線路清篩作業(yè)后道床剛度對(duì)列車速度的影響

鐵路清溝運(yùn)行后，道床的剛性急劇下降，線路處于初步舞臺(tái)的快速下降階段。因此，鐵路安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在清溝運(yùn)行后，列車的行駛速度不得超過45公里。一般來說，工業(yè)部門通常采用每條鐵路的15公里/小時(shí)，然后逐步增加。在90120分鐘的初始階段，線路的夜間速度將提高到60公里。線路作業(yè)后的限制速度,增加了列車運(yùn)行的慢行附加時(shí)分,不但影響運(yùn)輸能力,尤其是對(duì)旅客列車正點(diǎn)運(yùn)行增加了困難。因此,如果能夠提高線路作業(yè)后的慢行速度,不但有利于減輕運(yùn)輸壓力,為旅客列車正點(diǎn)運(yùn)行創(chuàng)造條件,而且也有利于工務(wù)部門本身增加封鎖時(shí)分,提高作業(yè)效率。線路清篩作業(yè)后,道床變松了,軌道容易產(chǎn)生不均勻下沉而引起的軌道幾何狀態(tài)不平順,并由此產(chǎn)生軌道阻力減少。因此,分析線路清篩作業(yè)后提高慢行速度的安全性,關(guān)鍵是分析道床剛度變化對(duì)速度的影響及如何控制軌道幾何狀態(tài)和如何提高道床阻力。1安全性評(píng)定指標(biāo)保證安全是列車運(yùn)行的基本條件,車輛的橫向水平力、輪重減載率、脫軌系數(shù)等指標(biāo)是安全性評(píng)定的依據(jù)。本文采用車輛-軌道動(dòng)力模型來仿真分析列車速度變化、道床剛度變化等因素對(duì)列車運(yùn)行安全性的影響。1.1計(jì)算參數(shù)的確定(1)軸箱懸掛系統(tǒng)主型貨車C62A的轉(zhuǎn)8A型轉(zhuǎn)向架為2個(gè)側(cè)架和1個(gè)搖枕組成的三大件結(jié)構(gòu),采用一系中央懸掛,彈簧減振裝置包括彈簧和摩擦楔塊減振器,軸箱懸掛采用導(dǎo)框式定位;客車具有二系懸掛(軸箱懸掛和中央懸掛);計(jì)算時(shí)由于客車的懸掛裝置優(yōu)于貨車,而空貨車的運(yùn)行安全性又較差,因此,速度在70km/h及以內(nèi),以線路上使用最為廣泛的C62A型空貨車為計(jì)算對(duì)象;另外,由于貨車目前的速度均在70km/h以內(nèi),因此對(duì)速度在70km/h以上、以運(yùn)行品質(zhì)相對(duì)較差的YZ22型客車為計(jì)算對(duì)象。(2)梁、軌充分振動(dòng)在軌道模型中,將鋼軌視為連續(xù)彈性離散點(diǎn)支撐基礎(chǔ)上的Euler梁,并考慮鋼軌的垂向、橫向及扭轉(zhuǎn)振動(dòng);軌枕視為剛體,考慮垂向、橫向振動(dòng)及剛體轉(zhuǎn)動(dòng);道床離散為剛性質(zhì)量塊,僅考慮其垂向振動(dòng)。計(jì)算時(shí)采用60kg/m鋼軌有縫線路,混凝土軌枕,碎石道碴。(3)插東南角機(jī)械搗固根據(jù)現(xiàn)場測試,線路清篩作業(yè)后枕下道床剛度(實(shí)際為道床和路基的聯(lián)合剛度,下同)普遍較低,大型養(yǎng)路機(jī)械搗固,插鎬1遍,其剛度在40kN/mm以下;插鎬2遍,剛度在75kN/mm以下。隨開通后列車的碾壓,道床逐步密實(shí),剛度逐漸增大,理論分析道床剛度采用40、60、80kN/mm。