浅谈铁路轨道几何不平顺变化特征
浅谈铁路轨道平顺性问题
浅谈铁路轨道平顺性问题摘要：简介了铁路的特点。
重点论述了轨道平顺性这个在铁路线路中的核心问题。
讨论了影响平顺性的有关因素和一些著作的看法。
希望能对线路的平顺性问题开展我国的试验研究有所助益。
关键词：铁路；线路轨道平顺性；轨道前言：为了满足行驶条件下列车的安全性和旅客的舒适性，要求铁路必须具有非常高的平顺性和精确的几何线性参数。
在线上工程施工阶段，从基桩控制网（CPⅢ）、轨道基准点的测设到轨道板的铺设及精调，都采用了毫米级工程测量技术进行控制并最终为轨道平顺性服务，而轨道精调作业则是保障轨道平顺性的最后一环，在整个施工阶段具有特殊重要意义。
轨道精调的前提是获得准确可靠的轨道静态检测数据，因此轨道静态精密检测居于该阶段的核心地位[1]。
1.铁路的特点当今世界铁路提高行车速度，逐步实现(指列车运行速度在200km/h以上)已成为一个普遍发展趋势，铁路已成为运输能力最大、占地最少、能耗最低、污染最少，速度最快的陆上交通工具。
世界上第一条铁路：日本东海道新干线，始于1964年10月开通运营，最高运营速度210km/h，至今已有运营长达1830km，每年运送旅客1.8亿人次，从1964年以来共运送旅客30多亿人次，未发生过任何人身事故。
法国1976年10月开始运行铁路，最高运行速度270km/h，从技术水平和经济指标上都超过了日本。
80年代在一次试验中创下515.3km/h的世界铁路上的最度记录。
德国、英国等国家都相继开行了运行的客货列车。
从以上国外研究、试验、建设的铁路的情况和取得的效益来看，可以说铁路技术在世界上已经是成熟技术，铁路已经成为各国交通运输工具中的骨干。
我国铁路的研究工作起步较晚，但已列入“九五”计划，成为科技攻关的重点课题。
在我国国民经济发展中铁路客货运输起着大动脉作用，货运量的70%，客运量的60%以上都由铁路所承担，这就给发展铁路提供了必要的条件。
2.铁路的线路铁路线路应保证列车按规定的最度，安全、平稳和不间断的运行。
轨道不平顺定义与分类形式
1、轨道不平顺定义及形式在线路的平直道区段，钢轨并不是呈理想的平直状态，两根钢轨在高低和左右方向相对于理想的平直轨道呈某种波状变化而产生偏差，这种几何参数的偏差就称为轨道不平顺。
按激扰区分：垂向不平顺，横向不平顺，复合不平顺按波长区分：短波，中波，长波按形状特征：正弦，余弦、凸台按轮载作用：静态、动态高低不平顺水平不平顺水平不平顺，是指左、右轨对应点的高差所形成的沿轨长方向的不平顺，它是由轨道高低不平顺所派生的。
此外，也可将轨道水平不平顺按左右两轨的高差所形成的倾角来表示。
轨道水平不平顺是引起机车车辆横向滚摆耦合振动的重要原因。
方向不平顺轨道方向不平顺，是指左右两根钢轨沿长度方向在横向平面内呈现的弯曲不直，其数值以实际轨道中心线相对理论轨道中心线的偏差来表示。
轨道方向不平顺是由于轨道铺设时的初始弯曲、养护和运用中积累的轨道横向弯曲变形等原因造成。
轨道方向不平顺激发轮对产生横向运动、是引起机车车辆左右摇摆和侧滚振动的主要原因。
轨距不平顺轨距不平顺，是指左右两轨沿轨道长度方向上的轨距偏差，其数值以实际轨距与名义轨距之差来表示。
轨距不平顺对机车车辆运行的横向稳定性及曲线磨耗影响较大，轨距过大会引起掉道。
轨距若在短距离内变化剧烈，即使不超过允许标准也会使车辆的摇晃和轮轨间的横向水平力增大。
复合不平顺方向水平逆相复合不平顺：引起脱轨的重要原因曲线头尾几何偏差不同波长不平顺0.01-200m波长的不平顺常见；短波不平顺：轨面擦伤、剥离、焊缝、波磨；中波不平顺：1-30m，钢轨轧制，12.5m，25m特征长度；长波不平顺：30m以上，不均匀沉降，挠曲变形等。
铁道工程-第六章 轨道几何形位之轨道不平顺
作为单元区段，分别计算单元区段内左、右高低、左、右轨 向、轨距、水平、三角坑七项几何参数的标准差。各单项几
何不平顺幅值的标准差称为单项指数，七个单项指数之和作
为评价该单元区段轨道平顺性综合质量状态的轨道质量指数。 其计算公式为：
TQI i
i 1 i 1
7
7
1 2 ( xij xi ) n j 1
轨道不平顺实例波形
性质：
(1) 普遍性：由于铁路轨道结构的复杂性以及在建造、运营、管理等方面各种 因素的共同作用，任何轨道结构都普遍存在不平顺，只是幅值大小不同而已。铁 路工务部门对线路用轨道检查车进行长期、大量检查，证明无论是有缝线路还是 无缝线路，轨道的轨距、高低、方向、水平总是存在不平顺。 (2)随机性：轨道不平顺的形成和发展是诸多具有随机性的因素共同作用的结 果，这些因素包括：钢轨的初始平直性，钢轨磨耗、损伤，轨枕间距不均、质量 不一，线路施工高程偏差，道床的级配和强度不均、松动、脏污、板结，路基下 沉不均匀、刚度变化，道床、路基的不均匀残余变形积累，机车车辆时刻变化的 动力作用，以及雨雪、气温、地震等自然环境因素，它们综合作用，造成了轨道
① 高低不平顺 ② 水平不平顺 ③ 扭曲不平顺 ④ 轨距不平顺 ⑤ 轨向不平顺 ⑥ 复合不平顺
① 高低不平顺
钢轨顶面长度方向的垂向凸凹不平，简称为高低不平 顺，包括钢轨表面不平，轨道弹性变形和残余变形不均匀， 部件间隙不一致，路基不均匀下沉等形成的垂向不平顺。 由于左、右两根钢轨高低的起伏变化趋势不完全相同，可 区分为左轨高低不平顺和右轨高低不平顺。
n
局部不平顺幅值超限评分法与轨道质量指数评价法的比较
