地铁车辆振动异常问题探讨_0

地铁车辆振动异常问题探讨

城市地铁运行技术和车辆性能虽然越来越成熟，但车辆异常振动仍是地铁行业中的一大困扰。文章通过车辆本身和行车路况两者之间的联系，对地铁发生异常振动的实质因素进行分析，并提出了一些解决措施以助于地铁安全稳定的运行。

标签：地铁车辆；振动因素；改进

1 产生振动的理论分析

1.1 地铁振动的主要来源

地铁产生的振动主要来源于地铁列车轮对与钢轨间的相互作用，长时间的相互作用力会使轮轨发生磨损，有的列车轮子会出现失圆甚至产生扁疤的现象，钢轨也会因为长期磨损而产生波浪型损耗。在地铁运行的过程中，车轮和钢轨之间产生的相互作用力会造成车辆和钢轨、道床之间的振动，主要包含两种情况：一种是横向振动，是由于轮轨之间横向缝隙和车轮在轨道方向水平运行不稳定的作用力下产生的强迫振动，在惯性的作用下，车轮会产生不改变其运动方向的情况，从而会产生偏移轨道中心线的趋势；另一种是垂向振动，竖向振动的产生是由于随机性激励（轨道不平）、周期性激励（车轮偏心）和轮轨之间发生碰撞等引起的。

1.2 地铁振动的传播情况

地铁振动的传播是一种很复杂的波动现象，包括纵波、横波和表面波，其中以表面波占主导地位。传播过程当中，波的能量会有所扩散被各种不同介质吸收，由于传播介质不同，地铁产生振动会发出不同程度的噪声，这种噪声被分为空气声和固体声两种形式。所谓空气声就是通过空气进行传播的噪声，而列车轨道系统撞击震动通过轨道、道床、隧道和钢筋混凝土等传播到地表建筑物上引起的振动被称为固体声。

2 产生振动的主要因素

2.1 列车本身方面

在车辆结构方面的影响振动因素有车轮偏心和车轮材质不均等。另外，车辆上的一些辅助设备（动力设备、电气设备、牵引电机、空调）等产生的振动也对车辆产生振动有一定的影响。

衡量车辆振动大小的重要指标之一就是振动加速度，因此，通过对车辆运行时的振动加速度的检测对车辆振动进行评估，如图1所示，在车辆不同位置安装传感器（振动加速度）。图1（a）中传感器安装于轴箱位置，可直接测出轮轨的

加速度；图1（b）当中的传感器安装于车厢上，可测出经一、二系簧减振之后的加速度；图1（c）中的传感器安装于转向架上，可测出经一系簧减振之后加速度。通过对以上三个位置进行检测，真实地反映出了车辆的初始振动以及最终的振动。可通过车辆在运行时振动加速度进行检测来评估车辆的振动情况。

2.2 行驶路线方面

2.2.1 低接头影响

低接头发生压堆、破损及马鞍型状况，会增加车辆的冲击力。接头捣固不实存在空吊板、接头抗压的承受力减弱、轨枕失效以及轨缝过大、还有轨头不平等都是造成车辆振动的主要因素，也是车辆的垂向加速度变大的直接原因。

2.2.2 波磨影响

钢轨波磨指的是轨头顶面及侧面的波浪形因磨损不均产生的变形，波磨范围越大，影响也会大。这样会使钢轨的更换量和轨道维护产生的费用增加，进一步引发噪声污染等环境问题，也限制了列车的提速车速问题，对行车安全埋下了了安全隐患。

2.2.3 曲线超高

车辆行驶于曲线轨道上会产生平衡离心力，在曲线轨道设超高，借助车子自身重力及水平分力来抵消离心力，以满足内外两股钢轨均匀受力。垂直磨耗基本相等使得离心加速度减小，以达到增加乘客的舒适感，并提高列车在全线路稳定、安全的行驶。

3 测试数据

根据TB/T2360-93《铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准》和GB5599-85《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》对加速度试验数据进行了处理。按6s为一个分段，分别计算了每个通道每段中的平均值、峰值和谷值。对所有数据均采用高通滤波以消除曲线信号、零漂和趋势项的影响，并采用带阻滤波消除50Hz工频干扰。其中轴箱和牵引电机相关通道加速度最大值，方差和均方根值计算结果如表1所示。从测试结果和表1所处理的通道而言：轴箱横向加速度最大值为13.3g，纵向加速度最大值为19.7g，轴箱垂向加速度最大值为43.7g；电机横向加速度最大值为5.3g，电机纵向加速度最大值为5.9g，电机垂向加速度最大值为4.6g。数据表明，深圳地铁一号线测试列车转向架轴箱振动情况正常，而由于此型号牵引电机抗振设计边界条件为各方向5g，若经常工作在5g以上的环境势必影响其使用寿命。

4 地铁振动的解决措施

4.1 对列车进行合理改进

（1）对车辆的一、二系簧刚度值及阻尼系数进行调整，车辆的垂向振动以及对轨道的作用力与转向悬挂一系、二系弹簧装置，选择适当参数以减小车体振动的加速值来减少地铁车厢的振动。（2）对牵引和制动参数进行合理设置，来改善地铁在进站或出站时因急剧变化产生的轮轨作用力对轨道造成波磨的不良影响。（3）正确调整地铁的运行速度，避免因转弯速度不稳定、轮轨应力不集中给轨道带来损害，也应注意因速度太快引起的车辆剧烈跳动。

4.2 对轨道进行合理改进

（1）加强对轨道打磨的周期和时间，对波磨发展快的区段要注重周期性的打磨，消除轨道的顶面的不平顺现象，来减小振动。（2）钢轨低接頭区段进行处理，用自动化钢轨线上焊修设备可消灭轨道的焊接部位不平顺的情况，减小车轮对轨道冲击力量来减少振动。

5 结束语

随着人们对生活质量和居住环境要求的不断提高，地铁振动所引发种种危害俞加凸现。因此，城市地铁大兴修建的同时，应该做好远期规划，并在施工过程中，积极采取多种避振和隔振措施。另外，地铁振动的辐射范围以内的建筑要做好加固基础，采取弹性元件来进行隔振等措施。城市交通发展离不开地铁，因此，要创造科学、合理及健康的环境共人们居住，需要有关部门共同努力和政府管理部门来监督，也需要广大居民乃至全社会的共同关注，才能控制地铁振动给人类居住环境带来的负面影响。

参考文献

[1]向俊.机车车辆随机振动分析的有限单元法研究[J].长沙铁道学院学报，1995，13（4）：38-45.

[2]潘昌实，谢正光.地铁区间隧道列车振动测试与分析[J].土木程学报，1990，23（2）：21-28.