能。通過涂油可使保護(hù)層順利形成,降低鋼軌的磨耗速度。3.3 2鋼軌打磨      鋼軌打磨是目前最有效的消除波磨的措施,已發(fā)展成為一種多功能的現(xiàn)代化養(yǎng)路技術(shù)。打磨的重點(diǎn)已從鋼軌修理轉(zhuǎn)向鋼軌保養(yǎng)。鋼軌的定期打磨,可以消除和延緩波磨、消除鋼軌表面的接觸疲勞層防止剝離掉塊、對(duì)斷面打磨還可以改善輪軌接觸條件,降低接觸應(yīng)力。目前廣州地鐵正用美國(guó)公司購(gòu)買的101-32磨軌車對(duì)小半徑曲線進(jìn)行打磨,效果良好。      另外,通過優(yōu)化軌道結(jié)構(gòu)部件(如墊板、橡膠墊等)的剛度匹配,設(shè)置合理的軌底坡也可以減少小半徑曲線處的磨耗程度。4 結(jié)束語      在進(jìn)行軌道交通線路方案設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡可能使用較大的曲線半徑,以避免或減少在運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)的這些不良問題,300以下的曲線半徑輪軌磨耗大,噪音大,應(yīng)盡量少用,尤其位于兩站中間更應(yīng)少用。隨著我國(guó)材料科學(xué)及車輛工業(yè)技術(shù)不斷進(jìn)步,鋼軌的耐磨性繼續(xù)提高,輪軌之間的匹配關(guān)系還可以改善,將來小半徑曲線處的鋼軌更換周期可以延長(zhǎng)。能適應(yīng)小半徑曲線的車型也越來越豐富,其不良影響也可以很大范圍內(nèi)