局部不平顺幅值超限评分法能够找出轨道的局部病害及病害的类型、程 度和所在位置，作为指导现场紧急补修非常实用，但仅用超限点峰值的大小 、超限的数量及扣分多少，不能全面地评价轨道区段的质量状态，比如不能 反映周期性不平顺所产生的谐波的影响。 轨道质量指数评价法能够判别轨道质量的均衡性，能做出更为符合实际 情况的评价。 但是这两种方法都是从轨道不平顺幅值的角度出发来评价轨道平顺状态 的，因此都具有一些局限性。 轨道不平顺的功率谱密度能清楚地表明某一段轨道不平顺所包含的波长 成份及各波长成分的均方值密度，能够提供轨道不平顺幅值和波长两方面的 信息，可以对利用局部不平顺幅值超限评分法和轨道质量指数评价法对轨道 平顺性进行评定时做出有益的补充。在我国，许多科技人员已经做了大量工 作，但是还没有形成较为通用的轨道谱，铁路平顺状态的评定和管理应用中 ，轨道谱的应用也十分有限。
铁道工程-第六章轨道几何形位之轨道不平顺教学教材
01
02
03
04
在轨道施工过程中，由于设备、测量和施工方法的限制，可能导致轨道不平顺。
自然条件的变化，如地震、山体滑坡等地质灾害，会直接导致轨道几何形位的改变。
列车通过时对轨道产生的压力和振动，可能导致轨道几何形位的微小变化。
轨道基础设施的长期使用和自然老化，可能导致轨道几何形位的改变。
轨道不平顺对列车运行的影响
通过列车运行过程中的动态检测，记录轨道的动态变化，包括加速度、速度等参数。
03
02
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轨道不平顺的检测技术
通过调整轨道的高程、水平、方向等几何尺寸，控制轨道不平顺。
调整轨道几何尺寸
选择合适的轨道材料，提高轨道的刚度和稳定性，减少不平顺的产生。
更换轨道材料
通过优化列车的运行速度、加速度等参数，减少对轨道的冲击和振动，控制轨道不平顺。
优化列车运行方式
Hale Waihona Puke 轨道不平顺的控制方法定期对轨道进行检测和维护，保持轨道几何尺寸的稳定。
加强轨道维护
加强施工过程中的质量控制，提高轨道施工的精度和稳定性。
提高施工精度
通过建立轨道不平顺预警系统，及时发现和处理轨道不平顺问题。
建立预警系统
轨道不平顺的预防措施
05
CHAPTER
案例分析
某铁路线路在运营过程中出现了轨道不平顺问题，导致列车运行出现晃动和噪音。
轨道几何形位的测量方法包括静态测量和动态测量两种。
静态测量是在列车停运后进行测量，常用的工具有轨检尺、弦线等。
动态测量是在列车运行过程中进行测量，常用的工具有轨检车、轨检仪等。
轨道几何形位的测量方法
03
CHAPTER
轨道不平顺的产生原因及影响
轨道不平顺的含义
轨道不平顺的含义
轨道不平顺是指轨道表面出现的不平整或弯曲状况,通常会导致列车在行驶过程中产生颠簸、动荡不安的现象。
轨道不平顺的原因可能是轨道设计不合理、轨道材料不良、轨道维护不足等。
在铁路交通中,轨道不平顺会对列车的安全行驶产生负面影响,例如可能导致列车出轨、颠覆、侧翻等事故。
因此,轨道设计、维护和保养非常重要。
轨道不平顺的表现形式有很多种,例如轨道表面的坑洼、起伏、弯曲等。
坑洼会导致列车在行驶过程中受到较大的冲击,从而产生颠簸感;起伏和弯曲则会使列车在行驶过程中产生较大的动荡感。
为了降低轨道不平顺对列车行驶的影响,可以采取以下措施:
1. 轨道设计:轨道设计应该根据列车的重量、速度等因素进行优化,使轨道表面能够适应列车的行驶需求。
2. 轨道维护:轨道应该定期进行维护和保养,以确保表面的平整和光滑。
3. 列车维护:列车也应该定期进行维护和检查,以确保轨道表面的平整和光滑。
轨道不平顺是铁路交通中常见的问题,需要引起足够的重视。
通过设计合理的轨道、定期进行维护和保养、提高列车维护水平等措施,可以降低轨道不平顺对列车行驶的影响,保障列车的安全行驶。
铁路轨道复合不平顺的分析与整治汇总
轨道复合不平顺的分析与整治轨道复合不平顺是指铁路轨道同一地点存在多种病害或相邻地点存在连续多处同一种病害。
轨道复合不平顺比轨道单项不平顺对行车安全威胁性更大，对于此类病害应引起高度重视，特别是在铁路第六次提速区段，建议将此类病害提级处理，即一级病害按二级及以上病害处理；二级病害按三级及以上病害处理。
迄今为止，我国铁路尚未对轨道复合不平顺规定过安全标准值，但是因其对行车安全威胁性大，有必要对其加以探讨。
轨道复合不平顺的形式很多，按照引起机车车辆横向力、垂向力复合方式不同，分为逆相位复合不平顺、顺相位复合不平顺、谐波振动复合不平顺等主要三种形式。
一、轨向、水平逆相位复合不平顺当存在轨道方向不平顺引起的车辆横向力与轨道水平不平顺引起的车辆横向力作用一致时（如图1所示：方向为正，水平为负），为轨道轨向、水平逆相位复合不平顺，对列车运行安全威胁最大。
图1 轨向与水平逆相位复合不平顺示意图1、轨道方向复合复合不平顺的计算公式如下：△y = ∣y―1.4△ h∣（公式1）式中：△y ---方向不平顺复合值y ----- 方向不平顺值△h --- 水平不平顺值2、轨道轨向、水平逆相位复合不平顺对行车安全指标的影响我们直接引用西南交通大学翟婉明教授著《车辆—轨道耦合动力学》对此项病害的计算结果（见表1）。
需要说明的是，这里选用的是一个波长为10米的方向不平顺，对应波长为12.5米的水平不平顺的逆相位复合不平顺。
表1：轨道复合不平顺对行车安全指标的影响表中：△h ----水平不平顺值y ----- 方向不平顺值P ------ 轮轨垂向作用力Q ------ 轮轴横向水平力Q/P ------ 脱轨系数△P/P ----轮重减载率a cy--------- 方向不平顺引起的水平加速度a c△h ------- 水平不平顺引起的水平加速度从表中可以看出，对轨道水平和方向逆相位复合不平顺安全限值起主控作用的动力学系数是轮重减载率，将轮重减载率静态指标控制为≤0.60，准静态指标控制为≤0.65，动态指标控制为≤0.80，脱轨系数动态指标控制为≤0.80。
浅谈铁路轨道几何不平顺变化特征
铁路线路——轨道不平顺管理及分析
道床/路基残余变形、道床密实差异等形成的以轨长为基波的复杂周
s ( i ,1 )
( )
2
