城市轨道交通钢轨波浪形磨耗特征分析

� 城市轨道交通研究 2010年 � � 城市轨道交通钢轨波浪形磨耗特征分析* 曹 � 亮 � 许玉德 � 周 � 宇 � 詹 � 刚 (同济大学交通运输工程学院, 201804,上海�第一作者, 硕士研究生) 摘 � 要 � 钢轨的波浪形磨耗已成为城市轨道交通钢轨伤损 的主要形式之一。基于对上海轨道交通 1 号线钢轨波浪形 磨耗的连续布点观测,采用频谱分析方法提取波浪形磨耗的 波长,并对波深进行统计与分析,初步了解了上海轨道交通 钢轨波浪形磨耗的一些基本特征,为进一步研究城市轨道交 通钢轨波浪形磨耗生成机理及防治措施提供了依据。 关键词 � 城市轨道交通; 钢轨波浪形磨耗; 特征分析 中图分类号 � U 213. 4+ 2 * 高等 学 校 博 士 学 科点 专 项 科 研 基 金 资 助 课 题 ( 200802471003) ;同济大学青年优秀人才培养行动计划资助 课题( 2008KJ026) Characteristics of Rail Corrugation in Urban Mass Transit Cao L iang , Xu Yude, Zh ou Yu, Z han Gang Abstract� Ra il c or ruga tion has been one o f the m ain dama- ges to urban mass tr ansit. In this pape r, on the basis o f the continuous measur ements of ra il co r rugation in Shangha i Metr o L ine 1, the wavelength o f cor rugations is g ained by using PSD method, the amplitude of r ail cor ruga tion is counted and ana ly zed in order to under stand the char acter- istics o f co rrugation in Shanghai ra il transit. This r esea rch can pro vide a re fer ence f or f ur ther re sear ch on the f o rma- t ion mechanism and countermeasure of ra il cor ruga tion in urban m ass tr ansit. Key words� urban m ass tr ansit; ra il co r rugat ion; char acter- istics analysis Firs-t author� s address � Co llege o f T r aff ic and T ranspo rta- t ion Eng ineer ing , Tong ji Univ . , 201804, Shanghai, China � � 钢轨的波浪形磨耗(简为钢轨波磨)是钢轨伤损 的一种 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现形式。目前在中国内地已开通运营城市 轨道交通的城市, 如上海、广州以及南京等, 均已不 同程度地出现了钢轨波磨的现象[ 1- 3]。波磨的产生 加剧了轮轨动力作用, 加速了车辆转向架及轨道部 件的损坏,增加了工务部门的养护维修费用; 由波磨 引起的列车高频振动降低了乘车的舒适度, 严重时 甚至可能危及列车安全;另外,列车通过波磨钢轨时 所发出的啸叫声也成为轨道交通噪声的主要来源 之一。 要从根本上消除波磨对行车和轨道养护造成的 不利影响,采取有效的预防和治理措施,必须弄清楚 波磨产生的原因和发展的规律, 对影响波磨的因素 进行分析。而进行上述研究和分析的前提,就是要 对出现波磨的钢轨进行系统全面的观测和追踪, 以 掌握波磨的特征。本文正是基于上述的考虑而进 行的。 1 � 国外城市轨道交通钢轨波磨特征综述 钢轨波磨作为城市轨道交通钢轨伤损的主要形 式之一,早已引起了发达国家轨道交通工务部门的 重视。美国、加拿大、法国、意大利和日本等国先后 对所在地区的轨道交通线路上的波磨进行了大范围 的观测与统计, 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 出了轨道交通钢轨波磨的一些 特征。 