1.2速度、道床剛度通過仿真計(jì)算,不同線路平面、不同軌道剛度在不同速度下的脫軌系數(shù)見表1。根據(jù)《鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》(GB5599-85)規(guī)定,評(píng)價(jià)列車運(yùn)行安全性時(shí),車輛的輪軌橫向力采用Q≤100kN、輪重減載率采用ΔP/P≤0.6、脫軌系數(shù)采用Q/P≤1.0。分析仿真計(jì)算結(jié)果如下。對(duì)貨車而言,速度提高,橫向力和脫軌系數(shù)有增加,這說明了速度的動(dòng)力沖擊作用。但在速度低于70km/h時(shí),其速度效應(yīng)不起主要作用;但無論是60km/h,還是70km/h,貨車的減載率均基本達(dá)到甚至超過0.6。因此,在沒有改造前采用C62A的貨車,應(yīng)限速60km/h。對(duì)客車而言,速度提高,雖然橫向力、脫軌系數(shù)有增加,但均在安全限度內(nèi),并且由于車體條件好,其減載率指標(biāo)要優(yōu)于貨車很多。道床剛度達(dá)到一定數(shù)值后(40kN/mm),剛度的變化對(duì)橫向力、減載率和脫軌系數(shù)影響不大。理論研究表明,軌道剛度不均勻,只有在高速(速度160km/h以上)情況下,才會(huì)對(duì)列車運(yùn)行品質(zhì)起作用。因此,只要道床有一定的剛度,保證道床的均勻性,控制好線路作業(yè)后的軌道幾何狀態(tài),使之不產(chǎn)生嚴(yán)重超限(既超過臨時(shí)補(bǔ)修限值),提高作業(yè)后線路允許速度是可以保證列車運(yùn)行安全的。也就是說,線路清篩作業(yè)后,影響線路允許速度的因素不在于道床的剛度,而在于軌道幾何狀態(tài)的控制。1.3搗固和列車壓實(shí)采用清篩機(jī)作業(yè),封鎖前只要在清篩地段的始端開挖一個(gè)長1m,寬4.5m,深0.45m的導(dǎo)槽坑(即只開一個(gè)2孔一底的門),而開挖導(dǎo)槽坑對(duì)枕底道床的穩(wěn)定性幾乎沒有影響,如果不考慮施工效率,不考慮個(gè)別地點(diǎn)人工清篩,清篩機(jī)清篩從理論上講,可以不需要封鎖前的慢行。清篩作業(yè)后,枕底道碴全部是松動(dòng)的,傳統(tǒng)施工需通過人工搗固和列車碾壓使道床逐步密實(shí),120min慢行時(shí)間,首列15km/h,次列25km/h,以后45km/h,120min內(nèi)最多可通過8趟列車,按全部是4000t貨物列車通過,120min內(nèi)可通過的最大列車總重是3.2萬t,如采用動(dòng)力穩(wěn)定車穩(wěn)定一遍,其作用相當(dāng)于5.5萬t。因此,穩(wěn)定車的穩(wěn)定作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于120min慢行時(shí)間內(nèi)列車的碾壓作用。綜上所述,清篩后線路的允許速度關(guān)鍵在于搗固的質(zhì)量。根據(jù)《鐵路線路維修規(guī)則》規(guī)定,搗固車一次起道量不宜超過50mm,起道量超過50mm時(shí),應(yīng)插鎬2遍,大型養(yǎng)路機(jī)械進(jìn)行維修搗固后,即使不采用穩(wěn)定車,維修后線路也不限速。與維修搗固不同,清篩后線路軌枕下250mm均是松碴,必須使軌枕下的松碴全部密實(shí)和均勻才能提高清篩后線路的慢行速度,通過采用分層起道、分層搗固,甚至采用分層穩(wěn)定,從理論上分析,是可以做到使枕下道碴密實(shí)和均勻。