直线地段晃车原因分析及整治方法

浅议直线地段晃车原因分析及整治方法
前言：
铁路大提速后，随着高速动车组的开行，我国铁路进入了高速铁路时代，既有繁忙干线速度、密度重载并举。

对工务设备质量提出了更高的要求。

线路质量优劣将决定列车运行状态，并对旅客乘车舒适度有及大影响。

线路一但发生晃车，不但降低旅客的舒适度，同时也说明了列车对线路的作用力加大，对线路的破坏力增强。

因此工务维修应提高线路维修作业标准和作业质量避免和减少线路晃车的发生。

晃车原因分析线路发生晃车后，首先应当对晃车的原因进行分析，找出病害进行整治。

一、轨道不平顺对晃车的影响：
轨道不平顺是引起机车车辆产生振动和轮轨动作力的主要原因，是轮轨系统导致车体加速度的激扰源。

轨道不平顺对列车的行车安全性，平稳性、舒适性、车辆及轨道部件的寿命以及环境噪声等都有重要影响。

在高速重载行车条件下，轨道不平顺的影响更大。

是轨道方面直接限制行车速度的主要因素。

轨道不平顺分为单项不平顺和复合不平顺。

单项不平顺是指在轨道同一位置上垂向或横向只存在一种不平顺。

复合不平顺是指两种及其以上的轨道不平顺在同一地点发生的情况。

是工务维修工作中常见的问题。

（一）单项不平顺
1、高低不平顺：
轨道的高低不平即存在不平顺，危害甚大。

列车通过这些地方时，冲击动力增加使道床变形加速，从而又进一步扩大不平顺，使机车车辆对轨
道的破坏力增大。

严重的高低不平顺将引起机车车辆剧烈地点头和浮沉振动，会使车辆大幅度减载或悬浮。

在轨向不良区段运行时，将引起车轮悬浮可能导致脱轨。

长度在100-300mm范围内的轨面高低不平顺，主要起因于钢轨波浪形磨耗，焊接接头低塌或轨面擦伤等，车轮经过这些地方会产生冲击，导致机车车辆剧烈的抖动。

行车速度愈高，机车车辆的抖动俞剧烈。

这种不平顺往往容易忽视，轨道检查车也不能完全反应出来。

但是这种短波不平顺对便携式晃车仪的反应较敏感，机车、动车在通过时将产生水平或垂直加速度，这也是影响旅客舒适度的一个方面。

2、水平不平顺（扭曲）：
两股钢轨在直线地段应位于同一平面，这是为了使两股钢轨负担均匀，并保证车辆平稳驶过。

直线地段水平变化率在1m范围内变化率不得超过1mm，否则，即使两股钢轨的水平误差不超过允许范围，也得会引起机车车辆的强烈振动，使机车车辆产生侧滚振动，导致一侧车轮增载一侧车轮减载。

实践中，有两种性质不同的钢轨水平误差，对行车的危害程度也不同。

第一种称为水平差，就是在一段相当长的距离内，一股钢轨的轨顶水平始终较另一股为高（现场简称偏道），这种水平差对列车运行有不利的一面，特别当该水平差处存在着轨向或轨距变化率不良时，极易引起机车车辆的晃动，产生水平加速度（如2009年2月10日京哈线上行998km+385m出现水加00.9g经现场复核，该处从998km+280-420m处，偏道5-6mm。

