演示文稿高速鐵路軌道維修理論

（優(yōu)選）高速鐵路軌道維修理論目前一頁\總數(shù)七十二頁\編于四點高速鐵路運營條件的變化需要新的維修理論作指導：

高速鐵路軌道動力學維修理論：軌道不平順維修理論、輪軌關(guān)系維修理論、軌道剛度維修理論、無縫線路維修理論、軌道減振降噪維護等高速鐵路軌道安全管理理論：高速脫軌理論、系統(tǒng)安全工程、安全評價理論、事故分析與再現(xiàn)理論、安全風險管理理論等高速鐵路軌道可靠性維修理論：RAMS維修理論（可靠性、可用性、可維修性、安全性統(tǒng)一）、可信性工程、全壽命周期維修理論等高速鐵路軌道現(xiàn)代維修管理理論：高速軌道維修成本與安全控制理論、從故障修、計劃修、狀態(tài)修到可靠修的維修體制及機制等高速鐵路軌道信息化管理理論：數(shù)字工務、基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控平臺等目前二頁\總數(shù)七十二頁\編于四點一、軌道不平順控制理論1、1HZ現(xiàn)象

列車一階豎向自振頻率在1HZ左右共振頻率范圍為

對應于350km/h的不平順共振波長為68.7~137.5m采用70~120m弦長對應于250km/h的不平順共振波長為49.1~98.2m采用50~80m弦長對應于200km/h的不平順共振波長為39.3~78.6m采用40~60m弦長對應于160km/h的不平順共振波長為31.4~62.8m采用30~50m弦長

對應于120km/h的不平順共振波長為23.6~47.1m采用20~30m弦長對應于80km/h的不平順共振波長為15.7~31.4m采用10~20m弦長高速鐵路首先要控制長波長不平順！法國、日本高速鐵路經(jīng)歷了近十年的不明原因晃車困擾！目前三頁\總數(shù)七十二頁\編于四點目前四頁\總數(shù)七十二頁\編于四點一、軌道不平順控制理論1、1HZ現(xiàn)象

鋼軌為100m定尺區(qū)域沉降或軟基沉降18號道岔69m

連續(xù)剛構(gòu)32+64+32、48+80+48

路橋過渡段60m左右均是引起高速列車振動的根源！

160~200km/h鐵路上32m簡支梁也是引起振動的根源！目前五頁\總數(shù)七十二頁\編于四點某車站6#道岔各項幾何尺寸采用常規(guī)方法檢測均在維修標準內(nèi)，但是直向過岔時仍有晃車現(xiàn)象，采用軌檢小車對道岔前后線路及岔區(qū)直股高低和方向結(jié)果如下：高低不平順方向不平順目前六頁\總數(shù)七十二頁\編于四點不平順進行檢測后發(fā)現(xiàn)，該道岔正好位于波長為80米的高低不平順中，不平順幅度約為4mm，同時還位于波長為82米的方向不平順中，不平順幅度約為5.5mm，這就是引起該道岔晃車的主要原因。目前七頁\總數(shù)七十二頁\編于四點因此，在高速道岔維護中，首先必須重視長波不平順的檢測。長波不平順的檢測，需將道岔及其前后各200米以上的區(qū)間線路視為一個獨立檢測單元；

