軌道不正指數

軌道不正指數又稱軌道不平順，兩根鋼軌在高低和左右方向與鋼軌理想位置幾何尺寸的偏差。軌道不平順對機車車輛系統是一種外部激擾，是產生機車車輛系統震動的主要根源。軌道不平順隨機變化規律的函式描述，是機車車輛與軌道系統動力分析的重要基礎資料，這種動力分析是現代機車車輛和軌道設計、養護和質量評估的重要手段。

基本介紹

• 中文名：軌道不正指數
• 外文名：Track irregularity
• 別稱：軌道不平順
• 概念：理想位置幾何尺寸的偏差
• 特點：實際的軌距與名義軌距的偏差
• 種類：垂向、橫向、複合

概述

軌道不平順是指軌道幾何形狀、尺寸和空間位置的偏差。廣義而言，是直線軌道不平、不直，對中心線位置和軌道高度、寬度正確尺寸的偏離，曲線軌道不圓順，偏離曲線中心線位置和正確的曲率、超高、軌距值，偏離順坡變化尺寸等軌道幾何偏差，通稱軌道不平順。

軌道不平順的種類

軌道不平順的種類很多，可按其對機車車輛激擾作用的方向、不平順的波長、顯現記錄時有無輪載作用等分類。

垂向軌道不平順

1.高低不平順

高低不平順是指軌道沿鋼軌長度方向在垂向的凸凹不平。它是由線路施工和大修作業的高程偏差，橋樑撓曲變形，道床和路基殘餘變形沉降不均勻，軌道各部件間的間隙不相等，吊板以及軌道垂向彈性不一致等造成的。

一般情況下，左、右軌高低的變化趨勢基本一致，但在短距離內各自的變化往往不同，所以還必須區分左軌高低和右軌高低。

2.水平不平順

水平不平順即軌道同一橫截面上左右兩軌頂面的高差。在曲線上，水平不平順是指扣除正常超高值的偏差部分；在直線上，它是指扣除將一側鋼軌故意抬高形成的水平平均值後的差值。

3.扭曲不平順

軌道平面扭曲（有些國家稱為平面性，我國常稱三角坑）即左右兩軌頂面相對於軌道平面的扭曲，用相隔一定距離的兩個橫截面水平幅值的代數差度量。國際鐵路聯盟UICB55專門委員會將所謂“一定距離”定義為“作用距離”，即指軸距、心盤距。

4.軌面短波不平順

軌面短波不平順，即鋼軌頂面小範圍內的不平順，它是由軌面不均勻磨耗、擦傷、剝離掉塊、焊縫不平、接頭錯牙等形成的。其中軌面擦傷、焊縫不平等多是孤立的，不具周期性，而波紋磨耗、波浪形磨耗則具有周期性特徵。

橫向軌道不平順

1.軌道方向不平順

軌道方向不平順（常簡稱軌向不平順或方向不平順）是指軌頭內側面沿長度方向的橫向凹凸不平順，由鋪軌施工、整道作業的軌道中心線定位偏差，軌排橫向殘餘變形積累和軌頭側面磨耗不均勻、扣件失效、軌道橫向彈性不一致等原因造成。左、右軌方向變化往往不同，尤其在扣件薄弱的區段差異更大，因此需要區分左軌方向和右軌方向。並將左、右軌方向的平均值作為軌道的中心線方向偏差。

2.軌距偏差

軌距偏差即在軌頂面以下16mm處量得的左右兩軌內側距離相對於標準軌距的偏差，通常由扣件不良、軌枕擋肩失效、軌頭側面磨耗等造成。

複合不平順

在軌道同一位置上，垂向和橫向不平順共存形成的雙向不平順稱為軌道複合不平順。危害較大的複合不平順有：

1.方向水平逆向複合不平順

方向水平逆向複合不平順是指在同一位置既有方向不平順又有水平不平順，並且軌道臌曲方向與高軌位置形成反超高狀態。

日本等國的研究和我國的試驗均證實，方向水平逆向複合不平順對行車安全有嚴重影響，往往是引起脫軌的重要原因。

2.曲線頭尾的幾何偏差

它是指在曲線圓緩點區、緩直點區，超高、正矢、軌距順坡起點、終點不一致或不匹配形成的幾何偏差，它對行車平穩舒適和安全有不可忽視的影響。

影響和車軌相互作用的特點

軌道不平順是引起列車振動、輪軌動作用力增大的主要根源。對行車平穩舒適和行車安全都有重要影響，是軌道方面直接限制行車速度的主要因素。

輪軌相互作用的理論研究和國外高速鐵路的實踐證明，在高平順的軌道上，高速列車的振動和輪軌間的動作用力都不大，行車安全和平穩舒適性能夠得到保證，軌道和車輛部件的壽命和維修周期也較長。反之，即使軌道、路基和橋樑結構在強度方面完全滿足要求，而軌道平順性不良時，在高速條件下各種軌道不平順引起的車輛振動、輪軌噪聲和輪軌動作用力將大幅度者加，使平穩、舒適、安全性嚴重惡化，甚至導致列車脫軌。

軌道不平順的主要影響

國內外的研究試驗均表明，各種軌道不平順對車輛振動、輪軌噪聲、輪輪相互作用力、舒適生、安全性等都有直接影響，但不同種類的不平順，其激擾方向、影響性質、影響程度又各不相同。