在998km+375m有一轨向为3mm与该水平偏道形成逆向复合不平顺，导致在385m出现水加0.09g）。

另一种称为三角坑（有的资料称扭曲）就是在一段不太长的距离内，先是左股钢轨高，后是右股钢轨高，而且两个最大水平误差点之间的距离不足18m。

三角坑的存在将使车辆转向架出现三轮支承，一轮减载甚至悬浮的危险情况，无论直线或曲线严重的局部扭曲不平顺都
可能引起车辆剧烈的侧滚和侧摆振动。

3、轨距及轨距变化率不平顺
钢轨与轮缘间距离我们称之为游间，这种游间是必要的，也是客观存在的，它对列车运行有其有利和不利的两个方面。

有利条件时可以防上车轮被轨道楔住，减少行车阻力和钢轨及车轮的磨损。

但是它也应有一个限度，超过这个限度就会产生相反的效果。

因为游间愈大，车辆行驶时蛇行运动幅度俞大，横向加速度俞大，轮缘对钢轨的冲击角愈大，作用于钢轨上的横向力愈大。

此时机车车辆晃动也俞大。

行车速度俞高，其影响俞严重。

所以为提高行车的平稳性，游间应限制于一个最小的必要数值。

特别是在高速铁路，有的国家为了解决高速列车的蛇形运动大的问题，把轨距从1435mm减小为2-3mm。

即将标准轨距从1435mm减小为1432mm或1433mm，这一现象应引起我们的注意。

因此把轨距误差控制0至-2mm为最佳。

轨距变化率必须缓和平顺。

在每一米距离中，变化率不应大于1mm。

这是因为在短距离内轨距变化率剧烈，表明存在着严重的轨向不平顺，即使不超过允许偏差也会使机车车辆发生剧烈的摇摆，当然也会影响行车安全和旅客舒适度。

4、轨向不平顺
严重的方向不平顺会引起的过大车轮侧向力和车轴侧向力，使列车在运行中将产生剧烈的蛇行运动引起列车脱轨。

若直线不直，必然会加剧列车的蛇形振动，产生较大的离心力。

离心力是影响列车平稳和旅客舒适度的重要因素。

列车的离心力与轨向偏差的矢度成正比线性关系，与运行速度成正向二次曲线关系。

换言之，对于一定的速度列车的离心力随着轨向偏差的矢度的增加同比增加，对于一定矢度的轨向偏差，列车的离心力则随着速度的增加以速度倍率的二次方迅速增加。

由此可见直线轨向偏差，在快速行车的条件下对列车晃动的影响，比在一般速度条件要大的多，对同一
轨向偏差值，行车速度增加一倍，则列车的侧摆动力增加4倍。

（二）复合不平顺
随着列车的不断提速快速列车对轨道平顺度要求日益提高，轨道复合不平顺的问题逐步凸现出来。

为了确保快速列车的运行安全，提高旅客的舒适度，我们必须认真对待轨道的复合不平顺问题。

1、直线地段轨向与水平的复合不平顺（含逆向复合不平顺）。

直线地段轨向出现偏差以后相当于产生于一处大半径反向曲线，使列车的运行状况直线运动变化为曲线运动，如同运行到没设超高的曲线上，必须产生“侧摆”性晃动，而当这一地段同时存在轨道水平偏差时就会加剧这种“侧摆”性晃动。

因此，我们称为轨向与水平的复合病害。

轨向水平逆向复合不平顺是指同一位置即有轨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。

这种逆向组合不仅对行车安全有严重影响，而且影响旅客舒适度，是晃车仪产生水平加速度产生的主要原因。

因此在日常维修中应该严格控制轨向与水平逆向复合不平顺值。

例：2009年1月京哈线1003km+140m处出现一处水平加速度II级峰值0、09g，经现场复合，该处位于长春站143单开道岔与L6号菱形道岔之间，在不到15m范围内，用10m弦量有7mm轨向且该处水平与轨向形成反超高5mm，从而产生了这次Ⅱ级超限。

2、轨道纵向短波高低与短波轨向的复合不平顺
当轨道纵向短波高低与短波轨向在同一地点出现时，快速列车通过时就会产生轨道的短波高低与短波轨向的复合不平顺。

在这种情况下车辆本身就会产生一种三维运动，轻则影响旅客舒适度，重则影响列车运行安全，而对轨道而言，就会产生坚向与横向冲击并存的情况，就会加速轨道状态的恶化。

由于快速列车对短波高低和短波轨向都十分敏感，容易产生垂直加速度
和水平加速度，当车载仪或便携式晃车仪在同一地点同时报告水平和垂直加速度时，必须要给予足够重视，迅速采取措施。