S 1 1 ( )
11
轨道不平顺的危害：车辆/轨道相互作用关系
车辆安全性指标之脱轨系数
脱轨安全性指标之一脱轨系数：又称车轮爬轨安全系数，它反映的是
横向力与垂直力的相对大小比例关系
危险限度 允许限度
H
P
1 .2
H
P
1 .0
上述限度指标适用于低速脱轨的情况 高速客车：
轨道不平顺的分类：按激扰方向划分
复合轨道不平顺
在轨道同一位置上，垂向和横向不平顺共存而形成复合不平顺。
方向水平逆相复合不平顺：轨道同一位置既有方向不平顺又有水平 不平顺，并且轨道臌曲方向与高轨位置形成反超高状态。
严重时易引起脱轨
21
轨道不平顺的分类：按激扰方向划分
复合轨道不平顺 在轨道同一位置上，垂向和横向不平顺共存而形成复合不平顺。
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轨道不平顺的分类：按激扰方向划分
横向轨道不平顺 轨向不平顺：轨道中心线在水平面上的平顺性。（左、右轨平均） 轨排横向残余变形积累和轨头侧面磨耗不均匀、扣件失效、轨道横 向弹性不一致等 。
轨距偏差：在轨道同一横截面、钢轨顶面以下16mm处、左右钢轨
之间的最小内侧距与标准轨距的偏差。
20
P 1 2
为轮重减载率 危险限度
P P
P P
P
0 . 65
0 .6
P1
P2
P
1 2
P2
P1
允许限度
上述限度指标适用于低速脱轨的情况，高速时
P 0.8
13
浅析铁路线路轨道不平顺和道床病害表现形式及防治
浅析铁路线路轨道不平顺和道床病害表现形式及防治[摘要]铁路工程是国家投资的重点项目，对社会交通运输水平的提升有很大的影响。
作为国民运输大动脉，铁路的高效平稳运行至关重要，在实践中因多方面条件的限制，铁路线路运输期间常会面临多种病害现象，若不及时采取措施处理则会降低运输质量，甚至危害运行安全。
针对这一点，本文主要分析了铁路线路轨道不平顺和道床病害表现形式处理方法。
[关键词]铁路;线路病害;形式;防治铁路线路由于机车车辆的动力作用和自然条件对线路的影响，常年裸露在自然环境中，轨道几何尺寸不断发生变化。
路基、道床随时发生变形，线路设备不断机械磨损，计划维修、紧急补修和重点整治比例安排的不合理，维修方法不当，以及周期性的大、中修工作未能够及时进行，因而对铁路线路造成诸多病害。
伴随着铁路跨越式发展战略的不断深化，较多铁路实现了货物直通运输并开办集装箱运输业务的重载列车运行。
重载列车的开行，在快速扩充运输能力，大大降低成本的同时，也相应地加剧了对铁路线路的破坏。
导致钢轨、联接零件及轨枕不断磨损，线路设备、道床变化加快。
道床脏污、板结、变形、翻浆冒泥等病害增多从维修中可以看到，重载铁路轨道结构破坏主要以线路爬行、钢轨及接头联接零件病害和曲线病害居多。
为了能够预防这些病害的发生和发展，要找出其病害形成的原因，进行合理整治，以加强设备的使用寿命，保持线路设备完整和质量均衡。
以规定速度安全、平稳和不间断地运行。
铁路线路病害的常见表现有：一、轨道不平顺在轨道结构中，碎石道床是不稳定的组成部分。
在列车的不稳定重复荷载下轨道会出现垂向、横向的动态弹性变形和残余积累变形。
这些变形不仅影响列车的平稳运行而当这种变形累计到一定限度时威胁行车安全。
为了保持线路状态良好必须经常进行轨道结构的养护维修。
1.轨道不平顺的种类(1)高低不平顺：由于路基下沉，道床捣固不实等原因致使钢轨沿纵向产生不均匀下沉引起前后高低不平顺。
在列车动力作用下轨低与垫板、垫板与轨枕与道床顶面间会出现吊板或暗坑，对行车安全极为不利。
铁路轨道高低不平顺的预测方法分析
铁路轨道高低不平顺的预测方法分析摘要：铁路是人们进行远距离出行和物流运输的主要手段，对于铁路来说，其内部存在轨道变形的情况是难以避免的。
在近代铁路产生以来，经常通过轨道高地不平的模型来对于不平顺进行预测，这是铁路工作者进行维修并且制定相关计划的理论依据。
所以针对这个问题，本文首先介绍当前国外有关轨道不平顺问题的研究方法，然后对上述方法进行整合和创新，利用动态监测来实时反映数据，这样才能体现出影响铁路不平顺的要素来。
关键词：铁轨不平顺；高低；预测方法；特性矩阵当前在全世界范围内，铁路运输事业都呈现出了高速化的特点，与此同时，载重量也在不断增加。
在所有的铁轨结构中，有碴轨道具有着很强的优越性，当前已经成为了整个铁路运输体系中最重要的一个环节。
但是随着铁路的运行，轨道出现一定程度的形变是在所难免的，但是为了提高列车行车的安全性，改善运输条件，就需要在整个维护工作中投入大量的人力和物力。
一、铁轨不平顺以及其预测工作概说对于铁道不平顺来说，其本身有很多个类别，根据形变结果来分析，轨道不平顺可以分为两个类别，弹性和塑性不平顺；如果按照其表现形式来进行划分的话，又分为横向、垂向以及复合不平顺这几个类别；如果根据物理性质划分的话，又分为材料不平顺以及几何不平顺，其中材料不平顺往往是钢轨通过摩擦而损耗造成的。
当前我国对于铁路的维护工作分为三个类别，分别是大修、中修和小修，而维修工作除了维修之外，还包括保养和补修工作。
对铁轨不平顺的规律进行预测是当前轨道力学研究的一项重要内容，通过合理的预测才能确保整个轨道的维修安排等问题，通过合理而有效的计划，一方面可以取得较好的维修效果，保证铁路的安全运行。
日本最早在上个世纪六十年代初期调查了全国铁路的养护情况，发现发现铁轨高低不平顺的情况和整平工作是密切相关的。
下文着重探讨几何形位的不平顺内容，通过线路维修工作来对铁轨的运行状态进行改善。
二、利用特性矩阵描述轨道状态及预测轨道变形（一）影响轨道高低不平顺发展的因素影响轨道高低不平顺发展的因素众多,如轴重、年通过运量、列车速度、路基状态、轨道结构状态等等 ,这些影响因素权重不同, 而且有的变量难以用量化指标描述, 如路基状态.世界各国对影响因素采取不同的处理方法 ,有的较详细(如式(1)),有的较简单(如 ORE 研究),但不可避免地无法全面反映轨道变形的影响因素, 因此 ,本文提出特性矩阵法, 直接对轨检车动态数据进行分析 ,找出在不同检测时段其变化规律。