其次，應采用軌檢小車、激光測試系統(tǒng)等先進的檢測手段，獲取長波不平順的正確量值，有針對性地對道岔幾何狀態(tài)進行養(yǎng)護控制。目前八頁\總數(shù)七十二頁\編于四點3.3m17.5m偏心矢方向傳感器測定框車體長=25ｍ受光部1受光部2受光部3Laser發(fā)光部Laser基準線軌道不平順弦測法動態(tài)測量，波長<30m高速鐵路軌道不平順虛擬弦線法空間曲線檢測方法目前九頁\總數(shù)七十二頁\編于四點2次積分器方式II2次積分器軌道不平順軌道不平順加速度計位移計鋼軌加速度計鋼軌方式I高頻濾波器慣性基準法動態(tài)測量，波長<70m基于CPⅢ網(wǎng)靜態(tài)絕對測量軌道空間線型，速度慢目前十頁\總數(shù)七十二頁\編于四點部分路局采用的具有靜態(tài)絕對及相對測量功能的軌檢儀，誤差較大激光準直儀，精度低目前十一頁\總數(shù)七十二頁\編于四點雙天線GPS定向原理北天線1天線2方向角傾斜角利用GPS載波差分技術(shù)精密測量兩天線在三維空間中的相對位置，并以此推算出基線的方向角和傾斜角。優(yōu)點是，角度測量值十分準確，沒有漂移。缺點是，噪聲誤差較大，衛(wèi)星信號接收易受外界的干擾和遮擋，有效率不能得到保證。目前十二頁\總數(shù)七十二頁\編于四點精密GPS慣導軌道檢測小車雙軌測量小車單軌測量小車短基線單軌小車目前十三頁\總數(shù)七十二頁\編于四點9次軌向不平順測試結(jié)果比較與傳統(tǒng)測試結(jié)果比較主要技術(shù)指標：最高檢測速度20km/h；測量精度0.1mm；波長0.6~300m。目前十四頁\總數(shù)七十二頁\編于四點檢測原理：動靜擬合、動態(tài)跟蹤實現(xiàn)快速測量；建立基于弦線傾角的曲線遞推算法得到軌道空間曲線分析理論：虛擬弦長得到長波不平順評估理論：研究考慮波長影響的軌道質(zhì)量指數(shù)分析法控制理論：研究長、中、短波不平順的最佳控制方法現(xiàn)場試驗：優(yōu)化檢測系統(tǒng)并在現(xiàn)場測試驗證目前十五頁\總數(shù)七十二頁\編于四點2、短波不平順控制高速行車條件下，幅值微小的軌面不平順也可能引起輪軌強烈的沖擊振動，產(chǎn)生很大的輪軌作用力。以0.1mm低凹焊縫為例：如160km/h的輪軌作用力約為206kN，則300km/h時的輪軌作用力就已達到了490kN。

由此可見：列車速度越高，各項動力學指數(shù)大致呈單調(diào)上升趨勢，且增大速度較快。目前十六頁\總數(shù)七十二頁\編于四點軌面短波不平順不僅會引發(fā)強烈的輪軌沖擊，還可導致輪重減載率下降、鋼軌斷裂，乃至惡性脫軌事故，在高速條件下，它還將引起很大的輪軌噪聲。同時，波長短于2米的焊縫不平、軌面剝離、擦傷、波形磨耗等各種微小的軌面短波不平順均是發(fā)展形成更大的嚴重不平順、惡化軌道幾何狀態(tài)的重要根源。目前十七頁\總數(shù)七十二頁\編于四點當動車組以250km/h的速度直向過岔時：

尖軌跟端焊接不平順在0.2mm/m范圍內(nèi)，減載率不超過0.3；

尖軌跟端焊接不平順達到0.7mm/m時，減載率已超過了0.6的安全限度。焊縫不平順為0.7mm/m時的減載率焊縫不平順為0.2mm/m時的減載率目前十八頁\總數(shù)七十二頁\編于四點3、軌道不平順評估方法幅值法

TQI法：需要深化考慮波長軌道譜法；科學的方法不平順幅值、波長的關(guān)系單個、區(qū)段、整條線路的關(guān)系京津高鐵軌道譜目前十九頁\總數(shù)七十二頁\編于四點目前二十頁\總數(shù)七十二頁\編于四點常規(guī)方法已很難使TQI值進一步降低目前二十一頁\總數(shù)七十二頁\編于四點在軌道不平順譜估計中應用1數(shù)據(jù)來源合武線麻城工務段管轄內(nèi)，里程為712~729的動檢數(shù)據(jù)。合武線，設(shè)計時速為250km/h，東起安徽合肥，西至湖北武漢，是我國“四縱四橫”快速客運網(wǎng)的重要組成部分。15.3km的數(shù)據(jù)，采樣間隔為0.25m，總共65300個數(shù)據(jù)點，每小段取4096，重疊2048，30~31次平均包括左右軌高低、方向、軌距、水平、車體橫向加速度、垂向加速度七項目前二十二頁\總數(shù)七十二頁\編于四點在軌道不平順譜估計中應用合武線軌道譜特性高低不平順功率譜目前二十三頁\總數(shù)七十二頁\編于四點在軌道不平順譜估計中應用方向不平順功率譜目前二十四頁\總數(shù)七十二頁\編于四點在軌道不平順譜估計中應用水平、軌距不平順功率譜目前二十五頁\總數(shù)七十二頁\編于四點在軌道不平順譜估計中應用加速度功率譜兩個峰值，豎向3.5m、32m；橫向2.9m，26m目前二十六頁\總數(shù)七十二頁\編于四點波長1-3.5m范圍內(nèi)高低功率譜密度較去年大，說明此波長范圍內(nèi)線路高低有惡化趨勢，且高于德國低干擾譜，需加強整治；