波長區分軌道不平順及影響

隨機性軌道不平順的波長範圍很寬，0.01～200m波長的不平順均常見。

1m以下的軌面短波不平順幅值很小，多在0.02～2mm，主要由鋼軌接頭焊縫、不均勻磨耗、軌頭擦傷、剝離掉塊、波浪和波紋磨耗以及軌枕間距等因素形成。

1～3.5m範圍的波長成分主要是鋼軌在軋制過程中形成的周期性成分和波浪形磨耗。

3.5～30m波段主要由道床路基的不均勻殘餘變形、各部件間的間隙不等、道床彈性不均、焊頭形成的以軌長為基波的複雜周期波成分，以及橋、隧頭尾、涵洞等軌道剛度突變和橋樑動撓度等形成。

30～200m波段多由道床及路基沉降不均、路基施工過程中形成的先天性不平、橋樑動撓度等構成。更長的長波多為地形起伏、線路坡度變化等形成。

軌道不平順不僅幅值和波長的變化範圍大，而且其影響也各不相同。短波不平順可能引起簧下質量與鋼軌間的衝擊振動，產生很大的輪軌作作用力。周期性成分可能引起機車車輛的諧振。而中、長波尤其是敏感波長成分常常是引起車體產生較大振動的重要原因。

在速度為120km/h以下時，軌道不平順有影響的波長範圍在30m以下。隨著行車速度的提高，軌道不平順有影響的波長相應增長。速度為350km/h時，有影響的波長可達百餘米。

按軌道不平順的波長特徵可分為短波、中波、長波不平順三類。各國劃分的波長範圍不盡相同。我國波長劃分如下：

類型	波長範圍	幅值範圍	不平順種類	主要影響
短波	數毫米至數十毫米	0.02～1.0mm	軌面擦傷、剝離掉塊、波紋磨耗、焊縫	輪軌動作用力，噪聲，運營成本費（高速時影響大增）
	數百毫米	0.1～2.0mm	波浪形磨耗，軌枕間距
中波	2～3.5m周期性	0.1～2.0mm	新軌軌身不平順	快速、高速車振動舒適度
	3～30m非周期性	1～40mm	高低、軌向、扭曲、水平、軌距	輪軌動作用力，噪聲、安全、平穩、舒適性，運營成本費（高速時影響大增）
長波	30～100mm	1～60mm	路基、道床不均勻沉降，中跨橋樑撓曲變形，橋樑、隧道頭尾剛度差異	快速、高速列車振動舒適性

波長和行車速度的影響規律

當不平順波長和行車速度一定時，幅值越大，所引起的車輛振動和輪軌作用力等回響也越大。

當軌道不平順幅值和行車速度一定時，波長越長影響越小，非線性遞減，但敏感波長、周期性的諧振波長影響大。

當軌道不平順幅值和波長一定時，速度越高影響越大，非線性遞增。

軌道平順狀態的維修管理

在軌道不平順發生、發展變化的各個階段。都應層層把關設防，採取相應的監控、養修管理措施，以確保高速行車平穩安全和維修管理的經濟性。高速鐵路軌道不平順的維修管理工作，仍應堅持預防為主、管小防大的原則。不應放棄對軌道不平順發展初期的監控管理，不可等到平順狀態已惡化到需緊急補修時才進行整修。在運營過程中，必須安排足夠的夜間維修“天窗”，確保高質量地進行高速線路的養修作業。

軌道不平順的安全管理

當某處軌道不平順比較嚴重，若不處置，可能危及行車安全時，必須進行緊急補修或限速管理。

1.緊急補修和限速管理標準

為了識別診斷嚴重的軌道不平順，判定是否需要實施緊急補修或降低行車速度，各國大多依據軌道不平順幅值對行車安全的影響和運營經驗。制訂軌道不平順的緊急補修和限速等安全管理標準。鐵道科學研究院較早研究提出了制訂軌道不平順安全監控管理標準的理論和方法，較科學地根據各種軌道不平順的幅值、波長、波數和周期性等特徵參數，對脫軌係數、減載率、側向力和車體振動加速度等的影響，以最不利波長的幅值為控制值，制訂了我國幹線軌道不平順的緊急補修和限速管理值。

2.緊急補修和限速管理的實施

綜合檢測車檢出的軌道不平順超過緊急補修標準的部位，應要求工務部門在限定的時間內作緊急補修，使其達到日常保養標準範圍以內。超過限速管理標準的應立即通知行車指揮部門，發出限速慢行命令，同時由工務部門抓緊施行緊急補修。許多國外鐵路由於建立了強制性的緊急補修和限速管理制度，十分有效地避免了軌道不平順引起的脫軌事故和車輛劇烈振動。

我國每日監測客車車體垂直和水平振動加速度，實施軌道不平順的緊急補修和限速管理（稱為車載監測管理）。

日常養護管理

高速鐵路只有經常保持高平順的優良狀態，才能保證乘坐平穩舒適，減少軌道和車輛零部件的傷損，延長輪軌系統的維修周期，使高速鐵路獲得較好的綜合技術經濟效益。目前還應根據檢測車、車載儀等檢測記錄。充分利用維修天窗時間．對軌道進行局部養護，消除那些超過日常保養目標值和舒適度管理目標值的少數局部軌道不平順。多數國家的保養目標值即是使軌道經常保持優良狀態的控制標準值，也常稱為優良目標管理值。舒適度H標值是為了防止引起高速車輛超過規定的舒適性指標而設立的管理目標值。實行優良目標管理，管小防大，對於延長維修周期，經常保持高平順狀態，效果良好。