高速鐵路有砟軌道施工技術總結

I高速鐵路有砟軌道目錄HYPERLINK\l"_Toc233640829"1．高速鐵路基基本概念1HYPERLINK\l"_Toc233640830"1.1高速鐵鐵路基本特征征1HYPERLINK\l"_Toc233640831"1.1.1三三大支柱1HYPERLINK\l"_Toc233640832"1.1.2三三大要素1HYPERLINK\l"_Toc233640833"1.2鐵路運運輸速度的時時代背景1HYPERLINK\l"_Toc233640834"1.2.1速速度的時間性性與相對性11HYPERLINK\l"_Toc233640835"1.2.2鐵鐵路運輸高速速化的歷程11HYPERLINK\l"_Toc233640836"1.2.3粘粘著鐵路的極極限速度2HYPERLINK\l"_Toc233640837"1.3鐵路運運輸速度提高高的目的與目目標3HYPERLINK\l"_Toc233640838"1.3.1速速度提高的目目的3HYPERLINK\l"_Toc233640839"1.3.2提提高旅行速度度的目標4HYPERLINK\l"_Toc233640840"1.4鐵路與與公路和航空空競爭時需要要達到的速度度5HYPERLINK\l"_Toc233640841"1.4.1可可競爭的旅行行時間5HYPERLINK\l"_Toc233640842"1.4.2三方方旅行時間的的比較5HYPERLINK\l"_Toc233640843"1.4.3鐵鐵路可競爭的的速度分析55HYPERLINK\l"_Toc233640844"1.5高速鐵鐵路運輸模式式與速度目標標值7HYPERLINK\l"_Toc233640845"1.5.1運運輸模式7HYPERLINK\l"_Toc233640846"1.5.2速速度目標值88HYPERLINK\l"_Toc233640847"1.6高速軌軌道四大基本本性能9HYPERLINK\l"_Toc233640848"1.6.1所所謂高平順性性9HYPERLINK\l"_Toc233640849"1.6.2所所謂高穩(wěn)定性性9HYPERLINK\l"_Toc233640850"1.6.3所所謂高可靠性性9HYPERLINK\l"_Toc233640851"1.6.4所所謂高耐久性性9HYPERLINK\l"_Toc233640852"1.7高速軌軌道結構選型型9HYPERLINK\l"_Toc233640853"1.7.1有有砟與無砟之之爭9HYPERLINK\l"_Toc233640854"1.7.2關關于高速軌道道的穩(wěn)定性99HYPERLINK\l"_Toc233640855"1.7.3關關于高速軌道道的經濟性110HYPERLINK\l"_Toc233640856"1.7.4日日德法高速軌軌道鋪設業(yè)績績10HYPERLINK\l"_Toc233640857"1.7.5兩兩種軌道的綜綜合評價122HYPERLINK\l"_Toc233640858"2．我國和諧號號CRH型動車組概概述14HYPERLINK\l"_Toc233640859"2.1何謂動動車組14HYPERLINK\l"_Toc233640860"2.2動車組組編組及運用用條件14HYPERLINK\l"_Toc233640861"2.3動車組組基本組成114HYPERLINK\l"_Toc233640862"2.4彈簧裝裝置16HYPERLINK\l"_Toc233640863"2.5輪對116HYPERLINK\l"_Toc233640864"2.6動車組組車輛主要技技術參數(shù)188HYPERLINK\l"_Toc233640865"3．高速軌道輪輪軌低動力作作用技術199HYPERLINK\l"_Toc233640866"3.1車輛與與軌道相互作作用問題199HYPERLINK\l"_Toc233640867"3.2高速軌軌道上的輪載載波動20HYPERLINK\l"_Toc233640868"3.2.1輪輪載波動的地地點20HYPERLINK\l"_Toc233640869"3.2.2輪輪載波動的理理論分析200HYPERLINK\l"_Toc233640870"3.2.3輪輪載波動對軌軌道狀態(tài)變化化的評估211HYPERLINK\l"_Toc233640871"3.2.4輪輪載波動的原原因22HYPERLINK\l"_Toc233640872"3.2.5輪輪載波動的抑抑制對策222HYPERLINK\l"_Toc233640873"3.3著眼于于車輛的低動動力作用技術術23HYPERLINK\l"_Toc233640874"3.3.1關關于簧下質量量的影響233HYPERLINK\l"_Toc233640875"3.3.2關關于車輪扁疤疤的影響255HYPERLINK\l"_Toc233640876"3.3.3關關于車輪不圓圓順的影響332HYPERLINK\l"_Toc233640877"3.4著眼于于軌道的低動動力作用技術術33HYPERLINK\l"_Toc233640878"3.4.1關關于軌道幾何何不平順的影影響34HYPERLINK\l"_Toc233640879"3.4.2關關于軌道動力力不平順的影影響35HYPERLINK\l"_Toc233640880"3.4.3關關于軌道剛度度的影響377HYPERLINK\l"_Toc233640881"4.高速有砟軌軌道技術的發(fā)發(fā)展方向411HYPERLINK\l"_Toc233640882"4.1高速有砟砟軌道結構動動力學性能仿仿真計算分析析41HYPERLINK\l"_Toc233640883"4.1.1仿仿真計算條件件41HYPERLINK\l"_Toc233640884"4.1.2車車輛簧下質量量的影響422HYPERLINK\l"_Toc233640885"4.1.3列列車速度的影影響43HYPERLINK\l"_Toc233640886"4.1.4軌軌道不平順的的影響44HYPERLINK\l"_Toc233640887"4.1.5軌軌下膠墊剛度度的影響455HYPERLINK\l"_Toc233640888"4.1.6道道床支承剛度度的影響466HYPERLINK\l"_Toc233640889"4.1.7基基本結論477HYPERLINK\l"_Toc233640890"4.2軌道合理理剛度47HYPERLINK\l"_Toc233640891"4.2.1軌軌道剛度基本本原理47HYPERLINK\l"_Toc233640892"4.2.2軌軌道合理剛度度的判別準則則49HYPERLINK\l"_Toc233640893"4.2.3軌軌道合理剛度度仿真計算分分析49HYPERLINK\l"_Toc233640894"4.3日德法法高速有砟軌軌道的運用經經驗50HYPERLINK\l"_Toc233640895"4.3.1日日本新干線有有砟軌道500HYPERLINK\l"_Toc233640896"4.3.2德德國高速線有有砟軌道500HYPERLINK\l"_Toc233640897"4.3.3法法國客運專線線有砟軌道551HYPERLINK\l"_Toc233640898"4.4高速有有砟軌道的基基本原理和技技術路線522HYPERLINK\l"_Toc233640899"4.4.1引引論52HYPERLINK\l"_Toc233640900"4.4.2增增加軌道質量量52HYPERLINK\l"_Toc233640901"4.4.3降降低軌道剛度度55HYPERLINK\l"_Toc233640902"4.4.4優(yōu)優(yōu)選軌道阻尼尼57HYPERLINK\l"_Toc233640903"4.4.5軌軌道動力參數(shù)數(shù)選擇原則557HYPERLINK\l"_Toc233640904"4.4.6現(xiàn)現(xiàn)代有砟軌道道合理結構558HYPERLINK\l"_Toc233640905"5．