波長3.5m以上區(qū)段較穩(wěn)定，且低于德國低干擾譜，說明軌道整體平順性較好。合武軌道譜目前二十七頁\總數(shù)七十二頁\編于四點波長1-7m范圍內(nèi)功率譜密度較去年小，說明此波長范圍內(nèi)線路軌向得到明顯改善，且低于德國低干擾譜；

波長7m以上區(qū)段較穩(wěn)定，且低于德國低干擾譜，說明軌道整體平順性較好。合武軌道譜目前二十八頁\總數(shù)七十二頁\編于四點波長1-4m范圍內(nèi)高低功率譜密度較去年大，說明此波長范圍內(nèi)線路高低有惡化趨勢，且高于德國低干擾譜，需加強整治；

波長4m以上區(qū)段較穩(wěn)定，且低于德國低干擾譜，說明軌道整體平順性較好。武廣軌道譜目前二十九頁\總數(shù)七十二頁\編于四點波長1-2m范圍內(nèi)功率譜密度較去年小，說明此波長范圍內(nèi)線路軌向得到明顯改善，且低于德國低干擾譜；

波長2m以上區(qū)段較穩(wěn)定，且低于德國低干擾譜，說明軌道整體平順性較好。武廣軌道譜目前三十頁\總數(shù)七十二頁\編于四點孟寶線于今年11月對K0~K60范圍內(nèi)對鋼軌進行打磨，從功率譜密度圖上可以看出在波長1~3m范圍內(nèi)打磨對高低有明顯改善效果。孟寶線打磨前后軌道譜目前三十一頁\總數(shù)七十二頁\編于四點動態(tài)分析系統(tǒng)目前三十二頁\總數(shù)七十二頁\編于四點4、軌道不平順控制方法長、短、中波均要控制我國《高速鐵路設(shè)計規(guī)范（試行）》中對軌道高低和方向的控制指標有三個：10m弦的正矢差、30m弦5m校核值、300m弦150m校核值。建議相隔1枕校核值≤1mm、相隔8枕校核值≤2mm、相隔240枕校核值≤10mm。分別用于控制軌道短波、中波、長波不平順。圖1人體器官固有頻率目前三十三頁\總數(shù)七十二頁\編于四點武廣線水平調(diào)整實例短波不平順靠磨，影響行車安全性中波不平順靠調(diào)，影響乘坐舒適性長波不平順靠修，影響行車平穩(wěn)性使用調(diào)整軟件，可同時控制各種波長的不平順！目前三十四頁\總數(shù)七十二頁\編于四點二、輪軌關(guān)系控制理論1、輪軌關(guān)系的重要性影響行車安全性影響行車平穩(wěn)性表現(xiàn)形式光帶不良：軌底坡、踏面輪廓道岔降低值不良基本理論：豎向為赫茲接觸蠕滑理論曲線通過理論；2000m以下輪緣導向、5000m以下蠕滑導向、5000m以上輪徑差導向目前三十五頁\總數(shù)七十二頁\編于四點高速鐵路工務安全新理論脫軌理論古典脫軌理論：NADAL準則，脫軌系數(shù)與減載率適用于低速爬軌情況目前三十六頁\總數(shù)七十二頁\編于四點高速脫軌：多為跳軌脫軌車輪脫軌系數(shù)與橫向力作用時間t有關(guān)，當t≥0.05

