轨道不平顺管理基本概念
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。
轨道动力学第四节不平顺
白噪声滤波法
式中：x(t)为过滤生成的轨道不平顺样本函数的时间 序列；a为与轨道等级相关的常数；v为运行速度； 为0均值白噪声输入随机信号；β 为轨道不平顺程度 常数；δ(t)为Dirac广义函数。
二次滤波法
二次滤波法在对不同形式的轨道功率谱进行数值模 拟时，需要设计出不同的滤波器。滤波器的设计与 功率谱密度函数的形式有关，对于给定的功率谱密 度函数，其设计的滤波器是确定的。 二次滤波法实际上是通过两次转换来完成轨道不平 顺功率谱频域向时域转换的。
轨道不平顺谱是轨道不平顺单边功率谱密度的简称。 在实际工作中常用“功率谱图”来表示功率谱对于 频率的关系。功率谱图是以频率或波长为横坐标的 连续曲线。
轨道 不平顺谱
英国（mm2·m/周）
高低：Sv(f ) 22.94f 4
水平：S c(f )
15.69f 4
1 7.81f 3 1.33f 2 1 6.30f 3 7.72f 2
谐波型激励
非确定性激励：随机不平顺
轨道 随机不平顺 概念
在实际线路上存在的各种轨道不平顺是由许多无法 预知的不同频率、不同相角、不同幅值的任意波叠 加而成的随机波。其实质是一个与线路里程有关的 复杂随机过程，包含沿轨道全长的弱平稳、近似的 各态历经过程和反映轨道局部特征的非平稳过程， 无法用一个明确的数学关系式来表示。 钢轨初始弯曲、磨耗、伤损；轨枕装配及自身质量； 道床级配及强度不均、道床脏污板结；路基刚度变 化等
不平顺 / mm
4 2 0
右轨横向
右轨垂向
-2 -4 -6 0 30 60 90 120 150
轨道不平顺 数值模拟方法
纵向位置 / m
轨道不平顺的数值模拟方法主要有四种： （1）三角级数法 （2）白噪声滤波法 （3）二次滤波法 （4）逆傅里叶变换法
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
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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。
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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
轨道不平顺轨道不平顺1、轮轨系统激扰是引起车辆—轨道耦合系统振动的根源。
2、总体而言，轮轨系统激扰可分为确定性激扰和非确定性激扰两大类别。
非确定性激扰主要是轨道几何随机不平顺。
确定性激扰则由车辆和轨道两个方面的某些特定因素造成。
车辆方面的因素较为单一，主要是车轮擦伤、车轮踏面几何不圆及车轮偏心等；轨道方面的因素较为复杂，既有轨道几何状态方面的因素，如钢轨低接头、错牙接头、轨道几何不平顺、轨面波浪形磨耗等，又有轨下基础缺陷方面的因素，如轨枕空吊、道床板结、路基刚度突变等。
3、在很多情形下，轨道几何不平顺可以用单个或多个简谐波来近似描述。
例如，因焊接接头淬火工艺不良，在车轮反复作用下造成轨头局部压陷，属于单个谐波激扰；又如，在世界各国铁路上普遍存在的钢轨波浪形磨耗，呈现在钢轨顶面的是一定间距的起伏不平的波浪状态，是典型的连续谐波激扰。
另外，当车轮质心与几何中心偏离时，也将给钢轨系统造成周期性简谐波激扰。
所有这些，采用正（余）弦函数来描述是简单且合理的。
4、轨道几何不平顺是指两股钢轨的实际几何尺寸相对于理想平顺状态的偏差。
轨道常见几何不平顺主要有方向、轨距、高低和水平四种基本形式。
（1）方向不平顺是由于左右股钢轨横向偏移引起线路中心线的横向偏移，可表示为：()R L t y y y +=21（式中，L y 、R y 分别为左、右股钢轨的横坐标）（2）轨距不平顺是由于左右两股钢轨横向偏移而引起的轨距变化，在轨顶下16mm 位置处测量，可表示为：0g y y g R L t --=（式中，0g 为名义轨距）（3）高低不平顺是由于左右钢轨顶面垂向偏移引起轨道中心线的垂向偏移，可表示为()R L t Z Z Z +=21（式中，L Z 、R Z 分别为左、右两股钢轨的垂向坐标）（4）水平不平顺是由于左右钢轨的垂向偏移引起的轨面高差，可表示为：R L t Z Z Z -=?（5）扭曲不平顺是指左右两股钢轨顶面相对于轨道平面的扭曲，即先是左股钢轨高于右股钢轨，后是右股钢轨高于左股钢轨的轨面状态，俗称三角坑，反之亦然。
高速条件下轨道不平顺有关知识.