高速有砟軌軌道的維修與與管理59HYPERLINK\l"_Toc233640906"5.1高速有砟砟軌道維修管管理的基本原原理59HYPERLINK\l"_Toc233640907"5.1.1高高速軌道維修修管理的時代代特征59HYPERLINK\l"_Toc233640908"5.1.2高高速軌道不平平順維修管理理的基本概念念60HYPERLINK\l"_Toc233640909"5.1.3高高速軌道不平平順維修管理理目標值的確確定方法611HYPERLINK\l"_Toc233640910"5.1.4軌軌道不平順波波形特性633HYPERLINK\l"_Toc233640911"5.1.5軌軌道不平順檢檢測弦長644HYPERLINK\l"_Toc233640912"5.1.6軌軌道不平順的的評定方法665HYPERLINK\l"_Toc233640913"5.1.7未未來高速鐵路路軌道形位的的檢測設想668HYPERLINK\l"_Toc233640914"5.2高速軌軌道不平順的的維修管理標標準70HYPERLINK\l"_Toc233640915"5.2.1概概述70HYPERLINK\l"_Toc233640916"5.2.2軌軌道不平順分分級管理目標標值的確定原原則70HYPERLINK\l"_Toc233640917"5.2.3我我國高速鐵路路軌道不平順順維修管理標標準71HYPERLINK\l"_Toc233640918"5.2.4日日本新干線軌軌道不平順管管理標準733HYPERLINK\l"_Toc233640919"5.3軌道幾幾何偏差對高高速車輛運行行品質的影響響分析76HYPERLINK\l"_Toc233640920"5.3.1分分析條件766HYPERLINK\l"_Toc233640921"5.3.2軌軌道高低不平平順的影響分分析78HYPERLINK\l"_Toc233640922"5.3.3軌軌道方向不平平順的影響分分析78HYPERLINK\l"_Toc233640923"5.3.4軌軌道水平不平平順的影響分分析79HYPERLINK\l"_Toc233640924"5.3.5軌軌距不平順的的影響分析880HYPERLINK\l"_Toc233640925"5.3.6扭扭曲不平順的的影響分析880HYPERLINK\l"_Toc233640926"5.3.7分分析結論800HYPERLINK\l"_Toc233640927"5.4軌距對對輪軌關系的的影響分析881HYPERLINK\l"_Toc233640928"5.4.1車車輪踏面等效效錐度分析881HYPERLINK\l"_Toc233640929"5.4.2輪輪緣根部磨耗耗可能性分析析81HYPERLINK\l"_Toc233640930"5.4.3鐵鐵道車輛運動動穩(wěn)定性822HYPERLINK\l"_Toc233640931"5.4.4車車輛在直線軌軌道上蛇行失失穩(wěn)時輪軌系系統(tǒng)動力學響響應特性833HYPERLINK\l"_Toc233640932"5.4.5車車輛在直線軌軌道上正常運運行時輪軌系系統(tǒng)動力學響響應特性844HYPERLINK\l"_Toc233640933"5.4.6基基本結論866HYPERLINK\l"_Toc233640934"5.5側向風力力對曲線安全全行車的影響響分析86HYPERLINK\l"_Toc233640935"5.5.1車車輛傾覆系數(shù)數(shù)表達式866HYPERLINK\l"_Toc233640936"5.5.2曲曲線上車輛傾傾覆臨界風速速表達式888HYPERLINK\l"_Toc233640937"5.5.3車車輛傾覆臨界界風速的計算算88HYPERLINK\l"_Toc233640938"5.5.4我我國風力等級級標準（2009年）92HYPERLINK\l"_Toc233640939"5.5.5車車輛傾覆與列列車速度和曲曲線超高的關關系921．高速鐵路基基本概念1.1高速鐵鐵路基本特征征1.1.1三三大支柱鐵路高速化綜合合反映了鐵路路技術裝備、工工程標準和管管理質量水平平。它需要有有：車輛的高性能化化信號轉換的迅速速化軌道結構的現(xiàn)代代化1.1.2三三大要素快速、舒適、安安全是高速鐵鐵路的三大要要素。三者缺缺一，難言高高速。高速是是當代鐵路運運輸?shù)谋厝贿x選擇，是與其其它運輸方式式（公路、航航空）競爭中中取勝的前提提。1.2鐵路運運輸速度的時時代背景1.2.1速速度的時間性性與相對性鐵路運輸速度的的高低是一個個具有時間性性和相對性的的概念。不同同的歷史時期期，具有不同同的科學技術術水平，這就就形成了與該該時期相應的的速度標準。與與當時的速度度水平相比較較，就產生了了高速或低速速的概念。1825年英國國修建了世界界第一條鐵路路，1830年由斯蒂文文森父子制造造的命名為“火箭號”的機車，牽牽引17t，在利物浦~曼徹斯特間間以平均速度度22km//h跑完全程，速速度之高，頗頗為轟動。這這是因為蒸汽汽機用于火車車上，比過去去馬拉車在木木軌上行駛，既既跑的快又拉拉的多。在1964年以以前，鐵路客客運的最高速速度達到110~1120km//h，就頗為令令人滿意了；；達到140~1160km//h，就可稱得得上是高速了了。1.2.2鐵鐵路運輸高速速化的歷程（1）第一代高高速1964年100月1日，一條時時速210km的日本東海海道新干線投投入運營，有有人稱之為第第一代高速。（2）第二代高高速上世紀90年代代，法國、日日本、德國、意意大利、西班班牙等國鐵路路已實現(xiàn)250~3300km//h的最高運營營速度，被稱稱為第二代高高速。（3）第三代高高速法國鐵路于19981年2月和1989年12月用TGV動車分別創(chuàng)創(chuàng)出380kmm/h和482.44km/h的高速紀錄錄；日本鐵路路300X系高速試驗驗列車于1995年9月和1996年3月也跑出了350kmm/h和443kmm/h的高速紀錄錄；中國鐵路路高速動車組組于2008年7月在京津城城際鐵路上跑跑出394kmm/h的最高速度度。因此實現(xiàn)現(xiàn)350~5500km//h的速度被認認為是第三代代高速。（4）第四代高高速至于大于5000km/h的靠輪軌粘粘著運輸?shù)牡诘谒拇咚?