s時，其限度值為0.8；當t＜0.05

s時，脫軌系數(shù)限界值應滿足以下條件(Q/P)max≤0.04/t式中，t為橫向力作用時間

維修中應特別注意引起車輪跳動的凸型不平順，如接頭臺階，應嚴格控制和監(jiān)測斷軌發(fā)生。目前三十七頁\總數(shù)七十二頁\編于四點

2、道岔輪軌關(guān)系不良是引起晃車的主要原因轉(zhuǎn)轍器部分等效錐度分布尖軌頂寬20mm處輪軌接觸

目前三十八頁\總數(shù)七十二頁\編于四點道岔動力學研究表明：尖軌與基本軌的頂面高差決定著輪載在兩鋼軌間過渡的范圍大小和輪載轉(zhuǎn)換的快慢程度，尖軌頂面縱坡越小，輪載過渡的范圍就越長，尖軌完全承受列車荷載的斷面就越大，但是因輪載轉(zhuǎn)換的速度較慢，左右側(cè)輪軌間的橫向蠕滑力不均作用時間長，列車直向過岔時的平穩(wěn)性就越低。目前三十九頁\總數(shù)七十二頁\編于四點目前四十頁\總數(shù)七十二頁\編于四點機理：橫向接觸點變化引起橫向蠕滑力，導致車輪趨向尖軌移動表現(xiàn)形式：尖軌側(cè)磨、列車橫向移動而晃車規(guī)律：橫蠕滑力越大，晃車越嚴重目前四十一頁\總數(shù)七十二頁\編于四點

轉(zhuǎn)轍器部分豎向不平順轉(zhuǎn)轍器部分橫向不平順目前四十二頁\總數(shù)七十二頁\編于四點經(jīng)過上述研究，我國高速道岔采用了特有的縮短輪載過渡范圍設(shè)計，輪軌過渡范圍由過去常規(guī)的頂寬20~50mm縮短至頂寬15~40mm。這種創(chuàng)新設(shè)計與德國道岔FAKOP軌距加寬設(shè)計具有相同的行車舒適性。由此，在高速道岔制造、鋪設(shè)技術(shù)條件中對尖軌及心軌頂寬20、35mm等控制斷面與基本軌、翼軌的相對高差做了嚴格規(guī)定，其偏差不得超過1mm。目前四十三頁\總數(shù)七十二頁\編于四點當尖軌與基本軌頂面高差遠低于設(shè)計值時，輪載過渡范圍為尖軌頂寬40~65mm，因此直尖軌側(cè)面有較明顯的輪緣貼靠痕跡，說明輪對橫移量較大，范圍較廣，從而導致行車平穩(wěn)性較差。更換合格的新尖軌后，晃車現(xiàn)象立即消除了。鐵路道岔尖軌頂面超差京滬線黃渡車站道岔例子目前四十四頁\總數(shù)七十二頁\編于四點3、以蕪湖東編組場駝峰下6號對稱道岔脫軌事故分析為例目前四十五頁\總數(shù)七十二頁\編于四點目前四十六頁\總數(shù)七十二頁\編于四點13號車鉤平面變位示意圖不考慮道岔時的列車動力仿真分析13號車鉤立面變位示意圖目前四十七頁\總數(shù)七十二頁\編于四點第二輛車各輪位受力（kN）