高速条件下轨道不平顺有关知识轨道不平顺是指轨道的几何形状、尺寸和空间位置相对其正常状态的偏差。
凡是直线轨道不平、不直，对轨道中心线位置和高度、宽度正确尺寸的偏差；曲线轨道不圆顺，偏离正确的曲线中心线位置或正确的超高、轨距及顺坡变化数值，通称为轨不平顺。
一、轨道不平顺的分类轨道不平顺对机车车辆在空间三维方向上的激扰作用，可分为垂向、横向和复合（垂向与横向复合）不平顺三类。
图例垂向、横向轨道不平顺示意图1、垂向轨道不平顺：高低不平顺、水平不平顺、扭曲不平顺、轨面短波不平顺、钢轨轨身垂向周期性不平顺等。
高度不平顺是指轨道沿钢轨长度方向，在垂向上的凹凸不平。
水平不平顺是指轨道沿轨道各个横向截面上左右两股钢轨轨顶面高差的波动变化。
扭曲不平顺是指左右股钢轨轨顶面相对于轨道标准平面的扭曲，用相隔一定距离（国际称作用距离）的两个横截面的水平幅值的代数差度量。
轨面短波不平顺是指钢轨轨顶面沿长度方向上的长度较短范围内的不平顺，包括轨面不均匀磨耗、波纹磨耗、擦伤、剥离掉块、焊缝不平、接头错牙等钢轨表面不平顺。
钢轨轨身垂向周期性不平顺是指钢轨在扎制校直过程中，由于扎锟等影响造成轨身垂向周期性的弯曲变形。
2、横向轨道不平顺：轨道方向不平顺、轨距偏差、轨身横向周期性不平顺等。
轨道方向（轨向）不平顺是指轨头作用边沿钢轨长度方向的横向凹凸不平顺，相对于轨道中心线，可分左股和右股钢轨方向不平顺。
轨距偏差是指轨道同一横截面，在轨顶面下16mm 处，左右两根钢轨之间的最小内侧距离相对于标准轨距的偏差。
钢轨轨身横向周期性不平顺是指钢轨在扎制校直过程中产生的轨身横向周期性弯曲变形。
3、复合不平顺复合不平顺是指在轨道同一位置或在影响机车车辆系统性能的长度范围内，共同存在垂向和横向轨道不平顺，形成的双向不平顺；存在两个以上垂向或横向不平顺，形成的单向的叠加不平顺。
对行车影响较大的主要有轨向与轨向逆相位复合不平顺、轨向与水平的逆相位不平顺、轨向与轨距的逆相位复合不平顺、水平与轨距的逆相位复合不平顺、高低与水平的逆相位复合不平顺、扭曲与水平的逆相位复合不平顺。
轨道不平顺
轨道不平顺1、轮轨系统激扰是引起车辆—轨道耦合系统振动的根源。
2、总体而言，轮轨系统激扰可分为确定性激扰和非确定性激扰两大类别。
非确定性激扰主要是轨道几何随机不平顺。
确定性激扰则由车辆和轨道两个方面的某些特定因素造成。
车辆方面的因素较为单一，主要是车轮擦伤、车轮踏面几何不圆及车轮偏心等；轨道方面的因素较为复杂，既有轨道几何状态方面的因素，如钢轨低接头、错牙接头、轨道几何不平顺、轨面波浪形磨耗等，又有轨下基础缺陷方面的因素，如轨枕空吊、道床板结、路基刚度突变等。
3、在很多情形下，轨道几何不平顺可以用单个或多个简谐波来近似描述。
例如，因焊接接头淬火工艺不良，在车轮反复作用下造成轨头局部压陷，属于单个谐波激扰；又如，在世界各国铁路上普遍存在的钢轨波浪形磨耗，呈现在钢轨顶面的是一定间距的起伏不平的波浪状态，是典型的连续谐波激扰。
另外，当车轮质心与几何中心偏离时，也将给钢轨系统造成周期性简谐波激扰。
所有这些，采用正（余）弦函数来描述是简单且合理的。
4、轨道几何不平顺是指两股钢轨的实际几何尺寸相对于理想平顺状态的偏差。
轨道常见几何不平顺主要有方向、轨距、高低和水平四种基本形式。
（1）方向不平顺是由于左右股钢轨横向偏移引起线路中心线的横向偏移，可表示为：()R L t y y y +=21（式中，L y 、R y 分别为左、右股钢轨的横坐标） （2）轨距不平顺是由于左右两股钢轨横向偏移而引起的轨距变化，在轨顶下16mm 位置处测量，可表示为：0g y y g R L t --=（式中，0g 为名义轨距）（3）高低不平顺是由于左右钢轨顶面垂向偏移引起轨道中心线的垂向偏移，可表示为()R L t Z Z Z +=21（式中，L Z 、R Z 分别为左、右两股钢轨的垂向坐标）（4）水平不平顺是由于左右钢轨的垂向偏移引起的轨面高差，可表示为：R L t Z Z Z -=∆（5）扭曲不平顺是指左右两股钢轨顶面相对于轨道平面的扭曲，即先是左股钢轨高于右股钢轨，后是右股钢轨高于左股钢轨的轨面状态，俗称三角坑，反之亦然。