，已已被法國鐵路路TGV動車于1990年5月和2007年6月，分別在在有砟軌道上上，實現(xiàn)了最最高試驗速度度515.33km/h和574.88km/h。因此說，鐵路高高速運輸是一一個具有時間間性和相對性性的概念，是是由科學技術術水平決定的的。它綜合反反映了鐵路技技術裝備、工工程標準和管管理質量。需需要機車車輛輛、線路標準準、軌道結構構、診斷維護護和行車指揮揮的現(xiàn)代化。1.2.3粘粘著鐵路的極極限速度（1）何謂極限限速度借助輪軌間的粘粘著作用而產產生牽引力的的鐵路，可能能實現(xiàn)的最高高速度稱為極極限速度。那么，由鋼軌、軌軌枕和道床組組成的現(xiàn)有傳傳統(tǒng)有砟軌道道，靠輪軌摩摩擦產生牽引引力的粘著鐵鐵路，可能達達到的極限速速度究竟是多多少呢？曾經經是一個很有有爭議的問題題。問題的實實質是，速度度的極限是由由空氣阻力和和粘著條件決決定的。（2）空氣阻力力與牽引力的的關系列車的空氣阻力力與列車流線線型的程度有有關，并與列列車速度的平平方成正比，速速度越高空氣氣阻力越大。法法德的試驗研研究表明，速速度達到300kmm/h時，90~955%的功率要消消耗于克服空空氣阻力。輪軌粘著鐵路，牽牽引力受輪軌軌粘著的限制制。而粘著力力則等于動輪輪荷載與輪軌軌間粘著系數(shù)數(shù)的乘積。粘粘著系數(shù)隨行行車速度的提提高而降低，并并與輪軌材質質、表面狀況況、維修質量量及動輪轉動動特征等一系系列因素有關關。國外實測測表明，當速速度V≤160kmm/h時，電力機機車（或動車車組）的粘著著系數(shù)約為0.20~~0.25；而當V=2500~300kkm/h時，粘著系系數(shù)將降低到到0.05~~0.03，也就是說說，機車（或或動車組）能能產生的最大大牽引力，僅僅為其本身重重量的5%~3%。（3）輪軌粘著著極限速度由圖1.2.11可見，隨著著行車速度的的提高，空氣氣阻力急劇增增大，走行的的總阻力亦隨隨之增大；而而當速度提高高時，粘著系系數(shù)降低，粘粘著力亦隨之之降低，牽引引力必將隨粘粘著力的降低低而降低。據(jù)據(jù)此，走行阻阻力曲線與牽牽引力曲線的的交點，表示示走行阻力與與牽引力相等等，當兩者相相等時，速度度就不能再提提高了，此時時交點相應的的速度即極限限速度。圖1.2.1極限速度示示意圖以往的研究，一一般認為粘著著鐵路的極限限速度約為350kmm/h。但是，隨隨著機車（或或動車組）轉轉向架構造的的改善，交流流電機驅動的的使用，以及及軌道結構的的強化和輪軌軌材質的提高高，粘著系數(shù)數(shù)可以增大；；又隨著高速速列車流線型型程度的提高高，空氣阻力力也可相應減減小，如是，極極限速度也會會隨著科學技技術的進步而而有所增大。法法國鐵路TGV動車最高試試驗速度突破破時速500km就是一個明明顯地例證。1.3鐵路運運輸速度提高高的目的與目目標1.3.1速速度提高的目目的提高鐵路運輸速速度的目的，主主要有三：（1）縮短旅行行時間；（2）提高與其其它交通工具具的競爭能力力；（3）增加鐵路路收入。在縮短旅行時間間中，提高速速度是一個重重要手段。毫毫無疑問，最最高速度是表表征鐵路運輸輸形象非常重重要的標志，但但與縮短旅行行時間有直接接關系的是旅旅行速度。提提高旅行速度度才是提高列列車速度的真真正目的，也也只有提高旅旅行速度才能能對旅客有吸吸引力，經濟濟效益才會顯顯著。我國鐵路實施的的既有線六次次大面積提速速至200~2250km//h，以及大規(guī)規(guī)模修建250~3350km//h高速新線的的舉措，業(yè)已已顯示出速度度提高帶來的的良好綜合效效應。這是一一項明智之舉舉。應當指出，速度度的提高受到到經濟（商業(yè)業(yè)、供電）、技技術（移動設設備、固定設設備）及環(huán)保保（振動噪聲聲）等方面問問題的制約，應應全面綜合考考慮。1.3.2提提高旅行速度度的目標（1）理想目標標人類的基本要求求是在盡可能能廣泛的范圍圍內相互接觸觸。對現(xiàn)代人人而言，如何何對待旅行時時間呢？瑞士士泰爾研究所所布萊頓博士士闡述了旅行行距離和期望望速度之間的的關系。布萊頓認為，根根據(jù)當前運輸輸水平，對于于現(xiàn)代人來說說，旅行距離離擴大10倍，所消耗耗的時間增加加2倍是適當?shù)牡摹Ｒ虼?，對對于任何人，在在沒有阻力的的情況下，可可以用5min走完0.4km的路程。據(jù)據(jù)此，便可得得到表1.3.1和圖1.3.1實線的結果果。表1.3.1布萊頓的理理想旅行速度度與旅行時間間旅行距離L（kkm）旅行速度V（kkm/h）旅行時間t(hh)0.44.80.0833334240.166666401200.3333334006000.666666圖1.3.1現(xiàn)有技術水水平的旅行距距離與旅行速速度（2）現(xiàn)實目標標日本東京大學井井口教授認為為，布萊頓的的理想速度過過高。在現(xiàn)實實中取其一半半（即圖1.3.1中的虛線），如如再考慮到等等待、換車，旅旅行速度（即即平均速度）還還要降低30%（即圖1.3.1中的點劃線線）。從而，便便可得到井口口給出的不同同距離的旅行行速度（表1.3.2）?？梢姡瑵M滿足了旅行距距離擴大10倍，旅行時時間增加2倍的基本條條件。表1.3.2井口的現(xiàn)實實旅行速度與與旅行時間旅行距離L（kkm）旅行速度V（kkm/h）旅行時間t(hh)100801.253001601.8755002502.010004002.51.4鐵路與與公路和航空空競爭時需要要達到的速度度1.4.1可可競爭的旅行行時間火車與汽車和飛飛機相比較，具具有不同的屬屬性，它們之之間的競爭關關系不能單純純地取決于速速度。至少可以這樣認認為，包括等等待、換車在在內的旅行時時間比對方長長的話，在競競爭中將處于于明顯的不利利地位。1.4.2三方方旅行時間的的比較圖1.4.1給給出了各種鐵鐵路速度與飛飛機、汽車的的旅行距離和和旅行時間的的關系。一般認為：1）乘坐飛機時時，等待、換換機和辦理搭搭乘手續(xù)等需需要90min，平均飛行行速度（包括括起飛和著陸陸時間）為600kmm/h。2）利用汽車時時，汽車在高高速公路上的的平均速度（包包括一般公路路）為80km//h。3）對于鐵路，乘乘火車時等待待、換車時間間為30min。1.4.3鐵鐵路可競爭的的速度分析從圖1.4.11中可以看出出：1）在近距離（200km以內）時，如如果鐵路的平平均速度達不不到120kmm/h，則無法和和汽車競爭。2008年8月月1日正式通車車運營的京津津城際鐵路（無無砟軌道）和和合武鐵路（有有砟軌道），最最高商業(yè)運營營速度分別達達到350kmm/h和250kmm/h，平均旅行行速度分別達達到250km和200kmm/h。特別是京京津城際高速速鐵路創(chuàng)造了了世界之最，大大大縮短了京京津間時空距距離，形成了了“同城效應”。使兩地區(qū)區(qū)的客流大量量流向了鐵路路，引起公交交業(yè)界的嚴重重關切。2）在中距離（500~6600km）和長距離離（1000~~1500kkm）時，如果果鐵路的平均均速度達不到到250kmm/h和350kmm/h及以上，將將會輸給飛機機。