浅谈轨道不平顺的管理及分析
浅谈轨道不平顺的管理及分析摘要：轨道不平顺是衡量轨道状态质量的重要指标。
本文从两个角度对轨道不平顺的类别进行了划分，同时介绍了如何利用轨检车数据对轨道不平顺进行评定，最后阐述了如何通过各项检测数据去指导现场作业的一般思路。
关键字：轨道不平顺，波长，局部峰值评价法，TQI，轨检车。
1概述轨道不平顺是指轨道几何状态、尺寸和空间位置的偏差。
通俗的讲，即是直线地段轨道不平、不直；曲线地段轨道不圆顺；坡度地段偏离正确的顺坡变化尺寸，这些轨道偏差统称为轨道不平顺。
在普速铁路中，轨道的不平顺通常只会影响车辆的稳定性以及乘车的舒适性，但在高速铁路中，列车速度越快，由于轨道不平顺产生的轮轨作用力就越大，极易引发钢轨、轮轴断裂，甚至导致脱轨事故的发生。
随着高速铁路的发展和普及，轨道的平顺性越来越受到各方面关注，已经成为了现代机车车辆和轨道结构设计、养护、质量评定的重要手段。
2 轨道不平顺的分类2.1 按照激扰方向划分第一种分类方式是按照列车激扰作用方向划分，可分为垂向轨道不平顺、横向轨道不平顺及复合轨道不平顺。
其中垂向轨道不平顺包括高低不平顺和水平不平顺。
横向轨道不平顺包括轨向不平顺和轨距偏差不平顺。
复合不平顺则指的是在轨道同一位置上，垂向和横向不平顺共同作用形成的复合形式不平顺。
包括方向水平逆向复合不平顺和曲线起点与终点复合不平顺。
2.1.1高低不平顺高低不平顺是指轨道沿线路方向的竖向平顺性不良。
通常是由钢轨本身轧制误差，线路施工作业后的高程偏差，道床和路基沉降变形不均匀，线路空吊、道床板结，轨道垂向弹性不良以及车轨共振等引起的。
2.1.2水平不平顺水平不平顺是指线路左右两股钢轨顶面的相对高差。
水平不平顺包含水平差与三角坑两类。
其中，三角坑是指两股钢轨交替高低不平，且两个水平最大误差点之间的距离小于18 米，三角坑因三轮压紧，一轮减载悬空。
易产生爬轨脱轨，须尽快予以消除。
2.1.3轨向不平顺轨向不平顺是指轨道中心线在水平面上的平顺性不良。
轨道不平顺谱
轨道不平顺谱轨道不平顺谱是描述轨道结构不平顺程度的曲线图，它是轨道质量和行车安全的重要评价指标。
轨道不平顺包括轨距、轨向、水平和高低等方面的偏差，这些偏差会导致列车和轨道的振动，影响列车的运行平稳性和舒适性。
因此，对轨道不平顺谱的研究对于提高轨道质量和行车安全具有重要意义。
本文将从以下几个方面对轨道不平顺谱进行详细解析：一、轨道不平顺的概念及分类1.概念：轨道不平顺是指轨道几何形状和位置在水平、垂直和横向方向上的不规则变化。
轨道不平顺主要包括轨距、轨向、水平和高低等方面的偏差。
2.分类：根据偏差的波长和幅值，轨道不平顺可分为长波不平顺和短波不平顺。
长波不平顺主要指轨距和轨向的偏差，短波不平顺主要指水平和高低方向的偏差。
二、轨道不平顺谱的数学描述1.轨道不平顺功率谱密度（PSD）：轨道不平顺功率谱密度是描述轨道不平顺能量分布的函数，它反映了轨道不平顺在不同频率上的能量大小。
轨道不平顺功率谱密度可以通过傅里叶变换法、小波变换法等方法从时域信号中提取得到。
2.轨道质量指数（TQI）：轨道质量指数是综合反映轨道不平顺程度的指标，它包括了轨道不平顺的幅值和波长信息。
轨道质量指数可以通过对轨道不平顺功率谱密度进行积分得到。
三、轨道不平顺谱的分析方法1.时域分析：时域分析是对轨道不平顺信号进行直接分析，主要方法包括均值滤波、中值滤波等。
时域分析能够直观地反映轨道不平顺的幅值和变化趋势，但无法揭示轨道不平顺的频率特征。
2.频域分析：频域分析是对轨道不平顺信号进行频谱分析，主要方法包括快速傅里叶变换（FFT）、小波变换等。
频域分析能够揭示轨道不平顺的频率特征，但无法反映轨道不平顺在时域上的变化。
3.时频分析：时频分析是对轨道不平顺信号进行时域和频域的综合分析，主要方法包括短时傅里叶变换（STFT）、小波变换等。
时频分析能够同时反映轨道不平顺的时域特征和频域特征，但计算复杂度较高。
四、轨道不平顺谱的应用1.轨道质量评估：通过分析轨道不平顺谱，可以评估轨道的质量状况，为轨道维护和管理提供依据。
铁道工程-第六章 轨道几何形位之轨道不平顺综述
② 水平不平顺
钢轨顶面长度方向各个横截面上左右轨对应点的高差ห้องสมุดไป่ตู้ 简称为水平不平顺。水平不平顺的幅值，在曲线上是指扣 除正常超高值的偏差部分。
③ 扭曲不平顺
轨道平面扭曲不平顺 （有些国家将之称为平面性， 我国俗称为三角坑），是指左、右两轨轨顶面（常用四个 点确定）相对于相应的轨道平面的扭曲状态，用相隔一定 距离的两个横截面水平幅值的代数差度量。
短波不平顺
中波不平顺
3至30米
1～35毫米（低等 级线更大）
1～60毫米
高低、轨向、扭曲、水平、 轨距
髙低、轨向不平顺
长波不平顺 30至150米
（3）按轨道不平顺形状特征区分类型
轨道多是由相同标准定尺长度的钢轨焊结或栓结而成，桥梁、路基、 轨道等结构以及施工、养护维修方法也大致相同，因此，某些地段，例如 接头区、焊缝区、平交道口、道岔区、桥隧路基过渡段等轨道不平顺的形 状虽不尽相同，但常有类似性。国内外都对实测的轨道不平顺形状特征进 行过大量统计归纳分析，按其近似的形状特征可分为： 1．余弦型不平顺（包括局部孤立的，和连续周期性的） ； 2．正弦形轨道不平顺； 3．抛物线形不平顺；
变化。这种短时间（通常几秒钟）的车体以某一自振频率进行大振幅的共振现
象可在试验波形中测得。
6.2 轨道不平顺的类型
轨道不平顺的种类很多，可按: （1）它们对机车车辆激扰作用的方向； （2）按轨道不平顺波长特征； （3）按按轨道不平顺形状特征；