T assilly 等 [ 4]在 20世纪 80年代末期对巴黎都 市轨道交通管理局( RATP)运营的巴黎地铁和法国 快速轨道网络线路上的钢轨波磨进行了观测,结果 发现:波磨主要出现在曲线上且种类各异,波长一般 在 50~ 300 mm 之间; 波磨或出现在曲线下股钢轨 (混凝土整体道床波磨波长较短) , 或出现在上股钢 轨(有砟轨道上波长较长) , 或上下股均有波磨产生。 Donald R. A hlbeck 等人[ 5] 对 1969 年至 1989 年间的 47篇有关钢轨波磨的科技报告及研究文献 进行了综述, 总结了波磨出现的轨道类型、运营速 度、曲线半径,以及波磨波长、波深等特征。其中:城 市轨道交通钢轨波磨出现的曲线半径在 366 m 之 内,波磨波长介于 50~ 200 mm 之间;波深与波长相 关,短波波磨的波深一般小于 0. 2 mm, 最大波深达 0. 9 mm。 Yoshihiro Suda等人 [ 6]发现东京地区重要的通 勤线路山手线的小半径曲线下股钢轨上出现了严重 �46� 的短波长波磨, 其波长分布在 50~ 150 mm 范围内, 最大波深达到了 0. 9 mm。 Gior gio Diana 等人[ 7] 通过对意大利米兰地铁 的现场观测,得出了米兰地铁不同轨道类型的小半 径曲线钢轨波磨的主要特征(见表 1)。 表 1 � 米兰地铁波磨主要特征 轨道类型 曲线半径/ m 波长�/ mm 硬�M ilan o� 170 80~ 110 软�M ilan o� 170 25~ 40 W ien 200 25~ 50 � � 纵观国外研究人员对波磨特征的观测统计结 果,城市轨道交通钢轨波磨主要出现在曲线段,尤其 是小半径曲线的下股钢轨; 波长介于 50~ 300 mm 之间,波深与波长相关联,最大波深达 0. 9 mm。 2 � 上海轨道交通 1号线波磨特征统计分析 为了全面地了解上海轨道交通钢轨波磨的情 况,分析波磨的成因,以达到针对性地提出减缓钢轨 波磨的措施和相应的技术参数,对上海轨道交通 1 号线部分曲线和直线的钢轨进行了连续布点测量, 并对波磨测量数据进行统计分析。 2. 1 � 被测线路的条件及波磨测量 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 本次测量所选线路条件如表 2所示。所选线路 均铺设 60 kg/ m 钢轨,轨下基础为长轨枕埋入式整体 道床,轨枕数量按 1 680根/ km 配置, 钢轨扣件采用 DT �型扣件。采用 SEC- RC电子平直仪( 1 m长) , 对所选定曲线的下股钢轨和直线左右股钢轨每隔 20 m 进行一次测量。各线路对应测点数如表3所示。 表 2� 上海轨道交通 1号线被测线路条件 被测线路序号 位置 半径 R/ m 超高 h/ mm 曲(直)线长度 l c / m 缓和曲线长 l0 / m 曲线 1 火车站站 � 汉中路站上行 300 120 570 50 曲线 2 火车站站 � 汉中路站下行 300 120 570 50 曲线 3 人民广场站 � 黄陂南路站下行 350 120 686 60 直线 1 人民广场站 � 黄陂南路站下行 100(直线) 表 3 � 定点测量的测点数量统计 工况 测点数量 曲线 1 29个 曲线 2 29个 曲线 3 35个 直线 1 10个(左股 5个,右股 5个) 2. 2 � 钢轨顶面特征及波磨宏观特征 钢轨顶面特征能反映钢轨目前的状况和车轮在 钢轨上运行的状态。通过观察发现,测试曲线线路 的下股钢轨普遍压溃,轨顶面波磨比较明显, 轮轨接 触带基本覆盖整个轨顶顶面, 并在外侧边形成多处 肥边,轨面伴随有长裂纹和剥离,如图 1所示。在波 磨显著地段,波峰光滑, 波谷有密集的裂纹, 部分地 段波峰、波谷裂纹相连。 2. 3 � 波磨的波长和波深特征统计分析 波长和波深(即峰峰值)是衡量钢轨波磨的最重 要的两个指标。根据波长固定机理,波磨的产生与 轮轨系统的某阶振动密切相关。通过列车运行速度 v 与波磨波长 �计算所得的频率 f = v/ �, 往往是判 断导致波磨产生的振动来源的依据;同时,不同波长 和波深的波磨对列车通过的动力冲击响应的影响也 不同。二者结合起来共同反映波磨的轻重程度。 图 1 � 曲线线路下股钢轨顶面特征 � � 由于所采用的波磨测尺在 1 m 的长度范围内 每隔 5 mm 进行一次采样,因此在用 Matlab 编程对 数据进行频谱分析时设定的空间采样频率 f s= 200 m- 1。