正在修建中的京京滬高速鐵路路，線路全長長1300kkm，旅行時間間擬4h到達，這樣樣，旅行速度度和最高速度度將分別達到到330kmm/h和380kmm/h。如是，將將必然取代乘乘坐飛機出行行。圖1.4.1三方旅行時時間的比較PAGE911.5高速鐵鐵路運輸模式式與速度目標標值1.5.1運運輸模式鐵路高速運輸是是一個龐大的的系統(tǒng)工程。自自從1983年在前西德德慕尼黑舉行行國際高速地地面運輸專題題討論會以來來，各個國家家都在根據(jù)各各自的具體條條件，確定本本國發(fā)展高速速運輸?shù)挠媱潉?，企圖以最最優(yōu)的方式滿滿足縮短旅行行時間的需求求。因此，出出現(xiàn)了多種多多樣的鐵路高高速運輸模式式。歸納起來來，大致有下下列幾種模式式。即（1）全高速客客運專線以客運為主的行行駛快速旅客客列車的高速速線路。如日日本的新干線線，法國和比比利時的高速速線，德國的的科隆~法蘭克福和和漢諾威~柏林高速線線，以及我國國已建成或正正在修建中的的京津、京滬滬、京廣、哈哈大、鄭西、廣廣珠、廣深港港等高速線和和城際軌道交交通均屬于客客運專線。（2）高中速共共線客運專線線以高速（3000~350kkm/h）和傳統(tǒng)中中速（200~2250km//h）客運共線線運行的線路路。這一模式式包括西班牙牙、比利時和和荷蘭，以及及我國的某些些高中速共線線運行的線路路。（3）客貨混運運線路以客運高速（2200~2550km/hh）、貨運低低速（120~1160km//h）客貨混運運為主的線路路。如意大利利和德國是這這種情況，西西班牙、法國國和英國將來來建成的某些些線路也是如如此。我國鐵路則與此此有所不同。已已建成和正在在修建中的合合寧、合武、石石太、甬臺溫溫、溫福和福福廈等新線（有有砟軌道為主主），均屬于于初期兼顧貨貨運的客運專專線。這里應當指出，運運輸模式的確確定非常重要要。因為它對對于線路、軌軌道、最大允允許軸重、運運營及維修的的條件和設備備具有直接和和根本的后果果?？拓浕炫苓\輸不不僅會造成運運能問題，列列車調度困難難，而且也難難以找到一個個超高值能同同時滿足高、低低速兩方面的的要求，欠過過超高受限。同同時，線路軌軌道的破壞主主要是由大軸軸重車輛造成成的。研究表表明，鋼軌的的傷損率和軌軌道幾何形位位的變化率分分別與軸重的的3次方和2次方成比例例。這一結論論一再被國內內外鐵路的運運營實踐所證證實。因此說，修建高高速客運專線線顯然是明智智之舉。這里里還有一個非非常重要的，又又常被人們忘忘記的原因是是：高速客運運專線可以節(jié)節(jié)約大量能源源。從動能效效應方面來看看，“速度可以吃吃掉重力”。因為動能能與速度的平平方成正比，當當速度下降時時，儲存的能能量可以發(fā)揮揮作用。此外外，高速還可可減少旅行時時間、服務旅旅客的開支，以以及相應減少少車輛數(shù)量及及其維護費用用。1.5.2速速度目標值（1）問題的重重要性高速鐵路速度目目標值的確定定是有關將來來鐵路發(fā)展的的極其重要的的技術指標。因因為鐵路線路路的線形（即即平縱斷面）技技術標準必須須與其速度目目標值相適應應。作為固定定設備的鐵路路軌道的使用用期限特別久久遠，一旦修修建完成，如如若再行改建建，就要花費費大量的資金金，對于無砟砟軌道來說尤尤其如此。因因此，速度目目標值在規(guī)劃劃階段就應慎慎重加以研究究。（2）最佳速度度所謂最佳速度是是指鐵路運營營的既經濟合合理又能盈利利的客運最高高速度。增大大最高速度，一一方面可以縮縮短旅行時間間，吸引更多多客流，增加加運營收入；；另一方面，由由于建筑標準準要提高，技技術裝備要先先進，又會使使鐵路投資增增大，同時，在在運營中對軌軌道和機輛的的維護質量要要提高，并且且大量的能量量消耗于空氣氣阻力，它又又必然使運營營費增加，運運輸成本提高高。顯然，這這里存在一個個最佳速度即即經濟速度的的問題。最佳佳速度對各個個國家擬定其其高速鐵路的的最高時速有有指導作用，一一般最高速度度都要略高于于經濟速度。（3）速度目標標值——就客運專線線而言最佳速度目標值值，各國根據(jù)據(jù)本國的具體體情況，研究究結果大體接接近。1）日本2270~3000km/hh2）法國2280~3000km/hh3）德國2270~3000km/hh4）UIC300kkm/h5）中國2250~3550km/hh——就客貨共線線而言1）動車組200~~250kmm/h2）普通機車車車輛1600~200kkm/h——就輪軌系統(tǒng)統(tǒng)鐵路運輸而而言1）新建高速線線2500~350kkm/h2）既有線改造造2000~250kkm/h這里應當指出，最最有實際意義義的是旅行速速度，而不是是最高速度。修修建高速新線線或改造既有有線開行高速速列車，最終終必須以技術術經濟指標為為依據(jù)。這是是日、德、法法等國已有高高速鐵路運輸輸?shù)墓餐涷烌?，也是我國國高速鐵路所所追求的。1.6高速軌軌道四大基本本性能高速鐵路究竟應應采用哪種軌軌道結構，是是有砟軌道還還是無砟軌道道？為適應高高速鐵路運輸輸?shù)目焖?、舒舒適、安全三三大要素，無無論是選用哪哪種軌道類型型，都應具備備高平順性、高高穩(wěn)定性、高高可靠性和高高耐久性四大大基本性能。1.6.1所所謂高平順性性就輪軌系統(tǒng)運輸輸而言，高速速軌道上存在在著幾何不平平順和動力不不平順，以及及短波不平順順和長波不平平順兩大類不不平順問題。這這種不平順反反過來對其行行車平穩(wěn)性、舒舒適性和安全全性的影響均均隨行車速度度的提高而顯顯著增大。加強對各種軌道道不平順的管管理，在高速速軌道特別是是有砟軌道中中尤為重要。為為此，高速軌軌道必須實現(xiàn)現(xiàn)無縫化、平平順化、高精精度化和維護護管理的現(xiàn)代代化。1.6.2所所謂高穩(wěn)定性性主要是指軌道結結構的重型化化，軌道部件件的高精度化化，軌道剛度度的合理化與與均勻化。1.6.3所所謂高可靠性性主要是指軌道強強度足夠，軌軌道彈性合理理，軌道部件件的長效性和和完好性，軌軌下基礎的穩(wěn)穩(wěn)固性和長久久性。1.6.4所所謂高耐久性性主要是指軌道結結構維護少、壽壽命長、成本本低。若真正能實現(xiàn)高高速軌道應具具備的四大基基本性能，不不下一番苦功功夫是不行的的。設計、制制造、安裝、鋪鋪設、維護、管管理等各方，必必須各施其責責，一絲不茍茍，同心協(xié)力力做到精心設設計、精心施施工、精心維維護。這里，“認真”二字必須時時刻牢記在心心。1.7高速軌軌道結構選型型1.7.1有有砟與無砟之之爭有關高速鐵路究究竟是采用傳傳統(tǒng)有砟軌道道還是新型無無砟軌道，長長期以來，國國內外鐵路業(yè)業(yè)者一直存在在著看法不一一，觀點不同同，幾乎形成成了某些成見見，甚至政治治介入。那么，爭論的焦焦點是什么，概概況起來說，主主要是在有關關高速軌道的的穩(wěn)定性和經經濟性兩大問問題上。1.7.2關關于高速軌道道的穩(wěn)定性在評價軌道結構構的質量時，最最重要的一點點是在新線建建設中所建造造的高精度軌軌道幾何質量量，在高速運運營荷載反復復作用下能否否長久保持。有砟軌道彈性好好，成本低，便便于維修、調調整和更新，通通過強化和改改進能夠適應應速度提高到到300kmm/h及以上的運運營要求。