（4）显现记录时有无轮载作用。
（1）根据对机车车辆激扰作用的方向，轨道不平顺 可分为垂向、横向，和垂向、横向复合（简称复合） 三类。
④ 轨距不平顺
轨距为两股钢轨头部内侧与轨道中线相垂直的距离，因 为轨底坡的缘故，轨距应在钢轨顶面以下某一规定距离处量取， 我国铁路标准规定，轨距应在钢轨头部内侧面下16mm处量取， 直线轨道距值规定为1435mm。由此可以定义轨距不平顺：在 轨道同一横截面，钢轨顶面以下16mm处，左右两根钢轨之间 的内侧距离，相对于标准轨距的偏差。
轨道不平顺
轨道不平顺管理
2.轨道不平顺评价方法
（1）局部轨道不平顺管理方法 我国现行《铁路线路修理规则》(以下简称《修规》) 中局部轨道不平顺管理方法是以单项不平顺幅值的扣 分，以公里为单元区段，按照每公里各单项不平顺超 限的扣分总和计算。局部不平顺幅值按照四级管理标 准对应的超限扣分评定。
轨道不平顺管理 2.轨道不平顺评价方法
（1）区段轨道不平顺管理方法（轨道质量指数TQI） 区段的划分： 世界各国相继采用200-500m线路进行数学统计 我国是采用200m为一个区段进行数学统计。
1.轨道不平顺的随机性
轨道不平顺与形成安全的相互影响 1.轨道不平顺的特点
（1）轨道不平顺是引起列车振动、轮轨动作用力增 大的主要根源之一。 （2）对行车安全和平稳舒适都有重要影响。 （3）平顺性是轨道直接限制行车速度的主要因素。
轨道不平顺与形成安全的相互影响
1.轨道不平顺的特点
（4）理论研究和国外高速铁路实践证明，在高平顺 的轨道上，行车安全和平稳舒适性能够得到保证， 轨道和车辆部件的寿命和维修周期较长。 （5）即使线、桥、路基在结构强度方面完全满足 要求，高速条件下各种轨道不平顺引起的车辆振 动、轮轨噪声和轮轨动作用力将大幅增加，使平 稳、舒适、安全性严重恶化，甚至导致列车脱轨。
（2）动态不平顺的幅值越大，动、静态之间差异越大。 （3）新线铺轨建成后，既有铁路大修、维修作业完工 时，动、静态不平顺的差异较小；起道捣固、拨道作 业的质量越好越均匀，两者差异越小。 （4）具有高平顺性的高速铁路，动、静态值差异较一 般轨道小。 （5）无砟轨道动、静态之间的差异较小。
轨道不平顺的特征描述
通过实践的数据证明：
轨道不平顺与形成安全的相互影响 2.机车车辆与轨道不平顺的影响
铁路轨道复合不平顺的分析与整治
轨道复合不平顺的分析与整治轨道复合不平顺是指铁路轨道同一地点存在多种病害或相邻地点存在连续多处同一种病害。
轨道复合不平顺比轨道单项不平顺对行车安全威胁性更大，对于此类病害应引起高度重视，特别是在铁路第六次提速区段，建议将此类病害提级处理，即一级病害按二级及以上病害处理；二级病害按三级及以上病害处理。
迄今为止，我国铁路尚未对轨道复合不平顺规定过安全标准值，但是因其对行车安全威胁性大，有必要对其加以探讨。
轨道复合不平顺的形式很多，按照引起机车车辆横向力、垂向力复合方式不同，分为逆相位复合不平顺、顺相位复合不平顺、谐波振动复合不平顺等主要三种形式。
一、轨向、水平逆相位复合不平顺当存在轨道方向不平顺引起的车辆横向力与轨道水平不平顺引起的车辆横向力作用一致时（如图1所示：方向为正，水平为负），为轨道轨向、水平逆相位复合不平顺，对列车运行安全威胁最大。
图1 轨向与水平逆相位复合不平顺示意图1、轨道方向复合复合不平顺的计算公式如下：△y = ∣y―1.4△ h∣（公式1）式中：△y ---方向不平顺复合值y ----- 方向不平顺值△h --- 水平不平顺值2、轨道轨向、水平逆相位复合不平顺对行车安全指标的影响我们直接引用西南交通大学翟婉明教授著《车辆—轨道耦合动力学》对此项病害的计算结果（见表1）。
需要说明的是，这里选用的是一个波长为10米的方向不平顺，对应波长为12.5米的水平不平顺的逆相位复合不平顺。
表1：轨道复合不平顺对行车安全指标的影响表中：△h ----水平不平顺值y ----- 方向不平顺值P ------ 轮轨垂向作用力Q ------ 轮轴横向水平力Q/P ------ 脱轨系数△P/P ----轮重减载率a cy--------- 方向不平顺引起的水平加速度a c△h ------- 水平不平顺引起的水平加速度从表中可以看出，对轨道水平和方向逆相位复合不平顺安全限值起主控作用的动力学系数是轮重减载率，将轮重减载率静态指标控制为≤0.60，准静态指标控制为≤0.65，动态指标控制为≤0.80，脱轨系数动态指标控制为≤0.80。
重载铁路轨道不平顺谱的分析和表征
重载铁路轨道不平顺谱的分析和表征航空航天技术的发展使得铁路运输在全球范围内得到了鼓舞，受到了政府部门和社会的重视。
因此，铁路的安全性和可靠性一直处于极高的水平。
但是，随着时代的发展，大量的货运、客运和列车数量的迅速增加，导致了轨道和车站设施的大量疲劳破坏。
此外，由于社会发展的原因，铁路线路的设计也受到了严重的限制，使得轨道的不平顺性成为防止铁路运行安全的重要因素。
因此，重载铁路轨道不平顺性的分析和表征具有十分重要的意义。
一般而言，铁路轨道不平顺性指的是轨道交叉枕和轨面不平整。
由于这两种问题，车辆速度明显降低，动荡摆动大大增加，列车也会出现突然的轨道跳动。
更为严重的是，当重载铁路轨道出现大量不平顺时，它们会增大发动机、制动器、转向装置等设备的负荷，从而导致轨道系统的严重破坏和不可预期的突发事件的发生。
因此，对重载铁路轨道不平顺性进行定量分析和表征，是解决铁路安全性和可靠性问题的重要步骤。
为了解决这一特殊问题，研究人员提出了多种重载铁路轨道不平顺性分析方法。
首先，采取统计学方法对不平顺性的变化特征进行研究，从而对重载铁路轨道的不平顺性进行定量评估。
统计学方法能够通过研究小范围样本的不平顺特征，从而反映整个轨道的不平顺性，从而判断其可靠性。