典型测点波磨的波形图和功率谱密度图如图 2所示。 从实测的图 2( a)波形图中可以看出, 波磨均匀 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf , 周期性明显, 波深变化幅度微弱, 平均波深 havg= 0. 82 mm ,最大波深 hmax = 0. 83 mm。在图 2 ( b)的功率谱密度图上有一处明显的峰值, 出现在 4. 883 m- 1处,对应波长为 �= 1/ f = 205 mm。 经统计, 得出测量方案中四种工况下的波磨的 波长和波深特征, 如表 4所示。 �47� � 第 2期 研究报告 � � 城市轨道交通研究 2010年 � � 图 2 � 上海轨道交通 1 号线火车站站 � 汉中路站下行曲线第 8 测点波磨波形图及功率谱密度图 表 4 � 测量线路钢轨波磨特征统计 被测线路序号 波长范围/ mm 特征波长/ mm 波深范围/ mm 波深平均值/ mm 曲线 1 116~ 233 197 0. 04~ 1. 32 0. 35 曲线 2 165~ 284 205 0. 11~ 1. 37 0. 51 曲线 3入曲线段 52~ 76 58 0. 02~ 0. 14 0. 05 曲线 3出曲线段 119~ 341 223 0. 09~ 0. 88 0. 37 直线 1 53~ 70 62 0. 02~ 0. 12 0. 05 � � 表 4中的特征波长是将同一曲线上所有波磨特 征明显的测点数据合并所得到的平均功率谱对应的 波长。可以看出,曲线 1 和曲线 2波磨的特征波长 都在 200 mm 左右,它们的波深范围与波深的平均 值也很接近。对比曲线 1与曲线 2 发现, 曲线 2 的 特征波长与平均波深都要略大于曲线 1, 同时其波 长与波深的范围也比曲线 1略大一些。曲线 3的波 磨在沿列车运行方向的出入曲线部分呈现出两种不 同的特征:入曲线段波长与波深都较小,而出曲线段 则较大。曲线 3在入曲线段波长为 52~ 76 mm, 波 深介于 0. 02~ 0. 14 mm 之间;而出曲线段的波长为 119~ 341 mm ,波深为 0. 09~ 0. 88 mm。其出曲线 段的特征波长约为入曲线段的 4倍,平均波深则为 入曲线段的 7倍之多。曲线 3在列车运行方向的入 曲线端与直线 1相连。直线 1的波磨特征与曲线 3 的入曲线段非常相似。 从动力学角度来说, 在相同运行速度下, 具有 大波深和高通过频率的钢轨波磨对车辆-轨道耦合 系统具有很大的冲击能量, 对车辆和轨道的损伤 程度也很严重 [ 8]。将所测数据按照 0. 2 mm 波深 区间长度进行统计,各个范围波深所占比例如图 3 所示。 由图 3可以看出, 波深在 0. 2 mm 之内的波磨 比例最大,达到了 53. 8%;随着波深的增大,各范围 的比例在降低; 波深大于 1 mm 的波磨仅占 2. 97%。 图 3 � 波磨波深范围比例统计 3 � 结语 本文在对上海轨道交通 1号线部分波浪形磨耗 较为严重的曲线钢轨和直线段进行连续布点测量的 基础上,采用 Matlab编程对测量数据进行了频谱分 析,并结合现场观测的实际情况对波磨特征进行统 计分析,得出以下结论: 1) 城市轨道交通钢轨波磨在曲线下股和直线 的左右股均有可能产生。 2) 所测段的波磨钢轨波峰光滑, 波谷有密集的 裂纹,部分地段波峰、波谷的裂纹相连。 3) 上海轨道交通 1 号线所测段线路钢轨波磨 的波长介于 50~ 350 mm 范围之内,波深最大值达 1. 37 mm。 4)不同半径曲线的波长范围及特征波长可能 (下转第 52 页) �48� � 城市轨道交通研究 2010年 � � 行定期检修是比较困难的。维修工作的不均衡会造 成劳动力组织的困难与浪费。因此,城市轨道交通基 础设施的无维修化具有非常重要的意义。从这一点 出发,钢铝复合轨与刚性悬挂技术对地铁来说具有良 好发展的潜质。虽然其一次投资费用稍高,但维护材 料与人工费节约的长远效益是显而易见的。 4 � 结语 综上所述, 无论架空接触网还是第三轨接触网, 是柔性悬挂还是刚性悬挂, 都因其不同的特点而应 用于不同的城市轨道交通线路, 都是可行的牵引接 触网形式,在各自的应用领域中仍在不断地发展, 不 存在孰优孰劣的问题。然而,由于我国建设城市轨 道交通的都是大城市, 市郊列车担负城市向外辐射 和保护旧城、开发新城区的战略意图越来越突出,站 在这个角度并从技术经济上进行分析比较,市郊列 车系统推荐采用架空接触网供电系统。 参考文献 [ 1] � 广州市地下铁道总公司.