例：2009年4月19日，京哈线上行1000+325出现一处垂加0.09g水加0.08g的Ⅱ级病害，经现场核实该病害位于1000+319处高低-5mm轨向4mm且高低与轨向在同一地点相叠加，使D174通过此处时出现Ⅱ级晃车。

3、轨道纵向长波高低与长波轨向的复合不平顺
当“漫坑”与“漫弯”在同一地点出现时，相当于竖曲线与平面曲线的重叠。

这种重叠将会使列车产生三维晃动，是一种典型的二重逆向复合不平顺。

此时如果在慢坑中出现水平与轨向的逆向复合不平顺。

将使列车产生剧烈的晃动，在快速行车条件下，就会对列车的运行安全及旅客舒适度产生严重影响。

由于直线地段“轨向”并非人为设置，虽然列车存在事实上的曲线运动，但并没有设置超高，有时甚至还有出现负水平，车体的水平加速度将此在正常曲线上运行大的多，已经形成了二重逆向复合不平顺，本身就难免会对旅客舒适度产生影响，如果再与漫坑重叠，列车的运行状况将会更加恶劣。

就会形成三重逆向复合不平顺。

因此对于快速线路要及时消灭漫坑漫弯，特别是二者重叠的情况。

4、轨距变化率过大与短波轨向的复合不平顺
当轨距变化率超限与短波轨向同时存在时，列车快速运行时，就有可能产生轮对扭转与横移同时出现的情况，对列车的平稳运行产生较大影响。

因此在快速行车条件下，轨距变化率超限与短波轨向同时出现是产生晃车的重要原因之一。

这种复合不平顺通常不会对行车安全产生不良影响，但会使性能较差的机车车辆产生显著的动态响应，特别是对轴重较轻的动车组产生的动态反应更为敏感，影响旅客舒适度。

对轨道而应这种情况长期存在就会产生直线地段钢轨的交替侧磨，增加维修工作量，缩短设备使用寿命。

（例：京哈线下行1001+330m曾出现一次加0.08g，现场复核在100m
范围内，水平0-2mm，三角坑2mm，在1001km+310m处轨距+3-2变化率在5m范围超过3‰且该处在5m之内有3mm轨向，为S型轨向。

使动车组在此通过时产生晃车点）。

5、轨距变化率过大与扭曲的复合不平顺
轨道扭曲即三角坑，对车辆运行的影响是使某个车轮减载，严重时甚至悬空。

当较大的轨距变化率与三角坑同时出现时，就可能产生减载的车轮轮缘冲击钢轨的情况下，当冲击角与减载率达到一定程度的耦合时，就可能产生“车轮爬轨”。

因此在快速行车条件下，轨距变化率超限与轨道扭曲同时出现的情况是对行车安全最不利的情况。

当机车车辆在此通过时，由于受轨距变化率与三角坑的双重影响，将使机车产生严重的左右摇摆和侧向摇摆。

因此当我们检查到这种情况时应迅速采取措施。

6、轨道短波纵向高低与扭曲的复合不平顺
我们所指的这种短波纵向高低一般是指长度2-5m的高低，这种高低一般与车体的转向架长度接近，当这种高度与三角坑相重叠时对车辆的运行是十分有害的。

纵向高低为包时、将使列车运行的前进方向车轮减载，如果在此处还有一处扭曲（三角坑）存在，很容易使车体产生一种三维晃动、轻则影响旅客舒适度，重则影响列车运行安全，导致列车脱轨。

在对快速区段线路进行检查过程中，我们经常会遇到各单项几何尺寸不超限但却存在轨道复合不平顺问题。

因此在快修线路维修中应加强对轨道复合不平顺的研究，及时发现和消除这种轨道复合不平顺，以确保快速列车的安全和旅客舒适度。

二、钢轨状态不良引起晃车的主要原因有直线地段钢轨侧磨，轨顶面不平顺，焊缝病害及轨底坡不良等。

（一）直线地段钢轨侧磨
1、对晃车产生的影响：
（1）列车以不同时速通过侧磨地点时，产生的晃动反映也相差较大，列车速度在95-135km/h时反映明显，特别是在100-125km/h机车摇晃严重，水平加速度最大测到0.36g。