轨道养护维修与管理
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轨道养护维修与管理
一、垂向轨道不平顺
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 离的两个横截面水平幅值的代数差度量。国际铁路联盟 UICB55专门委员会将所谓“一定距离”定义为“作用距 离”，即指轴距、心盘距。
它是指钢轨在轧制校直过程中，由于辊轮直径误 差、滚轧压力不均匀等原因，使钢轨产生的周期性不平 顺。
我国新轨轨身周期性不平顺的波长多在2.8~3.2m， 幅值多为0.3~0.8mm，这种不平顺对高速行车危害很大。 采用现代轧制校直工艺生产的钢轨，一般没有这种周期 性不平顺。
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轨道养护维修与管理
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轨道养护维修与管理
一、垂向轨道不平顺
4.轨面短波不平顺
轨面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。
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轨道养护维修与管理
一、垂向轨道不平顺
4.轨面短波不平顺
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轨道养护维修与管理
一、垂向轨道不平顺
5.新轨垂向周期性不平顺
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轨道养护维修与管理
五、轨道不平顺对行车的影响
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轨道养护维修与管理
第二节 线路养护维修技术
一、钢轨养护维修与管理； 二、换枕； 三、道床清筛与更换； 四、起道； 五、拨道； 六、捣固；
七、改道； 八、道床回填与夯拍 九、手工更换钢轨； 十、调整轨缝 十一、铺架施工
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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。
铁道工程-第六章 轨道几何形位之轨道不平顺
不平顺的随机特性。所以轨道不平顺波形不能用单一的简谐、三角、指数或抛物
线等规则的波形来描述，可以看作是由许多无法预知的不同频率、不同幅值、不 同相角的简谐波迭加而成的复杂的随机波。本质上讲，轨道不平顺是一个随机过 程，是里程位置的随机函数，任一特定区段的轨道不平顺可看成随机过程的一个
样本，波幅（轨道不平顺的深度）和波长（轨道不平顺的长度）都是随机变量。
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
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
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
轨道不平顺管理基本概念共24页文档
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
3荣可 以被永 远肯定 。
轨道不平顺管理基本概念
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
轨道不平顺管理基本概念
控制轨道不平顺的主要技术措施
▪ 3）提高过渡段的平顺性： ▪ 过渡段刚度变化应缓慢均匀，具有足够长度，避
免刚度突变或变化率过大。 ▪ 应改进靠近桥、涵混凝土部位的路基压实技术和
机具，提高压实质量。 ▪ 国内外的经验表明，桥头尾过渡段是高速线路建
