北京地鐵鋼軌波磨的機(jī)理及整治方案研究.pdf

1、鋼軌波磨是指在鋼軌走行帶表面出現(xiàn)的像波浪一樣規(guī)律性凸、凹不平的不均勻磨耗現(xiàn)象。世界上約40％的軌道結(jié)構(gòu)都會(huì)產(chǎn)生波磨的危害，高昂的維修養(yǎng)護(hù)成本和重大安全隱患讓鋼軌波磨問(wèn)題成為世界軌道交通界亟待解決的問(wèn)題。由于其影響因素眾多，持續(xù)了近百年的鋼軌波磨的研究至今仍然是一個(gè)充滿了挑戰(zhàn)的難題。
　　隨著我國(guó)城市軌道交通的迅猛發(fā)展，鋼軌波磨問(wèn)題在新開(kāi)通運(yùn)營(yíng)線路上大規(guī)模爆發(fā)。在北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)項(xiàng)目“北京軌道交通減少異常波磨的綜合減振技術(shù)研究”

2、(Z101106000410004)、北京市交通委員會(huì)項(xiàng)目“北京軌道交通異常磨耗調(diào)查及治理措施實(shí)驗(yàn)研究”(C12100021)基金的支持下，經(jīng)過(guò)近七年的深入研究，相關(guān)研究成果已陸續(xù)在國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)表，并在北京地鐵鋼軌波磨整治的實(shí)際應(yīng)用中得到驗(yàn)證，其核心研究成果形成了本文的主要內(nèi)容，具體闡述如下:
　　(1)本文結(jié)合北京城市軌道交通面臨的實(shí)際問(wèn)題，對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行了回顧和梳理，涵蓋了鋼軌波磨問(wèn)題的研究歷史及研究現(xiàn)狀、鋼軌波磨的分類、鋼軌波磨

3、發(fā)生的機(jī)理假說(shuō)、鋼軌波磨的治理措施以及各國(guó)城市軌道交通中出現(xiàn)的鋼軌波磨的典型案例等;
　　(2)為明確鋼軌波磨幾何特征以及評(píng)價(jià)鋼軌波磨的發(fā)展提供有效的數(shù)據(jù)支持，本文引入波磨精確測(cè)量及評(píng)價(jià)方法，并將其應(yīng)用于北京地鐵鋼軌波磨的研究及整治工作中;
　　(3)經(jīng)過(guò)大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)研統(tǒng)計(jì)、鋼軌波磨特性測(cè)試、運(yùn)營(yíng)條件下軌道動(dòng)力響應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、軌下支點(diǎn)結(jié)構(gòu)靜力特征試驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、鋼軌頻率響應(yīng)特征試驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、鋼軌阻尼特征實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、軌道動(dòng)力響應(yīng)特性解

4、析模型分析、輪對(duì)動(dòng)力響應(yīng)特性數(shù)值分析等工作，明確了北京地鐵鋼軌波磨的特征、導(dǎo)致鋼軌波磨發(fā)生及發(fā)展的主要影響因素;
　　(4)針對(duì)導(dǎo)致鋼軌波磨的本質(zhì)，對(duì)在波磨發(fā)生階段誘發(fā)具有特征波長(zhǎng)波磨現(xiàn)象的機(jī)理進(jìn)一步分析，提出了軌下支點(diǎn)結(jié)構(gòu)模態(tài)誘導(dǎo)型鋼軌波磨發(fā)生的機(jī)理假說(shuō):當(dāng)受軌下支點(diǎn)結(jié)構(gòu)模態(tài)影響的鋼軌模態(tài)頻率與輪對(duì)的反共振頻率相吻合時(shí)，將激發(fā)軌道及車輛輪對(duì)系統(tǒng)在該頻率范圍內(nèi)的劇烈相互作用，造成輪軌接觸面上材料的磨耗損傷，在反饋-循環(huán)機(jī)制下，最終

5、形成與軌下支點(diǎn)結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率相對(duì)應(yīng)的具有某種特征波長(zhǎng)的鋼軌波磨現(xiàn)象;
　　(5)基于本文提出的鋼軌波磨的發(fā)生機(jī)理，提出了改變軌下支點(diǎn)的結(jié)構(gòu)模態(tài)剛度和阻尼兩種措施，并對(duì)兩個(gè)整治試驗(yàn)段的波磨發(fā)展情況分別進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)一年的波磨發(fā)展跟蹤測(cè)試，驗(yàn)證了兩種整治措施的有效性。
　　本文所研究的鋼軌波磨問(wèn)題是我國(guó)城市軌道交通在快速發(fā)展過(guò)程中所遇見(jiàn)的新問(wèn)題，與其他國(guó)家遇到的波磨問(wèn)題相比，北京地鐵爆發(fā)的鋼軌波磨也具有顯著的特殊性，以此為背景開(kāi)展針對(duì)

6、性的研究具有理論和工程應(yīng)用創(chuàng)新。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的研究，本文取得的創(chuàng)新性研究成果如下:
　　(1)在軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力解析中，采用隨頻率變化的軌道剛度計(jì)算方法，發(fā)現(xiàn)了軌下支點(diǎn)結(jié)構(gòu)模態(tài)對(duì)鋼軌動(dòng)力響應(yīng)的重要影響以及對(duì)鋼軌波磨特征波長(zhǎng)的決定性作用;
　　(2)提出了軌下支點(diǎn)結(jié)構(gòu)模態(tài)誘導(dǎo)型鋼軌波磨機(jī)理假說(shuō)，豐富了世界鋼軌波磨的理論;
　　(3)為整治北京地鐵剪切型減振器地段的鋼軌波磨，根據(jù)理論分析結(jié)果，提出了改變軌下支點(diǎn)的結(jié)構(gòu)模態(tài)剛度和阻尼