（2）直线钢轨侧磨后，虽然线路上轨向良好，轨距不超限。

但由于钢轨对车轮导向作用，车轮轮缘在沿钢轨运行时，运行到侧磨点时（相当于运动到一处轨向不良处所），必然向线路外侧用力，导致轮对蛇形运动过大转向架摇摆严重。

在交替侧磨地点，如侧磨波长与机车，动车或车辆的自振波长相耦合时，机车与动车及车辆必然产生强烈的抖动，使机车动车左右摇摆严重，导致晃车，产生严重的水平加速度。

（3）列车提速后在即有线上大量开行动组。

动车组由于其自重轻，对线路状态的敏感性比一般机车车辆强，在通过侧磨点时会产生严重的侧向摆动，影响到舒适度，产生水平加速度。

这也就是侧磨点有时对机车不产生影响，而对动车组却产生严重的影响。

（4）重载提速区段，钢轨作用边受重载列车的长期碾压，会产生钢轨肥边，这种肥边在列车的碾压下又会出现掉块。

长度一般为20-30mm，使钢轨作用边形成一种锯齿形，这种钢轨状态在轴重较重的机车车辆通过时的影响较轻或不产生影响。

而对动车组来说，却是产生水平加速度的一个原因。

这是因为车轮在蛇形运动时，在沿钢轨作用边运行时当行驶到肥边脱落处时，由于车轮轮圆瞬间失去导向作用，使车体产生抖动，进行影响到行车的平稳和旅客舒适度。

（二）轨面不平顺对晃车的影响
1、轨面不平顺主要是指波浪形磨耗，剥落掉块，轨面擦伤等病害。

他们产生有如下特点：
（1）波浪型磨耗是指钢轨顶面因磨耗而开成的有规律性的不平顺，波长30-80mm称为波纹磨耗，80mm以上者为波浪磨耗。

波浪型磨耗产生的原因与轨道弹性和钢轨强度有关。

当波浪形磨耗较重时，轮轨之间作用力和
轨道振动增大，对轨道的破坏性也增大，加大了养护维修工作量。

（2）剥落掉块：轨端或轨顶面剥落掉块是轮轨接触疲劳和冲击荷载作用下下的伤损，或是由于钢轨制造工艺不良，金属强度不足，接触应力过大以及非金属夹杂物所引起的钢轨顶面不平顺病害。

严重的掉块可导致钢轨折断。

（3）轨面擦伤是由于机车运行操作不当，机车车轮在钢轨上打滑空转或紧急制动，轮轨间的剧烈磨擦产生轨顶面局部高温，在常温下迅速冷却后，在轨面形成的局部凹槽、伤损及龟裂，它极易发展为轨头横向裂纹。

以上三种轨面不平顺除剥落掉块以外，另两种不平顺均属于集中连续出现，特别是长大坡道，进站制动地段。

2、对晃车的影响
轨面不平顺是一种连续性短波不平顺，长度一般为几毫米至一百多毫米，深度一般为0.5-1mm最深为2mm。

不平顺峰值间距与机车的轴距相接近。

使快速运行的机车动车车辆在通过轨面不平顺地段时，将导致车轮连续不断的对轨面不平顺产生高频率冲击，使转向架产生强烈的抖动，进而使车体的震动加强，对轮轨动态作用的影响极大（波长3cm幅值0.1mm的波形磨耗不平顺在80km/h速度引起的车体重向加速度高达220g）。