考慮工況全列空車全列重車空重空重空重重空空重重空空空重空重重抬升力輪1外垂向力2602696049128608032260134841.5089815橫向力437981616401026931027463527694171111268170163脫軌系數(shù)1.71.70.8∝1.10.7∝1.9輪1內(nèi)垂向力00000000橫向力00000000脫軌系數(shù)00000000輪2外垂向力00000000橫向力437981616401026931027463527694171111268170163脫軌系數(shù)∝∝∝∝∝∝∝∝輪2內(nèi)垂向力2602696049128607.5032260134841.5089815橫向力00000000脫軌系數(shù)00000000輪3外垂向力00000000橫向力00000000脫軌系數(shù)00000000輪3內(nèi)垂向力45468167801207927.5044133206593.50169135.5橫向力93743459521979219907550201552381436419脫軌系數(shù)0.20.20.1∝0.20.1∝0.2輪4外垂向力45468167801207927.5044133206593.50169135.5橫向力00000000脫軌系數(shù)00000000輪4內(nèi)垂向力00000000橫向力93743459521979219907550201552381436419脫軌系數(shù)∝∝∝∝∝∝∝∝目前四十八頁\總數(shù)七十二頁\編于四點考慮道岔輪軌關(guān)系，因車輪貼靠尖軌運行，若尖軌頂面與基本軌頂面高差不合適，將形成較大的三角坑，后輪懸浮運行，懸浮量達10mm以上。目前四十九頁\總數(shù)七十二頁\編于四點目前五十頁\總數(shù)七十二頁\編于四點原因分析：（1）為減緩道岔尖軌側(cè)磨，導曲線外軌設(shè)置了6mm超高，從尖軌尖端開始順坡至跟端結(jié)束，頂面高差設(shè)計不合理，超成嚴重三角坑。（2）線路條件惡劣，空重車編組不合理時，易造成車輪懸浮，重空重、空空重編組時空車所有車輪懸浮，脫軌機率大增。與道岔結(jié)構(gòu)不平順疊加時，脫軌機率再上升。（3）緩行器的制動力作用將使懸浮車輪進一步抬升，通過車鉤作用使道岔區(qū)內(nèi)的車輪也會抬升，脫軌可能性進一步增加。（4）道岔采用混凝土岔枕，雖然軌道結(jié)構(gòu)強化了，軌道病害減少了，但軌道的變形量也減小了。軌道框架剛度減小，可減小重車作用下的三角坑幅值，對脫軌是有利的。（5）脫軌車輛多為柵車、敞車、罐車，車輛框架剛度大，對線路不平順的適應能力差。整治方法：（1）優(yōu)化尖軌頂面縱坡設(shè)計，采用木岔枕道岔，脫軌機率大為降低；（2）改善線路平縱斷面條件，方可完全避免脫軌事故發(fā)生。目前五十一頁\總數(shù)七十二頁\編于四點4、輪軌關(guān)系控制一方面可以采取潤滑技術(shù)減緩輪軌磨耗；另一方面需定期鏇輪和打磨鋼軌。車輪修復鋼軌打磨目前五十二頁\總數(shù)七十二頁\編于四點成昆線試驗表明，采取科學的打磨策略，可以延長鋼軌使用壽命及打磨周期1/3以上。前提：掌握鋼軌輪廓狀況及磨耗規(guī)律關(guān)鍵：根據(jù)運營條件確定科學的打磨方案鋼軌廓形打磨方案打磨實施目前五十三頁\總數(shù)七十二頁\編于四點技術(shù)難題：不能快速測定鋼軌輪廓；不易測定特殊地段鋼軌輪廓。鋼軌廓形測試道岔區(qū)鋼軌廓形目前五十四頁\總數(shù)七十二頁\編于四點MINIProf接觸式檢測系統(tǒng)MERMEC非接觸式檢測系統(tǒng)光學非接觸式檢測系統(tǒng)國外鋼軌輪廓地面定點檢測儀目前五十五頁\總數(shù)七十二頁\編于四點鋼軌斷面針式測磨儀我國鋼軌斷面地面檢測

游標式鋼軌磨耗測量儀目前五十六頁\總數(shù)七十二頁\編于四點技術(shù)難題之二：不能根據(jù)鋼軌輪廓的實際情況實時制訂鋼軌的最優(yōu)打磨策略，未充分發(fā)揮出96個磨頭的優(yōu)勢。區(qū)間及道岔打磨列車目前五十七頁\總數(shù)七十二頁\編于四點

研制手推移動式、快速、連續(xù)測量鋼軌輪廓測試儀實現(xiàn)道岔區(qū)特殊鋼軌輪廓測試作為打磨列車的指導小車，為打磨列車提供最優(yōu)的打磨策略目前五十八頁\總數(shù)七十二頁\編于四點目前五十九頁\總數(shù)七十二頁\編于四點三、軌道剛度控制理論1、軌道剛度的影響軌道剛度過大：鋼軌損傷快、舒適性降低、隔振效果差、輪軌噪聲大；軌道剛度過低：軌道動態(tài)不平順大，軌道部件也會傷損。目前六十頁\總數(shù)七十二頁\編于四點2、軌道剛度重點控制路橋過渡段岔區(qū)軌道剛度均勻化之一：軌道剛度的合理匹配之二：軌道剛度的均勻分布有砟軌道：扣件剛度過大，道床變形快！道床剛度過大，鋼軌損傷快！扣件剛度過小，鋼軌外翻嚴重！道床剛度過小，軌道不平順變化快！目前六十一頁\總數(shù)七十二頁\編于四點影響高速列車舒適性的軌道動剛度檢測日顯重要