设的关键部位，应精心设计，精心施工。
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控制轨道不平顺的主要技术措施
较大的长波高低不平顺 ▪ 路基顶面不平顺，高度误差过大，将导致道床厚
度不一，道床弹性和残余变形积累不均匀，易逐 渐形成中长波高低不平顺。
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控制轨道不平顺的主要技术措施
▪ 2）提高桥梁抗挠曲变形的刚度 ▪ 桥梁的挠曲变形往往比路基的弹性变形大，所形
成的轨道不平顺具有永久性特征，不易通过维修 等办法消除。 ▪ 多跨等距梁挠曲变形所形成的轨道不平顺具有周 期性和谐振波形特征，40～100m跨度的多跨等距 梁挠曲变形形成的轨道不平顺，在速度为160～ 350km/h时，可能激起车体谐振，应特别注意。
快速、高速列 车振动舒适性
2. 控制轨道不平顺的主要技术措施
精选课件
控制轨道不平顺的主要技术措施
▪ 基本思路： ▪ 1）建设过程中严格控制轨道初始不平顺
轨道不平顺具有“记化 的根源。在建设过程中若不严格控制，将造成运 营期间难以处置的后患。 ▪ 2）运营过程中通过合理的养护维修控制轨道不 平顺的发展
➢ 制定依据：列车平稳舒适度要求，限制紧急补修工 作量的要求，工务维修能力和以往的经验周期，以 及轨道维修的经济性比较（维修周期、设备寿命、 维修费用等的比较）等。
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中国轨道不平顺管理目标值定义
➢ Ⅲ级-紧急补修管理目标值：为保证行车安全，防 止列车脱轨，降低轮轨间附加动力，减少轨道和机 车车辆部件伤损，及时消除过大轨道不平顺，延长 设备使用寿命和维修周期等方面的管理值。
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。
轨道工程基本概念
1)轨道不平顺：轨道几何形位误差。
2)静不平顺：是指钢轨的轮轨接触面不平顺，如钢轨轨面不平顺、不连续（接头、道岔）和几何形位误差。
3)动不平顺：是指轨下基础弹性不均匀，如扣件失效、轨下支承失效、路基不均匀以及桥台与路基、路基与隧道等过渡段的弹性不均匀。
4)疲劳破坏：在交变应力作用下部件的破坏叫疲劳破坏。
5)无砟轨道：用混凝土整体结构或混凝土基础层和乳化沥青砂浆层取代碎石道床的轨道。
6)钢轨伤损：是指钢轨在使用过程中发生钢轨折断、裂纹及其他影响和限制钢轨使用性能的伤损。
7)钢轨断面打磨：是通过钢轨打磨改变钢轨的轨头形状，以改善轮轨接触状态。
8)构造轨缝：是指受钢轨、接头夹板及螺栓尺寸限制，在构造上能实现的轨端最大缝隙值。
9)伸缩接头：即温度调节器，用以连接轨端伸缩量相当大的轨道及用于跨度大于100m的桥上无缝线路的钢轨接头。
10)道床厚度：是指直线上钢轨或曲线上内轨中轴线下轨枕底面至路基顶面的距离。
11)道床肩宽：道床宽出轨枕两端的部分成为道床肩宽。
12)道床顶面宽度：与轨枕长度和道床肩宽有关。
13)沥青道床：是用沥青或其他聚合材料将散粒道砟固化成整体或用沥青混凝土代替碎石道床的一种新型轨下基础。
14)轨道几何形位：指的是轨道各部分的几何形状、相对位置和基本尺寸。
15)轮对的轮背内侧距离：轮对上左右两车轮内侧面之间的距离。
16)轮对宽度：轮对的轮背内侧距离加上两个轮缘厚度称为轮对宽度。
17)机车的全轴距：同一机车最前位和最后位的车轴中心间的水平距离。
18)固定轴距：同一车架或转向机上始终保持平行的最前位和最后位车轴中心间水平距离。
19)车辆定距：车辆前后两走行部分上车体支承间的距离。
20)轨距：两股钢轨头部内侧与轨道中线相垂直的距离。
21)游间：当轮对中的一个车轮轮缘与钢轨贴紧时，另一个车轮轮缘与钢轨之间的空隙。
22)水平：是指线路左右两股钢轨顶面的相对高差。
23)前后高低：轨道沿线路方向的竖向平顺性。
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