产生较大的振动加速度，当机车车辆在上述地段通过时，将使机车车辆产生剧烈的抖动，对舒适度的影响非常大。

（三）焊缝病害对晃车的影响
随着列车速度的不断提高，时速大于120km/h区段，钢轨焊缝质量逐步与快速线路要求不相适应。

焊缝病害已成为引起晃车的一个主要原因。

1、焊缝病害对晃车的影响：
（1）焊缝病害属于短波不平顺的一种，它的存在，影响列车的平稳性和舒适性，使车辆的震动加强，使轮轨产生巨大的冲击力，簧下惯性力增强，使实际轴重增大，对轮轨动态作用的影响极大，产生较大的振动加速度。

使轨检车、动检车，检查高低、轨向水平、垂直加速度等项目易出分，添乘机车或动车时感觉颠簸，左右摇摆极不舒适。

（2）由于动车组的轴重小，对焊接接头作用边的平直度的敏感性比一般机车要大一些，如焊缝支嘴，焊缝肥边等，特别是对于侧面呈凸形的焊缝接头肥边，动车组比一般机车更容易产生水平晃动。

（例：京哈线999km+300m—600m处在08年11月份连续出现动车组晃车，而普通机车装载的便携式晃车仪在此却不出现晃车点。

经到现场复查，该处轨向、水平、高低轨距均在规定范围内，但是在该处焊缝肥边严重，在有肥边处有时对股又有侧磨。

通过对肥边进行打磨后，并对几何尺寸按标准进行了整修，基本消灭晃车点）。

（3）动车组对焊接接头轨面高低不平顺的的敏感性也比普通机车大一些，这也是因为动车组轴重小，通过焊缝不平顺点时更容易产生跳动。

一般机车对于焊缝单侧高低不平顺的反应，在机车动态监测仪上通常显示为垂直加速度，但动车组通过时却显示的是水平加速度。

由此可见，有些焊缝病害，对于机车或动车组的反应是不一样，机车有时反应有时却不一定反应，而动车组的反应却比机车敏感。

（四）轨底披不良对晃车的影响：
我国铁路规定，线路上的钢轨应向线路中心线内倾，我们把这一内倾称为轨底坡。

设置轨底坡的目的是使车轮压力集中于钢轨的中轴线上，减小荷载偏心矩，此外车轮踏面的1:20的部分能与轨顶面的中部接触，增加了轮轨间的接触面积，使列车在蛇行运动中，由于有轨底坡的存在，使车体中心始终与线路中心相垂直，我国规定的轨底坡为1:40，轨底坡设置不正确，在列车通过时，就会对机车车辆产生一定的影响，轨底坡一侧偏大，一侧偏小，虽然我们检查轨向轨距水平均不超限，但轴重较轻的动车组通过时，车轮踏面运行到此处，受不良轨底坡度的影响，车轮踏面的压力将离开钢轨中心而偏向道心一侧，且略向外斜，使车体产生侧摆性运动。

特别是轨底坡在一股钢轨上一段距离内轨底坡偏大，一段距离内轨底坡不足，形成一种S形轨向，对动车组的影响更大。

更容易在此晃车产生水平加速度。

三、道床状态不良对晃车的影响
道床病害主要包括，空吊板，暗坑，翻浆冒泥等，其中以空吊板对晃车的影响为最大。

一般机车对于线路空吊板的反应，在机车车载监测化数握上通常显示为垂直加速度，但动车组却大量显示为水平加速度。

（例2009年4月19日，京啥上行线998+589m处1256次通过时出现垂加0.10gI级超限，而D174次在此通过时，却显示的是水平0.08gII级超限）。

只有在线路空吊板左右非常对称的情况下才显示为垂直加速度。

现场检查发现线路道床状态相对较好的情况下，空吊板一般都是不对称的，另外道床状态不良的地段往往还同时存在线路方向，高低等其他问题，道床对轨道的横向约束力下降，因而容易使轴重较轻的动车组发生水平晃动。

