确定地铁钢轨波磨的成因的方法

摘要

本发明公开了一种确定地铁钢轨波磨成因的方法，包括下述步骤：根据有波磨现象的波磨病害区段选择无波磨的标准区段，其中列车在目标区段和标准区段具有基本一致的运行参数；在波磨病害区段上确定第一测量点，在所述标准区段选择第二测量点，使得所述第二测量点处的曲率半径与所述第一测量点处的曲率半径基本相同；在所述第一测量点和所述第二测量点处分别测量钢轨的多个工程参数；通过对比在第一测量点和第二测量点测得的所述多个工程参数，确定导致钢轨波磨发生的成因参数。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定地铁钢轨波磨的成因的方法。 

背景技术

地铁作为一种新的公交系统，除了能够避免城市地面的拥堵以外还具有非常的大运输能力以及明显高于地面交通的速度。因此，随着城市规模的扩大，为完成更大的乘客运输任务，许多城市开始新建地铁或增加新的营运线路。 

在地铁的运营中，一个非常重要的问题是地铁线路的钢轨波磨现象。其全称为波浪形磨损，指的是钢轨投入运行后在钢轨表面上出现的有一定规律的周期性磨损和塑性变形。波磨现象一般出现在曲线地段，在半径从300m至4500m的曲线上都可能发生波磨。由于已经具有了多种测量波磨的技术，因此，本文对于如何测量波磨不再赘述。波磨现象给地铁的运营安全和服务质量(波磨同时还产生噪音)造成很大压力。因此，自从波磨现象出现以来，对其成因的研究就未停止过。 

然而，波磨的成因十分复杂，涉及钢轨材质、列车车辆动力性能、轮轨相互作用、线路特点等。因此，虽然本领域人员对波磨的成因一直在进行理论上的研究，但仍未将其机理研究清楚，也自然无法找出应对方案使新的地铁的波磨现象减轻或者整治已出现波磨现象的地铁。 

发明内容

鉴于此，本发明旨在提供一种确定地铁钢轨波磨的至少一种成因的方法，其通过归纳方法来确定钢轨的与波磨现象具有明显相关性的成因参数。 

根据本发明的确定地铁钢轨波磨的成因的方法，包括下述步骤：根据有波磨现象的波磨病害区段选择无波磨的标准区段，其中列车在目标区段和标准区段具有基本一致的运行参数；在波磨病害区段上确定第一测量点，在所述标准区段选择第二测量点，使得所述第二测量点处的曲率半径与所述第一测量点处的曲率半径基本相同；在所述第一测量点和所述第二测量点处分别测量钢轨的多个工程参数；通过对比在第一测量点和第二测量点测得的所述多个工程参数，确定导致钢轨波磨发生的成因参数。 

通过在运行参数一致且曲率半径相同的第一和第二测量点处测量多个工程参数，并对比所述测得的工程参数，本发明的方法能够确定导致钢轨波磨发生的关键参数(成因参数)。根据所述成因参数，后续可提出不同于现有的波磨整治方法(打磨钢轨)的新的波磨整治方法。 

附图说明

图1为根据本发明的确定地铁钢轨波磨的成因的方法的框图，示出所述方法的各个步骤。 

图2为根据本发明的测量钢轨的横向刚度的方法的框图，示出所述测量方法的各个步骤。 

图3A-10B示出有关钢轨刚度的测量结果。 

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同的标号表示相同或相似的元件。下面参考附图描述的实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能解释为对本发明的一种限制。 

参考图1，示出本发明的确定地铁钢轨波磨的成因的方法，包括下述 步骤： 

步骤110，根据有波磨现象的波磨病害区段选择无波磨的标准区段，其中列车在目标区段和标准区段具有基本一致的运行参数； 

步骤120，在波磨病害区段上确定第一测量点，在所述标准区段选择第二测量点，使得所述第二测量点处的曲率半径与所述第一测量点处的曲率半径基本相同； 

步骤130，在所述第一测量点和所述第二测量点处分别测量钢轨的多个工程参数； 

步骤140，通过对比在第一测量点和第二测量点测得的所述多个工程参数，确定导致钢轨波磨发生的成因参数。 

参考表1，其为从本发明的图3A-10B(将在后面说明)中选出的反映最终结论的典型数据。 

表1 

   波磨病害区段   标准区段   车速(km/h)   60   60   曲率半径(m)   350   350      测得垂向力Fy(kN)   31.04   24.76   测得垂向位移Dy(mm)   0.24   0.09   垂向刚度＝Fy/Dy   129.3   284.6   测得横向力Fx(kN)   31.04   24.76   测得横向位移Dx(mm)   0.59   0.17   横向刚度＝Fx/Dx   52.6   145.6   波磨情况   中度   基本无

如表1所示，其中波磨病害区段为4号线某一区段(具体位置参考图8A、8B)，其具有中度波磨现象；根据该波磨病害区段所选择的标准区段 为1号线某一区段(具体位置参考图3A、3B)，其无波磨现象发生并且与波磨病害区段具有基本一致的运行参数。在所述波磨病害区段的第一测量点和标准区段的第二测量点处曲率半径均为350m。 