此外，还提出了采用数字图像处理、形状参数表征等定量技术，以识别和确定重载铁路轨道不平顺性的特征，有效提高重载铁路轨道的可靠性。
此外，研究人员也利用在线检测技术进行高精度巡查，以实时发现不平顺的轨道，有效控制不平顺的影响。
目前，许多巡检技术可以通过轨道位移和动荡摆动来检测不平顺的轨道，有效避免不良轨道对安全性、可靠性等产生负面影响。
最后，重载铁路轨道不平顺性的分析和表征还可以采用物理数学和力学模型等技术。
这类技术可以从数学和动力学角度分析铁路轨道的不平顺性和弹力特性，从而更好地预测轨道的形变和可靠性，有效提高铁路系统的安全性和可靠性。
综上所述，重载铁路轨道不平顺性的分析和表征具有重要的理论和实际意义。
轨道不平顺
一、铁路轨道不平顺概念轨道不平顺是指轨道几何形状、尺寸和空间位置的偏差。
广义而言,凡是直线轨道不平、不直对中心线位置和轨道高度、宽度正确尺寸的偏离曲线轨道不圆顺偏离曲线中心位置正确曲率、超高、轨距值,偏离顺坡变化尺寸等轨道几何偏差通称轨道不平顺。
二、铁路轨道不平顺的种类及产生原因轨道不平顺的种类很多,可按其对机车车辆激扰作用的方向、不平顺的波长等进行分类。
按机车车辆激扰作用的方向可分为垂向轨道不平顺、横向轨道不平顺、复合轨道不平顺。
按不平顺的波长可分为短波、中波、长波等。
不平顺的种类和变化垂向轨道不平顺包括高低、水平、扭曲、轨道短波不平顺和新轨垂向周期不平顺。
横向轨道不平顺包括轨道方向不平顺、轨距偏差造成的不平顺。
轨道同一位置上,垂向和横向不平顺共存形成的双向不平顺称为轨道复合不平顺。
危害较大的复合不平顺有方向水平逆向复不平顺、曲线头尾的几何偏差造成的不平顺。
1、高低不平顺高低不平顺是指轨道沿钢轨长度方向在垂向的凹凸不平。
它是由线路施工和大修作业的高程偏差,桥梁挠曲变形,道床和路基残余变形沉降不均匀,轨道各部件间的间隙不相等,存在暗坑、吊板,以及轨道垂向弹性不一致等造成的。
2、水平不平顺水平不平顺即轨道同一横断面上左右两轨面的高差。
在曲线上是指扣除正常超高的偏差部分,在直线上也是指扣除将一侧钢轨故意抬高形成的水平平均值后的偏差。
3、扭曲不平顺轨道平面扭曲有些国家称为平面性,我国常称为三角坑即左右两轨顶面相对于轨道平面的扭曲,用相隔一定距离的两个横断面水平幅值的代数。
差度量。
国际铁路联盟专门委员会将所谓“一定距离”定义为“作用距离”,指轴距、心盘距。
4、轨道短波不平顺即钢轨顶面小范围内的不平顺,它是由轨面不均匀磨耗、擦伤、剥离掉块、焊缝不平、接头错牙等形成的。
其中轨面擦伤、剥离掉块、焊缝不平、接头错牙等多是孤立的不具周期性,而波纹磨耗、波浪性磨耗具有周期性特征。
5、新轨垂向周期不平顺钢轨在轧制校直过程中,由于辊轮直径误差擦伤、剥离掉块、焊缝不平、接头错牙滚轧压力不均匀等因素,产生钢轨的周期性不平顺。
哈大高速铁路路基冻胀区轨道不平顺特征分析
哈大高速铁路路基冻胀区轨道不平顺特征分析赵国堂;刘秀波;高亮;蔡小培【摘要】路基冻胀会导致无砟轨道产生结构变形,引起轨道不平顺,直接影响列车的安全、平稳运行.为研究路基冻胀变形作用下无砟轨道不平顺的特征,本文基于综合检测列车测得的动态轨道不平顺数据,利用轨道不平顺波形图、轨道不平顺累积分布和轨道不平顺谱等方法,分析了哈大高速铁路路基冻胀及冻融前后轨道不平顺变化规律.研究结果表明:路基地段高低不平顺波长等于底座板和轨道板跨度,桥梁地段高低不平顺波长等于桥梁跨度;冻胀对路基地段波长10 m以上的高低和水平不平顺影响较大,对中长波轨向不平顺稍有影响,对其他影响较小;冻土融化后轨道不平顺能基本恢复到初始状态,每年的同时期冻胀引起的高低不平顺位置、形状和幅值具有再现性.【期刊名称】《铁道学报》【年(卷),期】2016(038)007【总页数】5页(P105-109)【关键词】高速铁路;高寒地区;无砟轨道;冻胀;轨道不平顺谱【作者】赵国堂;刘秀波;高亮;蔡小培【作者单位】中国铁路总公司,北京 100844;中国铁道科学研究院基础设施检测研究所,北京 100081;北京交通大学土木建筑工程学院,北京 100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京 100044【正文语种】中文【中图分类】U213.21路基冻胀是高寒地区高速铁路冬季的主要病害，也是影响轨道结构平顺性和耐久性的主要因素，对列车运营安全性和旅客乘坐舒适性产生非常不利的影响，严重限制了高速铁路预期效果的正常发挥[1,2]。
哈大高速铁路是世界上第一条在高寒地区建设的设计时速350 km的高速铁路，全长903.9 km[3]。
从以往工程经验看，东北地区普速铁路路基冻胀现象较为普遍[4]，因此哈大高速铁路设计时采取了一系列措施对路基冻胀进行预防[5]。
2012年哈大高铁开通前又对冻胀较大段落进行了设计补强和系统整治，路基冻胀得到了有效控制，但部分地段局部仍存在较大冻胀，引起了轨道不平顺[6]。
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1.2 研究的意义
轨道不平顺是轮轨系统的激扰源，是引起机车车辆产生振动和轮轨作用力的主要原因，
1
第一章 问题的提出
