北京地铁采用调频式钢轨减振器治理钢轨波磨的试验研究刘卫丰张厚贵陈嘉梁摘要：北京地铁近年来投入运营的几条线路中，剪切型减振器扣件区段大量出现钢轨波磨现象，调研测试表明：在地铁列车运行过程中，剪切型减振器扣件轨道系统在150-400Hz频段内存在共振效应，且此频段内轨道阻尼过小，无法有效抑制钢轨的振动。采取在轨腰处安装一种调频式钢轨减振器来增加轨道系统阻尼，抑制列车运行过程中钢轨的振动，并在北京地铁线上进行了现场试验，对调频式钢轨减振器安装段和对比段的钢轨粗糙度进行了16个月的跟踪测试。结果表明：安装调频式钢轨减振器可有效减缓钢轨波磨的发展，延长钢轨的打磨周期。关键词：调频式钢轨减振器;地铁;钢轨波磨;剪切型减振器扣件;钢轨粗糙度：TB535;U213.4+2文献标志码：A：1004-4523（2019）04-0695-06DOI：10.16385/jki.issn.1004-4523.2019.04.0171概述北京地铁多条线路的很多区段采用了轨道减振措施来降低地铁振动对周围环境的影响，在这些轨道减振措施中大量采用了剪切型减振器扣件。而采用剪切型减振器扣件的轨道出现了一些问题，其中一个比较突出的问题是这些区段出现了大范围的钢轨波磨。2007年以来，北京地铁多条线路出现钢轨波磨现象，例如，北京地铁5号线、10号线一期、4号线、6号线、亦庄线、房山线等线路上陆续发现了钢轨波磨，出现钢轨波磨的轨道形式主要包括剪切型减振器扣件轨道、梯式轨道、普通整体道床轨道以及小半径条件下的浮置板轨道等。图1显示了北京地铁剪切型减振器扣件典型的钢轨波磨。调研发现，剪切型减振器扣件轨道钢轨波磨的主要特点有[1-4]：（1）波磨在新线开通试运营后不久便出现;（2）绝大多数波磨出现在列车速度大于60km/h的地段;（3）不论直线段还是曲线段均有波磨出现;（4）特征波长为50-100mm，属于短波波磨;（5）波磨较为严重，钢轨打磨无法根治，打磨后较短时间内波磨又快速发展。国内外对钢轨波磨的治理措施进行了广泛的研究。包括钢轨打磨、轨顶摩擦控制[5-6]、采用硬质钢轨[7]、降低轨下垫板刚度[8-9]、调整线路状态[10]、改变行车模式[11]等等。到目前为止，对于北京地铁剪切型减振器扣件钢轨波磨的控制，主要还是以钢轨打磨为主，但钢轨打磨只能暂时缓解波磨。钢轨波磨不仅降低了钢轨使用寿命，增加了钢轨养护维修的工作量，也降低了乘车舒适性，甚至影响行车安全，所以波磨问题受到各方面的关注。在总结前人大量研究成果的基础上，提出将钢轨波磨分为6个类别[12]。经过大量的调查、跟踪测试和理论研究发现，北京地铁剪切型减振器扣件地段的波磨应归为特殊轨道结构形式出现的波磨。在地铁列车运行过程中，剪切型减振器扣件轨道系统在150-400Hz频段内存在轨道共振效应，文献[4，13]通过实验室实验及建立轮轨系统分析模型详细阐述了这种共振效应的发生机理，而这种轨道共振效应也是特殊轨道结构形式波磨的普遍特征[12]。另外，北京地铁5号线剪切型减振器扣件区段的现场测试发现：在150-400Hz频段，轨道的竖向及横向阻尼比均小于2%[2]，较小的轨道系统阻尼，使得此频段内列车运行引起的钢轨振动无法通过轨道阻尼获得有效的衰减。在这一频段内采取相应措施提高轨道阻尼，抑制振动在钢轨上的传播是延缓波磨快速增长的一个重要措施[14]。基于此目的，北京地铁选择了一种调频式钢轨减振器来抑制钢轨的振动[15]，并在北京地铁亦庄线旧宫站-亦庄桥站区间进行了现场试验，来测试调频式钢轨减振器对抑制钢轨波磨发展的实际效果。2调频式钢轨减振器基本构造原理上，调频式钢轨减振器由弹性体与质量块共同组成了一个具有高阻尼性的质量-弹簧系统，其横剖面如图2所示。通过调整弹性体内的2-3个质量块的质量、形状以及它们之间的相对位置，可以设计调频式钢轨減振器的调谐频率，使其能够在特定频段内增加轨道系统的阻尼，这个频段称为工作频段。本文采用了具有400Hz和800Hz两个调谐频率的调频式钢轨减振器，其工作频段可以调低至100Hz，这样它可以提高在剪切型减振器扣件轨道的典型波磨特征频率范围（150-400Hz）内轨道结构的阻尼，降低该频率范围的轮轨相互作用引起的钢轨振动能量水平，从而达到抑制钢轨波磨发展的目的。3...