軌道剛度影響著高速列車的運行舒適性甚至安全性，武廣線聯(lián)調(diào)聯(lián)試已表明高速鐵路以無砟軌道為主，其彈性主要來源于扣件系統(tǒng)，而橡膠墊層的老化及低溫硬化問題已漸突出

在短波不平順情況下甚至會引起跳軌脫軌

目前國內(nèi)外均缺乏軌道剛度的在線檢測技術(shù)無砟軌道：扣件剛度過大，道床及鋼軌損傷快、甚至影響安全！扣件剛度過小，鋼軌外翻嚴重、甚至出現(xiàn)波磨！目前六十二頁\總數(shù)七十二頁\編于四點荷蘭彈性檢測車激光測位移法我國彈性檢測試驗樣車偏載加載法目前六十三頁\總數(shù)七十二頁\編于四點頻響函數(shù)法應用的可行性試驗：加速度頻域積分得到位移寬頻動剛度目前六十四頁\總數(shù)七十二頁\編于四點四、關(guān)于軌道安全的幾點思考1、鐵路安全理論

鐵路里程長、區(qū)域廣、系統(tǒng)復雜、生產(chǎn)環(huán)節(jié)多、人員素質(zhì)與鐵路技術(shù)不相適應等，導致鐵路安全事故時有發(fā)生，發(fā)生事故的概率P較大

列車運行速度高，運載旅客及作業(yè)人員多、運載貨物及固定資產(chǎn)大、經(jīng)常運輸危險貨物等，一旦發(fā)生事故，人員傷亡、財產(chǎn)損失、環(huán)境破壞所造成的損失L較大鐵路為公共交通，代表著政府行為，人們對安全事故的可接受程度低，即容忍度T低鐵路安全風險：R=PL/T目前六十五頁\總數(shù)七十二頁\編于四點

西南交大已向鐵道部提出《完善高速鐵路運營安全保障體系建設(shè)》設(shè)想，在此基礎(chǔ)上準備就鐵路基礎(chǔ)設(shè)施安全保障開展以下方面的研究：

安全科學（1）高速鐵路運營安全文化高速鐵路運營安全系統(tǒng)工程學高速鐵路運營安全管理學高速鐵路運營安全人機學高速鐵路運營安全經(jīng)濟學目前六十六頁\總數(shù)七十二頁\編于四點

安全理論（2）

從物的不安全狀態(tài)方面基礎(chǔ)設(shè)施危險源及事故隱患辨識理論基礎(chǔ)設(shè)施安全評估理論，包括事故樹、事件樹理論基礎(chǔ)設(shè)施風險分級理論及可接受準則基礎(chǔ)設(shè)施全壽命周期安全理論

從人的不安全行為方面作業(yè)人員人因可靠性理論路外及作業(yè)人員安全行為研究作業(yè)危險性評估理論作業(yè)人員素質(zhì)評估理論

從管理不善方面安全管理體系健全研究：責任制、應急救援、培訓等安全管理過程控制體系研究安全管理效果評估理論目前六十七頁\總數(shù)七十二頁\編于四點

從環(huán)境不良方面自然災害預防、防治、預測、評估理論路外安全距離、安全范圍研究

安全系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)設(shè)施與列車系統(tǒng)的安全關(guān)聯(lián)性理論基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)安全性分析理論

事故調(diào)查分析理論基礎(chǔ)設(shè)施事故庫事故致因理論事故再現(xiàn)理論安全評價理論安全預評價理論安全驗收評價理論安全現(xiàn)狀評價理論目前六十八頁\總數(shù)七十二頁\編于四點

安全技