但但有砟軌道在在新建時達到到的高質量幾幾何狀態(tài)，往往往隨著高速速列車荷載（特特別是客貨共共線貨運大軸軸重）的反復復作用下，其其高低和軌向向等幾何形位位會迅速惡化化，難以持久久地保持其經經常處于良好好狀態(tài)。為此此，不得不靠靠定期進行軌軌道維修才能能得以恢復。如如此反復，軌軌道幾何形位位的持久性則則一次次下降降，影響軌道道質量和行車車品質。而無砟軌道在這這方面卻具有有決定性的優(yōu)優(yōu)勢。它能持持久地保持軌軌道幾何形位位，穩(wěn)定性高高，維修很少少。但它的建建設成本高，振振動噪聲大，彈彈性差，一經經建成改建很很難，一旦線線下基礎發(fā)生生變形整治也也很難。1.7.3關關于高速軌道道的經濟性所謂軌道的經濟濟性問題，原原則上應根據(jù)據(jù)有砟與無砟砟兩種軌道結結構的工程投投資和維修費費用，在使用用壽命期限內內，通過經濟濟計算綜合比比較后才能得得出結論。但但遺憾的是，目目前在世界范范圍內尚無此此結論，缺少少有根有據(jù)的的分析。現(xiàn)有的經驗表明明，從工程投投資上來看，日日本板式軌道道的建設成本本為有砟軌道道的1.3~11.5倍；德國無無砟軌道為1.5~11.75倍；西班牙牙估算為2倍。而從維維修成本上來來看，大都認認為是有砟軌軌道的1/2~11/3。但如果據(jù)據(jù)此就下結論論說無砟軌道道的壽命成本本大大低于有有砟軌道，還還為時尚早，畢畢竟假定60年使用壽命命尚未被高速速運營實踐所所證實。此外，有砟與無無砟軌道的經經濟性問題，不不僅僅局限于于對軌道壽命命周期成本的的評估，還應應對諸如軌道道設備、減振振降噪對策、線線路運輸效率率、維修對正正常運營的干干擾、可能的的施工缺陷，以以及水災、凍凍害、震災、脫脫軌等災害對對壽命周期成成本的影響，這這些不確定因因素，難以定定量化。1.7.4日日德法高速軌軌道鋪設業(yè)績績世界高速鐵路發(fā)發(fā)展至今已近近50年的歷程，軌軌道總延長約約7000kkm（不含中國國）。高速軌軌道主要有有有砟（占75%）和無砟（占占25%）兩種結構構類型，實踐踐表明，兩種種類型軌道都都能適應高速速運輸?shù)囊笄?。由于各國國的國情、社社會、人文、地地理、氣候、地地質、地形等等條件各不相相同，各有各各的選擇，無無可厚非。下面簡要介紹日日本、德國和和法國鐵路高高速軌道的鋪鋪設業(yè)績。（1）日本新干干線軌道日本早期（19964~19972年）建成并并運營的東海海道和山陽以以東新干線，屬屬于有砟軌道道客運專線，線線路延長680km，運營速度220kmm/h，軸重160kN。運營不到10年，由于軌軌道破壞太快快，如不進行行大修，就難難以保持符合合高速運輸性性能要求的軌軌道質量狀態(tài)態(tài)。在未維修修之前，曾不不得不降低行行車速度。基于這些慘痛的的教訓，為實實現(xiàn)高速軌道道的少維修化化和適應新干干線的進一步步高速化，又又鑒于新干線線橋隧工程所所占比例很高高（85%以上），故故從1975~~2004年修建的山山陽以西、上上越、東北、北北陸和九洲等等新干線，線線路延長1511kkm，其中有砟砟軌道占15%，板式無砟砟軌道占85%，其鋪設業(yè)業(yè)績見表1.7.1。日本新干線早期期鋪設的有砟砟軌道（特別別是在高架橋橋上）道床殘殘變積累速率率太快，主要要是由于軌道道結構薄弱和和軌道剛度偏偏大所致。板板式無砟軌道道鋪設至今已已有近40年的運營經經驗，應當說說總體評價是是成功的。然然而也有引人人注意和思考考的問題。如如板下CAM填充墊層基基本不起彈性性作用，目前前尚未找到替替代材料；減減振降噪成效效并不顯著，也也還存在成本本和壽命等問問題；迄今板板式道岔尚無無成功范例。表1.7.1日本新干線線軌道鋪設業(yè)業(yè)績線路名稱區(qū)間開通日期線路全長（km）橋隧比例(%%)有砟軌道無砟軌道延長（km）比例（%）延長（km）比例（%）東海道東京～新大阪1964.1005164651610000山陽以東新大阪～岡山1972.3164931569585山陽以西岡山～博多1975.3398851253127369上越大宮～新瀉1982.1112709915625594東北東京～盛岡盛岡～八戶1991.6501954810453902002.12293229198北陸高崎～長野1997.10012488191510585九洲新八代～鹿兒島島2004.31288912911691合計1964~197268067299811975~2004151422115129385（2）德國ICCE高速軌道德國早期（19970~19991年）修建的的漢諾威~維爾茨堡和和曼海姆~斯圖加特兩兩條高速新線線，屬于有砟砟軌道客貨共共線鐵路，線線路延長432km，運營速度250kmm/h，軸重190kN。運營實踐踐表明，通過過總重接近200Mt時，橋上道道砟損壞嚴重重，不得不更更換道床碎石石，并且，還還必需定期進進行鋼軌打磨磨，這主要是是由于客貨混混運和道床穩(wěn)穩(wěn)定性差所致致。德國鐵路真正成成區(qū)段鋪設無無砟軌道是在在1998年以后，是是以修建高速速客運專線為為契機，目的的是為實現(xiàn)軌軌道少維修和和驗證無砟軌軌道的經濟性性。在1998~22006年期間修建建的漢諾威~柏林（時速250km）、科隆~法蘭克福（時時速300km）和紐倫堡~英戈爾施塔塔特（時速350km）三條高速速線均屬于客客運專線，線線路延長530km，軸重170kN，有砟軌道道分別占66%、12%和16%，而無砟軌軌道分別占34%、88%和84%，其鋪設業(yè)業(yè)績見表1.7.2。表1.7.2德國高速線線軌道鋪設業(yè)業(yè)績線路名稱開通日期線路全長（km）工程比例（％）有砟軌道無砟軌道路基橋梁隧道延長（km）比例（％）延長（km）比例（％）漢諾威～維爾茨茨堡1986.63273209872曼海姆～斯圖加加特19911051039822柏林～漢諾威199826456935174669034科隆～法蘭克福福200217747647221215588紐倫堡～英戈爾施塔特20068914167584合計1986~1999143242398921998~2000653021040320602002~20006266361423086德國高速客運專專線鋪設無砟砟軌道至今不不過10年光景。它它是基于對公公路工程的認認識，把有砟砟軌道的靈活活性和無砟軌軌道的少維修修性結合起來來作為基本理理念。運營實實踐表明，無無砟軌道變形形小，穩(wěn)定性性高，維修工工作少。但混混凝土道床和和水硬性混凝凝土支承層出出現(xiàn)裂縫是其其不可避免的的一種客觀現(xiàn)現(xiàn)象，主要是是由于結構連連續(xù)、溫度力力作用所致。至至于其經濟性性，除隧道以以外，尚未被被確認。（3）法國TGGV高速線軌道道與日本、德國兩兩國鐵路不同同，法鐵認為為有砟軌道也也能適應200kmm/h及以上的高高速運行。眾眾所周知，法法國鐵路已在在有砟軌道上上用TGV高速動車組組跑出574.88km/h的世界最高高試驗速度。而而無砟軌道不不僅建設費用用高，噪聲也也大，故TGV高速客運專專線以有砟軌軌道為主，僅僅在長大隧道道內鋪設STEDEEF型雙塊式無無砟軌道。