因此,只要采用合理的機(jī)械配置、合理的作業(yè)參數(shù)和合理的作業(yè)方法,可以提高清篩后線路的慢行速度。2清篩機(jī)的作業(yè)在滬寧線對(duì)道床清篩作業(yè)后的線路安全性進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)。測試內(nèi)容有鋼軌的垂直力、橫向水平力、垂向位移、橫向位移及枕下道床剛度和阻力。作業(yè)方法為:清篩機(jī)附掛風(fēng)動(dòng)卸碴車進(jìn)行拋床作業(yè)(拋床深度350mm),清篩機(jī)后安排3臺(tái)搗固車分3次進(jìn)行起道搗固(總起道量控制在250mm以內(nèi)),每次搗固插鎬2遍,最后穩(wěn)定1遍。封鎖施工的條件為:封鎖210min,前慢行60min,慢行速度45km/h,后慢行1列,慢行速度60km/h,晝夜慢行速度80km/h。試驗(yàn)結(jié)果如下。(1)軌面沉降線路開通首列列車運(yùn)行后,平均不大于0.5mm,晝夜累計(jì)平均在5.0mm以內(nèi),說明作業(yè)后,道床的密實(shí)度能夠滿足提速需要。(2)橫移能力比較軌距和方向作業(yè)后無偏差超限,說明Ⅲ型軌枕保持軌距的能力和抗橫移能力要優(yōu)于Ⅱ型軌枕。水平和高低作業(yè)后均存在超過臨時(shí)補(bǔ)修的偏差,其主要發(fā)生在接頭處,但偏差值沒有由于列車的碾壓發(fā)生變化,說明道床的密實(shí)度能夠滿足提速需要,但要加強(qiáng)接頭的作業(yè)質(zhì)量。(3)檢查評(píng)定項(xiàng)目未超過極限標(biāo)準(zhǔn)軌道檢查車在開通后以不同速度檢測,所有檢查評(píng)定項(xiàng)目中,各項(xiàng)偏差沒有超過限速標(biāo)準(zhǔn),僅有個(gè)別項(xiàng)目超過臨時(shí)補(bǔ)修標(biāo)準(zhǔn),說明軌道狀態(tài)符合提速要求。(4)車輛的輪軌橫向力和脫軌系數(shù)安全標(biāo)準(zhǔn)通過對(duì)軌道橫向力、垂直力、橫向位移、垂直位移等進(jìn)行測試,得到作業(yè)后車輛的輪軌橫向力最大值為50kN,脫軌系數(shù)的最大值為0.49,輪重減載率的最大值為0.24,分別與車輛的輪軌橫向力安全標(biāo)準(zhǔn)100kN,脫軌系數(shù)的安全標(biāo)準(zhǔn)1.0和輪重減載率的安全標(biāo)準(zhǔn)0.6均有較大的余量,能保證行車安全。3提高美國植物可以綜上所述,只要保證作業(yè)后的質(zhì)量,開通速度首列提高到60km/h,晝夜提高到80km/h甚至以上是可以保證行車安全的。但是,要保證作業(yè)后的質(zhì)量,其條件是必須采用大型養(yǎng)路機(jī)械作業(yè),并充分發(fā)揮大型養(yǎng)路機(jī)械的作用。3.1分層起道作業(yè),保證睡眠質(zhì)量由于清篩作業(yè)后,枕下道床全部是松動(dòng)的,而大型搗固車的插鎬深度在90～100mm,因此,必須采用分層起道、分層搗固的作業(yè)方法,才能保證枕下道床密實(shí)均勻,有條件或?qū)﹂_通速度有高要求時(shí),甚至應(yīng)采用分層穩(wěn)定。