广州市轨道交通线网主变设置及供电方 式专题研究(最终报告) [R] .广州:广州市地下铁道总公司, 2004. [ 2] � 何其光.对城市轨道交通牵引供电授流制式选择的建议[ J] .城 市轨道交通研究, 2007(8) : 6. (收稿日期: 2009- 01- 05) (上接第 45 页) 于集中的客流, 以避免人群过度密集造成的人员行 走速度的降低和踩踏事故等的发生。 4) 合理设置车站疏散引导标志,为疏散中的人员 提供醒目明了的疏散指示。发生火灾时,在现场工作 人员进行疏散指挥的同时,可以结合事故广播系统进 行引导,提高乘客识别疏散标志的能力,使得人员在紧 急状态下有路可寻, 使烟气对人员视觉及疏散速度等 的影响减小到最低程度,以达到安全疏散的最佳效果。 5 � 结语 在火灾情况下,影响城市轨道交通车站人员安 全疏散的因素有很多。本文在前人研究的基础上, 分析了各阶段影响车站人员疏散的因素; 结合人员 疏散仿真技术, 评价人员疏散行动中各因素对疏散 效率的影响程度,同时针对这些因素提出了有利于 疏散的相关措施。 在今后的研究中, 将进一步量化疏散过程中的 各影响因素的重要程度, 开发更适用于城市轨道交 通人员疏散的仿真软件; 并结合城市轨道交通应急 预案,验证应急措施的有效性及可行性,为城市轨道 交通车站提高应急能力提供一定的基础。 参考文献 [ 1] � 刘文婷.城市轨道交通车站乘客紧急疏散能力研究 [ D] .上海: 同济大学交通运输系, 2008. [ 2] � 庾志章.影响安全疏散若干因素的思考[ J] .广西民族大学学报 (自然科学版) , 2007( 8) : 77. [ 3] � 张莉.基于地铁火灾仿真的人员疏散研究 [ D] .上海:同济大学 交通运输系, 2008. [ 4] � 周立新,陈锐,张莉.地铁火灾乘客疏散的仿真分析[ J] .城市轨 道交通研究, 2009( 6) : 30. [ 5] � 徐高.地铁车站人员疏散的计算机仿真研究[ J] . 现代隧道技 术, 2003, 40( 2) : 32. (收稿日期: 2009- 08- 25) (上接第 48 页) 有所差异;同一条曲线上沿列车运行方向的出曲线 段与入曲线段波磨可能会呈现明显的差异, 出曲线 段的波长与波深要大于入曲线段,入曲线段与相连 的直线段波磨特征相似。 通过对现场实测数据的统计分析, 为今后进一 步研究城市轨道交通钢轨波磨的生成机理以及针对 性地采取波磨防治措施提供了一定的参考和依据。 参考文献 [ 1] � 张学华.城市轨道交通钢轨波浪形磨耗的产生和预防[ J ] .上海 铁道科技, 2008( 1) : 100. [ 2] � 王华川,王仲林. 打磨技术在地铁轨道养护中的实践探讨[ J] . 甘肃科技, 2006, 22( 1) : 51. [ 3] � 瞿锋.上海地铁轨面接触疲劳裂纹伤损的产生、影响及防治 [ J] .城市轨道交通研究, 2008( 11) : 40. [ 4] � T as silly E, Vincent N. Rail corrugat ion s: analyt ical model an d f ield test s [ J] . Wear, 1991, 144( 1- 2) : 163. [ 5] � Ahlb eck D R, Daniels L E. Invest igat ion of rail corrugat ions on the Balt imore Met ro[ J ] . Wear, 1991, 144( 1- 2) : 197. [ 6] � Yoshihi ro Su da, M it su o H anaw a, M ikio Okumur a, et al. S tu dy on rail corrugat ion in shar p cur ves of commuter line[ J] . Wear, 2002, 253( 1- 2) : 193. [ 7] � Diana G, Chelif F, Bruni S , et al. Experimental and numerical invest igat ion on subway sh ort pi tch corru gat ion [ J ] . Veh icle System Dynamics , 1998, 29( supplemen t) : 234. 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