法國東南線（巴巴黎~里昂）、大大西洋線（巴巴黎~勒芒/圖爾）有砟砟軌道客運專專線，運營速速度300kmm/h，軸重170kN，通過總重40Mt(約2年)時，就不得得不進行一次次全面大修；；鋼軌使用壽壽命相當于正正常使用的40%，還要定期期對鋼軌進行行打磨，否則則就要增加維維修工作量；；通過總重達達到250~3300Mt時，就要對對道砟進行更更換，道砟使使用期限僅為為客貨共線的的25%。可見，問問題仍然出現(xiàn)現(xiàn)在列車高速速化和道床穩(wěn)穩(wěn)定性上。1.7.5兩兩種軌道的綜綜合評價通過以上對高速速鐵路有砟或或無砟兩種軌軌道結構使用用經驗的初分分析，可見各各有其特點，其其性能綜合評評價見表1.7.3。表1.7.3兩種軌道性性能的綜合評評價性能有砟軌道無砟軌道幾何形位難以維持持久保持平縱斷面參數(shù)選線自由度小選線自由度大改建較易很難運輸能力較低較高承載能力較低較高軌道彈性較優(yōu)較差基礎變形調整容易整治困難環(huán)境條件減振降噪處理易易減振降噪處理難難建筑限界高度較高較低工程投資較低較高維護費用較大很少使用壽命30年60年至于高速軌道結結構的選型，應應根據(jù)線路速速度等級和線線下工程條件件，經技術經經濟比較后選選擇。除法國國鐵路外，一一般認為：——V≤2000km/h以有砟軌道道為主——V≥2500km/h優(yōu)選無砟軌軌道——V≥3000km/h以無砟軌道道為主并且，不同類型型軌道結構應應集中成段鋪鋪設，有砟軌軌道與無砟軌軌道之間應設設置過渡段。2．我國和諧號號CRH型動車組概概述以下簡要介紹我我國鐵路CRH型動車組的的基本組成及及技術性能。了了解這些與軌軌道直接有關關的內容，對對深入認識和和把握車輛與與軌道的相互互作用關系是是必不可少的的。2.1何謂動動車組由若干帶動力的的車輛（動車車或稱M車）和不帶帶動力的車輛輛（拖車或稱稱T車）組成的的，兩端均可可操縱控制的的，動力分散散式固定編組組或兩列聯(lián)掛掛運行的一組組列車。2.2動車組組編組及運用用條件根據(jù)鐵道部關于于《時速200和300公里動車組組主要技術條條件》（2006年6月16日）的通知知，動車組編編組及適應的的氣溫條件如如下：（1）動車組編編組CRH1速度200等級5MM4TCRH2速度200等級4MM4T速度300等級級6MM2TCRH3速度300等級4MM4TCRH5速度250等級5MM3T（2）環(huán)境氣溫溫適應條件CRH1－40℃～＋40℃CRH2－25℃～＋40℃CRH3－25℃～＋40℃CRH5－25℃～＋40℃2.3動車組組基本組成一般動車組由車車體、轉向架架、牽引傳動動及控制系統(tǒng)統(tǒng)、制動裝置置、車端連接接裝置、受流流裝置、車輛輛內部設備及及駕駛室設備備和列車控制制網絡信息系系統(tǒng)等八個部部分組成（見見圖2.3.1）。——車體。它由由底架、端墻墻、側墻和車車頂?shù)冉M成，采采用整體承載載的鋼結構或或輕金屬結構構。它是容納納乘客和司機機駕駛的地方方，又是安裝裝與連接其他他設備及部件件的基礎和骨骨架。圖2.3.1動車組基本本組成——轉向架。轉轉向架位于車車輛的最下部部，一般由構構架、彈簧懸懸掛裝置、輪輪對軸箱裝置置和基礎制動動裝置等組成成。而在動力力轉向架上還還裝有驅動裝裝置（包括牽牽引電動機和和傳動齒輪）。其其功能是：承承載、轉向、平平穩(wěn)（減振）和和制動。位于車體與軌道道之間的轉向向架，它牽引引（動力轉向向架）和引導導車輛沿軌道道上行駛，并并承受和傳遞遞來自車體及及軌道的各種種載荷，同時時緩和其他動動力作用，是是保證動車組組車輛運行品品質的關鍵部部件?！獱恳齻鲃蛹凹翱刂葡到y(tǒng)。其其主要功能是是實現(xiàn)電能有有效傳遞和轉轉換及控制列列車正常運行行。——制動裝置。它它是保證列車車安全運行所所必不可少的的裝置。通常常是以再生制制動方式產生生一定的制動動力，使列車車在規(guī)定的距距離或時間內內減速或停車車。鐵道部《通知》中中規(guī)定，動車車組在平直軌軌道上緊急制制動時的制動動距離應滿足足下列指標：：●制動初速為為300kmm/h時≤3700mm●制動初速為為200kmm/h時≤2000mm●制動初速為為160kmm/h時≤1400mm——車端連接裝裝置（即車鉤鉤或絞接裝置置）。它的功功能是連接車車輛成列及緩緩和縱向沖擊擊作用。鐵道部《通知》中中關于車鉤的的高度見表2.3.1。表2.3.1車鉤高度（mm）位置CRH1CRH2CRH3CRH5中部94010001000950端部8808801050（過渡渡鉤）——受流裝置。它它是從接觸導導線（接觸網網）將電流引引入動車的裝裝置。我國客客運專線全部部采用單相交交流AC25kkV，50Hz。最高電壓壓速度200等級和300等級分別為31kV和29kV。接觸導線線高度為5300～6500mmm，變化率＜3‰，接觸網跨跨距一般為60m，最大≤65m。線路軌道設地面面點式信號設設施為動車組組提供過分相相位置信號，速速度200等級和300等級分別采采用地面?zhèn)鞲懈衅骱忘c時應應答器?！囕v內部設設備和駕駛室室設備。它的的主要功能是是保證乘客乘乘坐安全舒適適和車輛運行行平穩(wěn)?！熊嚳刂凭W網絡信息系統(tǒng)統(tǒng)。它的主要要功能是對整整個列車的牽牽引、制動和和車內所有設設備進行控制制、監(jiān)測和診診斷。2.4彈簧裝裝置動車組車輛在構構架與軸箱之之間設有一系系鋼彈簧懸掛掛裝置，在構構架與車體之之間設有二系系空氣彈簧懸懸掛裝置。采采用兩系彈簧簧懸掛主要是是為改善動車車組車輛運行行的平穩(wěn)性和和減輕對軌道道的動作用力力。彈簧裝置的主要要功能是：1）將車體和構構架的載荷分分配給各個車車軸，使所分分配的軸載荷荷，在車輪行行經軌道不平平順處所時，不不致發(fā)生過大大的輪載波動動，這里，簧簧下質量的大大小起著至關關重要的作用用。2）緩和沖擊，使使運行平穩(wěn)。3）改善車輛橫橫向運動性能能和曲線通過過性能。2.5輪對輪對是動車組車車輛走行部分分的基本部件件，它由一根根車軸和兩個個整體車輪（無無輪心和輪箍箍之分）組成成（圖2.5.1）。并區(qū)分分有安裝齒輪輪箱裝置的動動力輪對（M輪對）和安安裝兩套制動動軸盤的拖車車輪對（T輪對）。圖2.5.1輪對組成輪對的主要功能能是承受全部部載荷和沖擊擊、與鋼軌粘粘著產生牽引引力或制動力力、引導車輛輛前進。車輪與鋼軌接觸觸的面稱車輪輪踏面。車輪輪踏面又有錐錐形（TB）（見圖2.5.2）和磨耗形形（LM）（見圖2.5.3）之分。為為防止車輪脫脫軌，在踏面面內側設有輪輪緣。錐形踏面輪緣高高度25mm，厚度32mm，最小23mm，輪緣角25°，而磨耗形形踏面輪緣高高度27.7mmm，厚度32mm，最小23mm。圖2.5.2標準錐形（TB）踏面外形形圖2.5.3磨耗形（LM）踏面外形形此外，我國鐵路路《技規(guī)》還還規(guī)定：●輪對內側距距離：1353±±3mm●輪緣垂直磨磨耗高度≯18mm●車輪踏面擦擦傷深度≯0.7mmm●車輪踏面缺缺陷或剝離長長度≯40mm，深度≯1mm●車輪踏面磨磨耗深度：錐錐形（TB）≯7mm，磨耗形（LM）≯10mm2.6動車組組車輛主要技技術參數(shù)這里，從車輛與與軌道相互作作用的角度出出發(fā)，表2.6.1給出了與軌軌道相關的動動車組車輛性性能的主要技技術參數(shù)。