如表1所述，优选地，所述基本相同的运行参数包括车速相同，同为60km/h。 

如表1所述，优选地，所述多个工程参数包括横向刚度。 

参考图2，优选地，在第一测量点和第二测量点测量钢轨的横向刚度包括下述步骤： 

步骤132，以液压装置向钢轨施加横向力；其中液压装置可以是液压千斤顶。 

步骤134，测量作用于钢轨上的横向力；如表1所示，在4号线的第一测量点测得的横向力Fx(kN)等于31.04kN，在1号线的第二测量点测得的横向力Fx(kN)等于24.76kN。 

步骤136，测量钢轨产生的横向位移；如表1所示，在4号线的第一测量点测得的横向位移Dx(mm)等于0.59mm，在1号线的第二测量点测得的横向位移Dx(mm)等于0.17mm。 

步骤138，通过用测得的力除以测得的位移而得出钢轨的横向跨行总刚度；如表1所示，在波磨病害区段的第一测量点处算得横向刚度等于52.6kN/mm，在标准区段的第二测量点处算得横向刚度等于145.6kN/mm。 

从表1中可以看出，在波磨病害区段和标准区段的运行参数大致相同并且第一测量点与第二测量点处曲率半径相同的情况下，测得的第一测量点处的钢轨的横向刚度仅为第二测量点处的钢轨的横向刚度的大约三分之一。而相对于标准区段的第二测量点处几乎没有波磨现象的情况，在波磨病害区段的第一测量点处钢轨发生了中度的波磨。因此，发明人归纳出，在其他方面因素相同的情况下，钢轨的横向刚度越大，钢轨的波磨现象越小。 

因此，通过归纳，发明人将钢轨的横向刚度作为与波磨现象有明显相 关性的成因参数。同时，比对表1中的垂向刚度数据，发明人归纳出垂向刚度同样与波磨现象相关，但其相关度要低于横向刚度与波磨现象的相关度。 

图3A-10B示出更多的有关钢轨刚度(包括横向刚度和纵向刚度，并且既包括跨中刚度也包括支承点刚度)的测量结果。 

首先参考图3A和3B，其测量包括：在1号线的特定地点使用液压千斤顶向钢轨施加5-40KN的力，通过使用反力架及压力表可以测量液压千斤顶施加至钢轨上的力，以及通过百分表来测量钢轨由于所述力而产生的位移。其中图3A对应垂向刚度，图3B对应横向刚度。在测量位移时，既测量跨中位移也测量支承点位移，并据此算出跨中刚度和支承点刚度。 

类似地，图4A、4B、5A、5B也是在1号线的特定地点的实测数据，而图6A-10B则是在4号线的特定地点的实测数据。 

在图3A-10B这些数据中，图3A和3B中序号4所对应的跨中数据以及图8A和8B中序号5所对应的跨中数据被选入表1中。如上所述，选择这两组数据的原因是它们均对应曲率半径350m(即，曲率半径相同)。因此，上述两组数据的比较，能够较好地反映出在运行参数相同且曲率半径相同的情况下，钢轨的横向刚度与波磨现象的相关性。 

虽然未在本申请中说明，但对于钢轨的测量还涉及多个工程参数，例如长度、截面形状及尺寸、重量、钢轨材质(如抗拉强度)等。这些参数同样被发明人所了解或测得，例如在上述表一中第一和第二测量点处的钢轨长度相同，并具有基本相同的截面形状和相同的钢轨材质。而重量上的不同(例如60kg/m规格钢轨与75kg/m规格钢轨相比)虽然对波磨现象的发生也表现出一定的相关性，但发明人注意到上述不同规格的钢轨的横向刚度的不同与波磨现象的相关性更高。因此，75kg/m规格钢轨相对于60kg/m规格钢轨具有更高横向刚度才是决定其钢轨波磨现象较轻的主要 原因。其他的钢轨参数，例如惯性矩等，表现出的与波磨现象的轻重程度的相关性同样远低于横向刚度与波磨现象的相关性。 

因此，本发明提出一种确定地铁钢轨波磨的成因的方法，并且依照该方法找到了一种与波磨现象具有明显相关性的钢轨构件参数：横向刚度。但是，可以想到的是，依照本发明的方法，如果选择其他的工程参数进行对比，也可能选择出与波磨现象相关性更高的另一种参数。因此，从本发明实施例的数据中所归纳出的横向刚度可以仅仅是与波磨现象较相关的一种参数，通过选择新的工程参数，可能发现其他的与波磨现象相关度更高的参数。 

如上所述，通过归纳的方法，本发明能够确定导致钢轨波磨发生的至少一个成因(成因参数)。据此，可针对所述成因参数对波磨病害区段进行整治，这是不同于现有的波磨整治方法(打磨钢轨)的新的波磨整治方法。 

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。