是轨道结构综合性能和承载能力的重要体现 。轨道不平顺状态的正确与否，对机车车辆的 [3] 安全运行、乘客的旅行舒适度、设备的使用寿命和养护费用起着决定性的作用 。各类轨道 [3] 不平顺对铁路的安全运输都会产生严重的影响，具体表现在以下几个方面 ： （1）严重的高低不平顺将引起列车剧烈的点头和沉浮振动，使车轮大幅度减载，甚至 悬浮，在曲线上和方向不良的区段运行时，可能导致脱轨。高低不平顺的幅值过大（约超过 25mm 时）会使道床阻力显著降低，引起无缝线路发生胀轨跑道。 （2）水平不平顺将使车辆产生侧滚振动，导致一侧车轮增载，一侧车轮减载。北美铁 路专家认为曲线上严重的水平不平顺，往往是引起货车脱轨的重要原因。若方向、水平两种 不同不平顺同时存在，且逆向复合时，引起脱轨的危险性更大。 （3）曲线扭曲不平顺将使转向架出现三点支承一轮减载甚至悬浮的危险情况。曲线和 直线上严重的局部扭曲不平顺都会引起车辆剧烈的侧滚和侧摆振动， 导致脱轨系数过大而脱 轨。 （4）严重的方向不平顺将引起很大的侧向力，可能使轨枕、扣件不良地段的钢轨倾翻 或轨排横移， 造成列车脱轨倾翻。 过大的侧向力也往往使脱轨系数增大， 引起列车爬轨掉道。 幅值很大、波长较短的方向不平顺，本身就会使无缝线路的稳定性降低，加上这种方向不平 顺必然引起轮轨间较大的横向力，往往导致动态胀轨跑道事故。 （5）轨距偏差过大， 会使车轮掉道和卡轨。 即使轨距尚未扩大到会使车轮掉道的程度， 如果车轮锥形踏面的大坡度段（1：10）己进入轨顶内侧圆弧内，仍然会在轮轨间产生较大 的横向推力。 （6）曲线头尾的几何偏差，往往是列车曲线脱轨的重要原因，这种几何偏差实质上是 一种轨道超高和曲率不匹配的严重的复合不平顺， 将使车辆产生剧烈摇晃， 脱轨系数减载率 和横向力均显著增大。 （7）严重的波浪形磨耗实质上是一种波长极短、变化率极大的高低不平顺，而且呈谐 振波形，比高低不平顺的影响更为严重。 （8）轨面不平顺将产生轮轨间的巨大冲击力，轮载波动通常为静轮载的二三倍之多。 由上可知轨道的不平顺严重威胁行车安全。因此，如何对轨道状态进行有效管理，如何 实时把握轨道状态，如何保持线路设备完整和质量均衡，使列车以规定速度安全、平稳、不 间断地运行并尽量延长轨道使用寿命，已逐渐成为国内外铁路工务工作者的重要研究课题。 本读书笔记以轨道不平顺为研究对象， 查阅了大量与该研究主题相关的国内外文献， 重 点分析了日本、加拿大等国外和我国的研究成果。在此基础上，结合我国路情，阐述了我国 在轨道不平顺状态变化规律研究上存在的问题。针对这些问题，最终提出了自己的看法。
Ⅰ
第一章 问题的提出
第一章 问题的提出
1.1 研究的对象
轨道是线路的一个重要组成部分，是具体实现铁道网络的长大结构物 。轨道作为铁路 行车的基础设备，直接承受机车车辆传来的压力、冲击和震动，并将其传递给轨枕。因此， 轨道状态的好坏对车辆的安全运行、 乘客的旅行舒适、 设备的使用寿命和养护费用起着决定 性的作用。 铁路在日常运营过程中，随着时间的推移，轨道在机车车辆的不稳定重复荷载作用下， 会出现垂向、横向的动态弹性变形和永久变形等现象，这些现象统称为轨道不平顺。轨道不 平顺按其形变方向分为几类，其具体分类如图 1-1 所示。
[1]
图 1-1 轨道不平顺分类图
轨道不平顺根据是否有机车车辆荷载的作用， 可以分为线路动态不平顺和线路静态不平 顺 。线路动态不平顺是指在行车条件下轨道的动态质量反映，反映了轨道塑性变形和弹性 [3] 变形的总和 ，目前，我国主要通过轨道检查车（简称轨检车）进行检测。静态不平顺是指 [3] 无行车条件下轨道的静态质量反映 ，反映了轨道的弹性变形，目前，我国主要通过轨道检 查仪（简称轨检仪）进行检测。为保障列车安全快速运行，满足旅客运输舒适度要求，轨道 质量状态必须符合各种技术标准。 对轨道进行大修和维修， 以不断保持和提高轨道质量状态， [3] 使其经常处于良好状态，符合规定的技术标准，并最大限度地延长各项设备的使用寿命 。
目录
目录
第一章 问题的提出 ................................................................................................................. 1 1.1 研究的对象 .................................................................................................................... 1 1.2 研究的意义 .................................................................................................................... 1 第二章 国内外研究的现状 ..................................................................................................... 3 2.1 概述 ................................................................................................................................ 3 2.2 国外研究现状 ................................................................................................................ 3 2.2.1 日本的不平顺预测模型 ........................................................................................ 3 2.2.2 加拿大 PWMIS 预测模型 ........................................................................................ 