表2.6.1動車組車輛輛主要技術參參數(shù)項目CRH1CRH2-2000CRH2-3000CRH3CRH5構造速度（kmm/h）200250300300200軸重（t）1614141717每軸簧下質量（t）2.052.102.102.001.95車體重心高度（mm）1540152015201582車輛定距（mmm）1900017500175001737519000固定軸距（mmm）27002500250025001435輪對內側距（mmm）1353±31353±1輪徑/磨耗極限限（mm）915860/7900860/7900920890/8100車體長度（m）26.624.524.525.525.0車體高度（m）2.782.702.703.893.00地板面高度（mm）1.251.301.301.261.27車體風壓中心高高度(m)2.542.352.352.77轉向架重心高度度（m）0.5200.5100.5100.484最小通過曲線半半徑（m）編組145180180250145單車1001301301501003．高速軌道輪輪軌低動力作作用技術本章主要是以車車輛與軌道相相互作用問題題為主線，抓抓住車輛和軌軌道兩方面各各自一些常見見的，諸如部部件傷損、失失效等狀態(tài)不不良的影響，擬擬從基本原理理上著重說明明發(fā)展低動力力作用高速軌軌道技術的必必要性和有效效對策。3.1車輛與與軌道相互作作用問題車輛與軌道相互互作用到底有有一些什么問問題？——車輛與軌道道的相互作用用問題，是鐵鐵路既老又新新的最重要問問題，是發(fā)展展高速鐵路技技術的基礎和和根本。特別別是隨著列車車的高速化，使使得問題更加加復雜，迫切切需要解決的的課題也多。盡盡管問題復雜雜，涉及范圍圍廣，但回到到相互作用問問題的原點，仍仍然是起因于于車輛與軌道道，即車輪與與鋼軌接觸點點的作用力?！囕v與軌道道的幾何學、運運動學和動力力學關系究竟竟給接觸點作作用力以怎樣樣的影響，而而接觸點作用用力又分別給給車輛和軌道道造成什么危危害，這是為為實現(xiàn)鐵路高高速運輸不能能回避而必須須解答的。輪軌相互動力作作用往往是有有害的。它是是引起車輛與與軌道系統(tǒng)振振動、沖擊、疲疲勞、傷損的的直接根源，也也是導致輪軌軌系統(tǒng)狀態(tài)破破壞和功能喪喪失的主要原原因?！蛙壍罈l件件而言，存在在曲線、緩和和曲線及其超超高，縱坡及及豎曲線，軌軌距、水平、高高低、方向和和平面性等軌軌道偏差，道道岔及其幾何何形位偏差，鋼鋼軌焊縫和鋼鋼軌磨耗等局局部不均勻性性，軌道的垂垂向和橫向彈彈性及其不均均衡性，等等等。就車輛條件而言言，存在車軸軸平行度偏差差、輪徑差、輪輪軸偏心、踏踏面扁疤和磨磨耗等幾何學學的非對稱性性，輪載分配配的不均、輪輪軸質量的不不平衡等質量量分布的不均均勻性，彈簧簧剛度、衰減減系數(shù)等彈簧簧裝置的不均均一性，等等等。——由于上述條條件的組合，發(fā)發(fā)生導向力（左左右）和慣性性力（上下、左左右），除動動車車輛重力力（靜輪載）和和粘著力外，還還發(fā)生輪載波波動附加力和和橫向力。正正是由于這些些力的作用，誘誘發(fā)車輛振動動和軌道振動動。也正是由由于這些力和和振動的作用用而發(fā)生各種種相互作用問問題。歸納起起來，大致有有運行安全性性、舒適性、維維護、粘著和和噪聲等五大大問題?！l(fā)生車輛與與軌道相互動動力作用問題題的主要原因因是車輛與軌軌道雙方許多多復雜因素相相互作用的結結果。概括起起來說，起因因于車輛方面面的主要是自自激蛇行運動動和車輪不圓圓順（扁疤），起起因于軌道方方面的主要是是幾何的和動動力的不平順順。可以說，軌軌道起支配作作用，而車輛輛是被動的?！鉀Q相互動動力作用問題題的途徑，自自然是應從軌軌道和車輛兩兩方面尋找減減輕對策。因因為軌道不平平順引起車輛輛振動，車輛輛振動又助長長軌道不平順順，從而陷于于惡性循環(huán)。相相反，良好的的軌道狀態(tài)，不不僅受車輛作作用力小，也也給車輛設計計帶來方便，形形成良性循環(huán)環(huán)?！咚勹F路技技術的實現(xiàn)，寄寄希望于車輛輛與軌道的相相互適應、相相互匹配和相相互協(xié)調。為為要實現(xiàn)車輛輛與軌道的相相互適應、匹匹配和協(xié)調，應應著眼于車輛輛和軌道兩方方面的基本參參數(shù)和運用狀狀態(tài)，盡可能能地降低輪軌軌相互動力作作用水平，發(fā)發(fā)展低動力作作用的高速軌軌道技術。3.2高速軌軌道上的輪載載波動3.2.1輪輪載波動的地地點高速鐵路上一個個比較突出的的問題是，列列車在高速域域容易發(fā)生過過大的輪載動動力波動。根據(jù)調查，出現(xiàn)現(xiàn)過大輪載的的地點多發(fā)生生在鋼軌焊縫縫低凹、軌面面上有擦傷、扣扣件扣著不良良、軌枕道床床間有空吊、道道床板結特別別是高架橋上上道床從粉化化到板結等處處所。此外，扁扁疤車輪也會會引起輪載波波動。在一個過大輪載載附近必將會會引起另一側側輪載減載，危危及行車安全全，影響旅客客舒適，促使使軌道傷損。因因此，控制輪輪載波動對高高速列車的平平穩(wěn)運行是非非常重要的，必必須把它限制制在一定范圍圍內。3.2.2輪輪載波動的理理論分析輪載波動的離散散程度對軌道道狀態(tài)破壞的的累進增長是是明顯的。日日本和法國鐵鐵路的研究表表明，輪載波波動的標準偏偏差可用如下下函數(shù)式來描描述。δ（ΔP）=ff（A0.5，m00.5，（EI）0.1255，K0.3755，V）（3.2.1）據(jù)此，輪載波動動的大小，不不僅與軌道不不平順功率譜譜系數(shù)A、每軸簧下下質量m0有關，還與與鋼軌支承剛剛度K呈指數(shù)規(guī)律律遞增，并隨隨行車速度VV的提高而增增大。圖3.2.1給給出的是日本本新干線對過過大輪載與行行車速度關系系的實測結果果。由該圖可可見，隨著行行車速度的提提高，輪載有有增大的趨勢勢。當動輪載載超過靜輪載載1倍時，將有有更急劇的增增長。此外，車車輛簧下質量量對輪載波動動大小的影響響也是顯然的的。圖3.2.1日本新干線線過大輪載實實測結果3.2.3輪輪載波動對軌軌道狀態(tài)變化化的評估（1）影響系數(shù)數(shù)根據(jù)美國公路協(xié)協(xié)會（AASHO）的試驗研研究，輪載波波動對軌道狀狀態(tài)的影響，可可用影響系數(shù)數(shù)λ來評估。據(jù)此，輪載波動動影響系數(shù)λ的表達式為為：（3..2.2）式中Pi為為輪載，Vi為變異系數(shù)數(shù)。（2）算例1）當變異系數(shù)數(shù)V=0時，λ=Pi4，則軸載影影響的計算結結果見表3.2.1。表3.2.1軸載影響計計算結果2P（t）101214161820λ=Pi4625129624014096656110000λ/6251.002.073.846.5510.5016.002）當n=1，λ/Pi4=（1+6Vi2+3Vi4）時，則不不同Vi下輪載波動動影響的計算算結果見表3.2.2。