3.2運(yùn)行參數(shù)(1)動(dòng)道瞳氣動(dòng)道高度由于大型搗固車的插鎬深度在90～100mm,垂直影響范圍在150mm以內(nèi),因此當(dāng)枕下松動(dòng)道碴厚度在150mm以上時(shí),第1遍搗固車的起道量應(yīng)為零;如清篩采用拋床,拋床后枕下道碴厚度小于150mm時(shí),第1遍起道量應(yīng)控制在100mm以內(nèi),只要滿足起道后、插鎬前,枕底與路基面的高度在150mm,應(yīng)最大程度地減小第1遍搗固時(shí)的起道量,保證最底層道碴密實(shí)均勻。(2)起道量的影響清篩后第2遍及以后搗固時(shí)的起道量以提高軌面高程為目的,每次起道量均應(yīng)設(shè)定為100mm,這樣既可以保證搗固質(zhì)量,又能盡快提升軌面高程,縮短作業(yè)地段與未作業(yè)地段的順坡長度及減緩順坡坡度。(3)在打開之前的最后一步中連接結(jié)束時(shí)的站塊數(shù)量開通前的最后1遍搗固是以保證軌面良好和枕下道碴密實(shí)為目的,因此應(yīng)嚴(yán)格控制起道量不大于50mm。(4)睡眠質(zhì)量測試由于是在松軟道床條件下作業(yè),因此每次搗固均應(yīng)插鎬2遍:現(xiàn)場測試,插鎬1遍,枕下道床剛度在40kN/mm以下;插鎬第2遍,枕下道床剛度在75kN/mm以下。這也證明了插鎬2遍的必要性。3.3清篩和穩(wěn)定車從工務(wù)自身生產(chǎn)成本出發(fā),當(dāng)然是搗固車、穩(wěn)定車越少越節(jié)約,但是,從“天窗”就是效益出發(fā),應(yīng)發(fā)揮“天窗”的最大效益,配置必須的搗固車和穩(wěn)定車。線路開通后需要的最小道床厚度由2個(gè)因素決定,一是保證列車作用力傳遞到路基面時(shí),不會(huì)對(duì)路基面造成破壞;二是作業(yè)地段與非作業(yè)地段不同高程之間的順坡率需要。在滿足順坡需要的條件下,清篩當(dāng)日的高程應(yīng)盡量低,這樣可減少清篩當(dāng)日的起道量,從而減少搗固遍數(shù)。因此,在滿足順坡需要的條件下,清篩后,當(dāng)日的道床厚度可控制在不小于200mm即可。為滿足道床厚度不小于200mm的需要,如采用一般清篩,當(dāng)日只需搗固2遍,需2臺(tái)搗固車;如采用拋床作業(yè),當(dāng)日需搗固3遍,需3臺(tái)搗固車。當(dāng)然,穩(wěn)定車最安全的配置是每臺(tái)搗固車后跟1臺(tái)穩(wěn)定車,但從控制生產(chǎn)成本出發(fā),應(yīng)根據(jù)開通后線路的允許速度決定。滬寧線試驗(yàn)證明,只要嚴(yán)格采取分層起道、分層搗固,采用1臺(tái)穩(wěn)定車穩(wěn)定1遍,可以保證60km/h的開通速度和80km/h的晝夜限速。如果開通速度和晝夜限速再提高,應(yīng)增加穩(wěn)定車。4搗固的速度和最小速度是控制線路發(fā)展權(quán)的主要因素理論計(jì)算和現(xiàn)場實(shí)踐證明,采用大型養(yǎng)路機(jī)械進(jìn)行線路清篩作業(yè),完全有條件提高清篩作業(yè)后的慢行速度,其關(guān)鍵是保證搗固質(zhì)量,必須采用分層起道、分層搗固的作業(yè)方法,而要堅(jiān)持分層起道、分層搗固,就必須提供一定的封鎖時(shí)分供搗固車進(jìn)行搗固作業(yè),甚至必須增加搗固車的配置,相應(yīng)增加生產(chǎn)成本。關(guān)于采用大