6 2.2.3 UIC ORE 对轨道几何状态恶化的研究 .............................................................. 10 2.3 国内研究现状 .............................................................................................................. 12 2.3.1 铁道科学研究院对轨道不平顺的发展恶化研究 ............................................. 12 2.3.2 西南交通大学翟婉明关于车辆轨道藕合动力学的研究 ................................. 13 2.3.3 同济大学许玉德对轨道状态变化预测的研究 ................................................. 14 2.3.4 中南大学陈宪麦的轨道不平顺预测的综合因子法 ......................................... 15 第三章 国内外研究存在的问题 ........................................................................................... 17 3.1 国外研究的不足之处 ................................................................................................. 17 3.2 国内研究的不足之处 ................................................................................................. 17 第四章 个人的看法 ............................................................................................................... 19 第五章 总结 ........................................................................................................................... 20 参考文献 ................................................................................................................................. 21
ABSTRACT
As the basis of a railway traffic equipment, Track takes directly pressure, strike and vibration from the locomotive vehicles, and passes them to sleeper .Track irregularity is the primary cause for producing vibration of locomotive vehicles and force between wheel and rail,and the important embodiment in comprehensive performance and carrying capacity for track infrastructure. The bad track irregularity will seriously affect the safety of transportation, the travel comfort level, the equipment's service life and track maintenance expenditure. Therefore, study on variation characteristics of track geometric irregularity caused by repetitive trainloads, and develop feasible prediction models to predict track deterioration in future so as to decide reventive maintenance plans, are of great significance to assisting governor decision-making and safeguarding transportation. This reading note focuses on the analysis of existing theories of track geometry irregularity deterioration and prediction, and points out the deficiencies, finally, puts forward my own ideas on the development of theories of track geometry irregularity deterioration. Keywords: track geometric irregularity; variation characteristics; prediction model