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。
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2. 控制轨道不平顺的主要技术措施
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控制轨道不平顺的主要技术措施
▪ 基本思路： ▪ 1）建设过程中严格控制轨道初始不平顺
轨道不平顺具有“记忆”特征。初始不平顺是运 营后，各种轨道不平顺发生、发展、平顺性恶化 的根源。在建设过程中若不严格控制，将造成运 营期间难以处置的后患。
轨道不平顺管理基本概念
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1. 轨道不平顺不同波长的影响 2. 控制轨道不平顺的主要技术措施 3. 中国轨道不平顺管理目标值的定义
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1. 轨道不平顺不同波长的影响
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3
谐振波长与机车车辆自振频率、速度的关系
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影响列车运行的敏感波长不平顺
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不平顺幅值、波长、速度的相互影响
类型 短波
中波 长波
波长范围
数毫米至数拾毫 米
数百毫米
2～3.5m周期性
3～30m非周期 性 12.5m及25m等 与轨长有关的周 期性
30～100m
幅值范围
不平顺种类
0.02～1.0mm
轨面擦伤、剥离掉块、 波纹磨耗、焊缝
0.1～2..0mm 波浪形磨耗、轨枕间距
0.1～2.0mm 新轨轨身不平顺
较大的长波高低不平顺 ▪ 路基顶面不平顺，高度误差过大，将导致道床厚
度不一，道床弹性和残余变形积累不均匀，易逐 渐形成中长波高低不平顺。
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控制轨道不平顺的主要技术措施
▪ 2）提高桥梁抗挠曲变形的刚度
▪ 桥梁的挠曲变形往往比路基的弹性变形大，所形 成的轨道不平顺具有永久性特征，不易通过维修 等办法消除。
➢ 制定依据：列车平稳舒适度要求，限制紧急补修工
作量的要求，工务维修能力和以往的经验周期，以
及轨道维修的经济性比较（维修周期、设备寿命、
维修费用等的比较）等。
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中国轨道不平顺管理目标值定义
➢ Ⅲ级-紧急补修管理目标值：为保证行车安全，防 止列车脱轨，降低轮轨间附加动力，减少轨道和机 车车辆部件伤损，及时消除过大轨道不平顺，延长 设备使用寿命和维修周期等方面的管理值。
➢ 制定依据：轨道构造的强度、行车速度、运量的大 小；作业手段可能达到的精度；与工作量、维修费 用、周期的经济比较等。
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中国轨道不平顺管理目标值定义
➢ Ⅰ级-优良目标管理值：指两次计划维修或计划维 修与大、中修之间，为确保轨道经常处于良好状态 ，进行有计划的日常养护管理，在日常保养工作中 希望达到的标准 （日常养护维修控制标准）。
▪ 2）运营过程中通过合理的养护维修控制轨道不 平顺的发展
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控制轨道不平顺的主要技术措施
▪ 技术措施： ▪ 1）提高路基的稳固性和沉降均匀性； ▪ 2）提高桥梁抗挠曲变形的刚度 ▪ 3）提高过渡段的平顺性； ▪ 4）提高轨道的铺设精度。