在列车作用下，轨道为具有均匀支撑的连续梁，当存在空吊板或暗坑时，其支撑变得很不均匀，钢轨的挠度也相应增大，在恢复变形的过程中还会对车轮产生反作用力。

这种动力特性对于轴重较小的动车组比轴重较大的普通机车要敏感得多。

根据北京局在对动车组晃车原因进行分析的资料中，某处线路一侧钢轨纵向高低良好，另一侧纵向局部高8mm，造成该点水平差8mm，但同时，在该点设置了相应的空吊板，普通机车能够平稳运行，机车车载仪没有任何显示，而动车组通过时则显示水平三级报警值。

现场观察发现普通机车通过时，该点空吊完全被压下，机车没有发生晃动，而动车组通过时，空吊只被部分压下，而且钢轨产生反弹，动车组发生明显晃动。

分析其原因就是动车组轴重较轻，使钢轨产生的挠曲较小，不能使空吊情况下的钢轨产
生有效支撑，并产生反弹，使动车组车体晃动。

另外还应注意一种空吊板就是间隔性空吊板它是轨枕每隔几根就存在着的一种空吊，这种空吊板在重载线路上常见。

空吊间隔短的3-5根轨枕，长的8-10根轨枕，间隔距离长短跟行车速度有关，速度低间隔短，速度高间隔长。

这种空吊板在线路静态纵向高低良好的情况下，当机车动车组通过时，空吊板处被车轮压下，而未空吊处则不被车轮压下，使机车和动车组相当于行驶在纵向高低不良处所，使机车产生浮沉，点头性晃动。

如果暗坑非对称则同时会使机车产生左右摇摆侧向摆动。

这种空吊板对轴重较轻的动车组产生的影响比单个空吊板的影响还大，是动车组产生水平加速度的主要原因。

我们对晃车的原因从轨道不平顺，钢轨状态、道车状态等方面进行细致分析，但是由于轮轨系统是个复杂的系统，各种机车车辆、动车与钢轨之间的动力作用十分复杂，有些问题可能分析还不够全面和透彻。

下面就针对晃车产生的原因来谈一谈如何整治晃车。

晃车的整治方法
一、晃车地点的确定：
1、准确判断晃车地点和范围。

由于目前检验线路设备晃车的主要手段是在机车上安置固定仪器，放置便携式仪器检测和人工感觉等，其中仪器所采集的线路里程是通过卫星定位传输到快速运行的机车中，人工感觉一般是随看地面里程或机车里程表随记录晃车里程。

但不管是哪种形式都有一个很小的时间差问题，通过现场大量数据核实和分析，当时运行速度情况下现场病害与晃车点里程核对，发现现场晃车地点里程和仪器输出的里程相差值约是机车当时运行速度乘以1-1.5S的距离△S。

因此现场的晃车地点可确定为仪器里程加减△S，当机车是朝小里程方向行驶时需加△S，反之
需减△S。

又由于晃车病害值是在机车通过现场病害范围后所发生的，依据现场对病害的核对分析。

现场病害范围的查找方向应是机车运行的反方向，范围应确定为约3S机车所运行的距离范围。

2、以“3S定位”查找晃车地点
（1）列车不同速度单位时间走行距离与百米走行所用时间的分析表3
列车走行速度km/n 每秒走行距离（m）百米走行所用时间（S）200 55.6 1.80
180 50 2.00
160 44.4 2.25
140 38.9 2.57
120 33.3 3.00
100 27.8 3.60
80 22.2 4.50
上表可以看出，列车如果在定长的距离内其速度越高，单位时间的走行距离就会越长，而现场设备病害范围实际上被延长。

此外因设备病害范围是相对不变的，可以说是随着长度的增加而不同程度增加的，在设备病害峰值固定的情况下，其动态病害值随着列车速度提高，所反映出的病害峰值还会不同程度增大。

为此我们对动态病害必须按着列车在单位时间内通过病害多少位置来分析。

（2）“三秒定位”形式分析
从表3分析可以看出受列车快速运行影响，列车在单位时间走行距离与现场病害范围及病害峰值大小有着密切的关系。

当列车速度在120km/n 时，其100m距离的走行时间刚好为3s接近值，而100m的范围则是vmax ≤120km/h的线路上查找线路动态病害的范围，当列车提速到vmax≥。