表3.2.2輪輪載波動影響響計算結果V00.050.10.150.20.250.30.350.4λ/P41.001.021.061.141.241.391.561.782.04（3）試驗研究究1）輪載動力變變化隨行車速速度的增加而而增大。2）當行車速度度為200kmm/h時，其標準準偏差一般是是低速時的2倍，表明輪輪載波動的離離散程度較大大。3）一般低速時時的變異系數(shù)數(shù)為0.1～0.2，時速200km時為0.2～0.4。（4）結果分析析1）由表3.22.1可知，輪載載波動對軌道道狀態(tài)的影響響，當標準偏偏差為常值時時，14t軸重每通過1次，相當于18t軸重僅通過3.84//10.500=0.377次，可見輪輪載波動影響響十分明顯。2）由表3.22.2可知，當輪輪載波動變異異系數(shù)從0.1增為0.2或從0.2增為0.4時，對軌道道狀態(tài)變化的的影響程度，將將增加1.24//1.06==1.17倍或2.04//1.24==1.65倍。這說明明，輪載動力力波動的離散散程度，對軌軌道狀態(tài)變化化的累進增長長是明顯的。3.2.4輪輪載波動的原原因究其原因，引起起輪載波動的的主要原因是是，軌道短波波不平順、軌軌道空吊、軌軌道剛度偏大大，同時，輪輪載對軌道不不平順和軌道道狀態(tài)不良的的敏感性，也也將隨車輛簧簧下質量的增增加而增大。當當軌道具有一一定的彈性時時，輪重和簧簧下質量對輪輪載動力波動動值并不敏感感，對全面抑抑制輪載波動動是有效的。3.2.5輪輪載波動的抑抑制對策如要提高行車速速度，又要把把輪載波動保保持在一定可可控水平上，除除靠降低車輛輛的輪載和簧簧下質量外，主主要是改進軌軌道結構。一一是降低軌道道剛度，能全全面抑制輪載載波動；二是是減小短波軌軌道不平順尺尺度，能抑制制特殊地點的的輪載波動。具具體來說：●采用低剛度度軌下膠墊，如如從55kN//mm降至30kN//mm，甚至20kN//mm；●在高架結構構有砟軌道上上鋪設彈性軌軌枕或道砟墊墊板；●保持軌面的的平順、光滑滑，打磨焊縫縫、打磨鋼軌軌；●消除空吊板板。這樣做的目的，都都是為獲得低低輪軌相互動動力作用的效效果。3.3著眼于于車輛的低動動力作用技術術本節(jié)主要從與軌軌道直接有關關的車輛簧下下質量、車輪輪扁疤和車輪輪不圓等方面面，力圖用最最簡單直觀的的方法，從物物理概念上說說明他們對軌軌道的動力影影響。3.3.1關關于簧下質量量的影響（1）簧下質量量對輪軌垂向向力的影響圖3.3.1給給出了簧下質質量對輪軌垂垂向力P1、P2的影響規(guī)律律。由圖3.3.1可知，隨著著簧下質量的的增長，P1、P2力也呈增大大趨勢，但現(xiàn)現(xiàn)今運用的高高速動車車輛輛每軸簧下質質量不過2t左右，這樣樣，P1力的影響大大于P2力。每軸簧下質量/t每軸簧下質量/tP/kN圖3.3.1簧下質量對對輪軌垂向力力的影響P1力屬于輪軌軌高頻瞬態(tài)沖沖擊力，其作作用很快被鋼鋼軌和軌枕的的慣性反作用用力所抵銷，只只能引起鋼軌軌軌頭的傷損損破壞和混凝凝土枕的意外外損傷。因此此，盡力消除除軌面局部凹凹凸不平的短短波不平順是是至關重要的的。P2力屬于輪軌軌低頻準靜態(tài)態(tài)動力，它能能夠充分地向向軌下基礎傳傳遞，對鋼軌軌及軌枕、道道床、路基等等軌下基礎結結構或部件起起破壞作用，并并直接影響到到軌道殘余變變形積累、軌軌道壽命和養(yǎng)養(yǎng)護維修工作作量。（2）簧下質量量對輪軌橫向向力的影響圖3.3.2給給出了簧下質質量對輪軌橫橫向力Q的影響規(guī)律律。由圖3.3.2可知，隨著著簧下質量的的增大，輪軌軌間橫向相互互作用力也明明顯地加大。因因此，減小簧簧下質量，對對減輕輪軌橫橫向動態(tài)相互互作用同樣具具有不可忽視視的作用。圖3.3.2簧下質量對對輪軌橫向力力的影響（3）簧下質量量的影響分析析為簡單起見，當當車輪通過深深度為η的個別不平平順時，因車車輛簧下質量量作用而產生生的輪軌間附附加力Pf可用下式表表示：式中m為簧下質質量，g為重力加速速度，為簧下下質量沖擊加加速度，為簧簧下質量慣性性力，k為車輛彈簧簧剛度，η為軌面低凹凹不平尺度，k·η為簧下質量對彈簧裝置的反作用力。[算例]：若每每軸簧下質量量m=30、20、15kN，彈簧剛度度k=1kN//mm，軌面低凹凹η=0.2mmm，則輪軌附附加力Pf的計算結果果見表3.3.1。表3.3.1輪軌附加力力計算結果m（kN）η（mm）Pf（kN）比較300.260.21.5200.240.21150.230.20.75由表3.3.11可知，簧下下質量低，輪輪軌附加力小小，如以簧下下質量2t為比較基準準，則3t時輪軌附加加力將增大50%，而1.5t時將減小25%。由此可見見，降低簧下下質量，能有有效地減輕車車輛對軌道的的動力作用。（4）關于靜輪輪重與簧下質質量的關系為使列車能在軌軌道上高速平平穩(wěn)地運行，當當速度一定時時，如圖3.3.3所示，靜輪輪重與簧下質質量互成反比比關系（摘自自日本鐵道技技術研究報告告，No，1202，1982）。當速度度提高時，為為降低輪軌動動力效應和對對軌道的破壞壞，必須使軸軸重和簧下質質量同時減小小，這已成為為世界各國發(fā)發(fā)展高速鐵路路的共識。圖3.3.3靜輪重與簧簧下質量的關關系（5）動車軸重重與簧下質量量現(xiàn)今國內外在高高速鐵路上運運用的動車軸軸重和簧下質質量的情況見見表3.3.2。表3.3.2動車軸重與與簧下質量的的選用國別動車類別最高速度（kmm/h）軸重（t）簧下質量（t）日本200系270172.4300系300141.65法國TGV-A300162.128德國ICE128019.51.877ICE330017英國HST20017.52.3APT-P200171.5意大利ETR-5000300181.8中國CRH1200162.05CRH2300142.10CRH330013.52.0CRH5250171.95由表3.3.22可知，目前前正在運用的的動車車輛，隨隨著鐵路運輸輸?shù)母咚倩扇⊥瑫r減減小其軸重和和簧下質量的的對策，而這這在動車車輛輛設計上是非非常困難的一一件事。3.3.2關關于車輪扁疤疤的影響（1）車輪扁疤疤的沖擊作用用輪對是動車車輛輛走行部分極極為重要的部部件。它上負負載荷，下壓壓鋼軌，是車車輛的“腳”。由于輪對對的長期運用用，因緊急制制動或空轉打打滑，車輪踏踏面有可能出出現(xiàn)局部擦傷傷或剝離等現(xiàn)現(xiàn)象，統(tǒng)稱為為車輪扁疤。車輪踏面有扁疤疤時，車輪形形狀不能保持持正圓。當車車輪在鋼軌頂頂面上滾動到到扁疤處時，就就會產生很大大的周期性沖沖擊作用，沖沖擊頻率p=v/2πR（v為行駛速度度，R為車輪滾動動圓半徑）。它它不僅使車輛輛產生振動，影影響車輛零部部件強度，加加劇輪對的損損壞，還對軌軌道產生極大大的影響，致致使鋼軌發(fā)生生意外的折損損，給混凝土土枕及其他軌軌道部件以料料想不到的傷傷損。為此，有必要嚴嚴格規(guī)定車輪輪扁疤的運用用限度。我國國鐵路對動車車車輛車輪踏踏面扁疤長度度和深度的規(guī)規(guī)定詳見第2章第2.5節(jié)。（2）車輪扁疤疤傳統(tǒng)沖擊機機理及