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控制轨道不平顺的主要技术措施
▪ 1）提高路基的稳固性和沉降均匀性： ▪ 严格控制路基的不均匀工后沉降和顶面的平顺性。 ▪ 50～100米范围内的不均匀沉降将直接造成幅值
施工方法“短轨过渡法”有很大缺陷，不能在新 线建设时就形成具有高平顺性的无缝线路，开通 速度低，养护维修工作量大。
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3.中国轨道不平顺管理目标值的定义
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中国轨道不平顺管理目标值定义
➢ 验收目标值：新线工程竣工或施工作业后应达到的 质量目标值（初始不平顺控制标准）。
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不平顺幅值、波长、速度的相互影响
➢ 波长与速度一定时，幅值越大，引起的车辆振动 和轮轨作用力响应越大；
➢ 幅值与速度一定时，波长越长，影响越小，非线 性递减，但敏感波长、周期性的谐振波长影响较 性递增。
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不同波长轨道不平顺成因及其影响
➢ 制定依据：养护维修作业的能力、水平、运行速度、 运量、轨道结构、道床路基等情况。
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中国轨道不平顺管理目标值定义
➢ Ⅱ级-预防性计划维修目标值：为防止轨道状态进 一步恶化，限制需要紧急补修的处数，根据反映轨 道状态的检测数据，对超过轨道预防性计划维修标 准的区段，按计划进行维修，校正轨道几何状态， 改善轨道弹性，整修或更换部分轨道部件的控制标 准。
➢ 制定依据：轨道不平顺对行车安全的影响，轮轨动 力学性能，轨道不平顺动力学特性，并结合国外同 类标准和我国轨道运输实际情况等综合因素。
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中国轨道不平顺管理目标值定义
➢ Ⅳ级-限速管理目标值：当轨道不平顺发展变化较 快，病害地点和超限数值较为严重，可能危及行车 安全时，在未采取相应措施或未整修达标前，必须 进行强制慢性或限速处理管理的方式。当达到或超 过该值时，列车必须降速慢行，并以任何可能的手 段立即予以消除。
免刚度突变或变化率过大。 ▪ 应改进靠近桥、涵混凝土部位的路基压实技术和
机具，提高压实质量。 ▪ 国内外的经验表明，桥头尾过渡段是高速线路建
设的关键部位，应精心设计，精心施工。
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控制轨道不平顺的主要技术措施
▪ 4）提高轨道铺设精度： ▪ 加强对新钢轨平直度的检验。 ▪ 减少焊头、严格控制焊缝区的平顺性。 ▪ 采用一次铺成无缝线路的铺轨技术。传统的铺轨
▪ 多跨等距梁挠曲变形所形成的轨道不平顺具有周 期性和谐振波形特征，40～100m跨度的多跨等距 梁挠曲变形形成的轨道不平顺，在速度为160～ 350km/h时，可能激起车体谐振，应特别注意。
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控制轨道不平顺的主要技术措施
▪ 3）提高过渡段的平顺性： ▪ 过渡段刚度变化应缓慢均匀，具有足够长度，避
1～40mm
高低、轨向、扭曲、水 平、轨距
1～30mm
接头、焊缝处道床沉降 形成的周期性高低不平 顺
路基、道床不均匀沉降
1～60mm
，中跨桥梁挠曲变形桥
管理ppt 梁、隧道头尾刚度差异
主要影响
轮轨动作用力 ，噪声，运营 成本 (高速时影响大 增)
快速、高速车 振动舒适性
轮轨动作用力, 噪声，安全、 平稳舒适性， 运营成本 (高速时影响增 大)
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