轨道曲线超高设计理论及大机运用风险分析轨道曲线超高设计理论及大机运用风险分析摘要：为了掌握大型维修机械在曲线地段作业时轮轨受力关系，减小车辆掉道风险，必须对曲线设计和建设开展研究。本文采取从车辆曲线运动受力推导轨道超高设计理论公式，结合轨道建设施工有关规范曲线区段施工事件的发生，探讨车辆掉道的原因。基于维修作业车辆曲线段轮轨受力关系，开展作业运行风险分析，有针对性的提出事件防范建议。关键词：曲线超高车辆掉道中图分类号：S611文献标识码：A前言为了满足地形、地质和征地等诸多需要，设计者在轨道线路上使用了大量曲线设计。广州地铁轨道就存在这样的大量曲线，其中正线最小半径206米，最大超高140mm。在曲线地段轮轨受力关系复朵，导致的病害也比直线段成倍增加。这样就需要对曲线段进行维修和保养，而利用大烈维修机械作业可以大大提高生产效率，在广州地铁就有大量钢轨打磨车在运用。［1］但是，曲线地段作业，时有作业车辆掉道事件发生。2011年6月份，大型钢轨打磨车在广深港高铁线施工过程中，连续发生两起打磨小车在曲线（超高140〜150mm左右）掉道事件；同年11月4日，大型捣固车在清筛后曲线上作业时也发生了两次掉道，造成京广干线大面积晚点，时长达263分钟。这些事件的发生，严重影响到运营的效率。1铁路曲线超高的理论为了规避同类事件的发生，首先必须从轨道曲线设计的理论入手，对轨道作业列车运行的受力进行分析，找出曲线区段掉道事件的真实原因。在曲线上行驶时，市于离心力的作用，将列车推向外股钢轨，加大了外股钢轨的压力，也使旅客感到不适、货物产生位移等。因此，设计线路时需要将曲线外轨抬高，使列车的自身重力产生一个水平分力作为向心力，以抵消钢轨所受的离心力，使内外两股钢轨受力均匀和垂直磨耗均等，满足旅客舒适感，提高线路的稳定性和安全性。［2］同时极易产生钢轨磨耗等病害，严重影响钢轨寿命。以下先研究超高的设置这一问题。根据物理学原理，要使物体做圆周运动，必须给物体一个与线速度方向垂直并且沿半径指向曲率中心的向心力。那离心力是什么呢？在分析问题时，我们需要选取不同的参考系，离心力是选取非惯性系时虚拟出来的一个力。我们选取随车体绕弯道的曲率中心转动的参考系。从这个非惯性系来看，车体是静止的，它在惯性离心力、重力以及轨道的作用力下达到“平衡”o（见图1,2所示）分以下两种情况：1）若外轨和内轨等高外轨和内轨等高（如图3所示），则沿水平方向，惯性离心力Fn与外轨道对外侧车轮的侧压力平衡。设两车轮间距为S,车体重心离轨道平面的高度为h,曲线半径为R,外轨的侧压力为Fl,支持力为FN1,内轨道的侧压力为F2,支持力为FN2。则有由竖直方向的平衡条件：根据力矩平衡条件，取车轮与外轨的接触点为参考点，有由此可解得：，设，可见外轨的支持力比大，内轨的支持力比小。是一个变化量，常称为增减载量。在车体（重心等高）和轨距一定的条件下，车速越高，质量越大，曲率半径越小，就越大。这种条件下，外轨磨损大而•且磨损速度快，运行其上的列车颠覆机率高，严重威胁到行车安全。2）若外轨高于内轨如果将外轨抬高（如图4）,理想状态下可以使外轨和内轨不受侧压力，并且两轨道对列车的支持力均等，近似列车重力的一半。推导如下：假定外轨比内轨抬高量为，由水平方向力的平衡条件有：得：（1）通常9角很小，那么三角函数值，因此可以得到外轨超高的计算公式为：（2）垂直于轨道的合力为零有：,绕中心的力矩平衡，则可得到（3）由此可见，超高设置合适，有利于曲线的安全运行，对钢轨寿命也可以有效保证。对于式（2）而言，S是内外两个车轮的间距，比轨距（一般为1435mm）略大，对内外两轮均增加半个轨面长度（约合72mm）,S值可近似为mm,V的单位取km/h,R的单位取m,h的单位取mm,g=9.8m・s~2,则由（2）可得（4）这就是我国铁路技术管理规程中用以计算曲线外轨超高的公式，也是曲线外股抬高的理论基础。因此，曲线超高的定义是为了平衡列车行驶在曲线上所产生的离心力，使曲线地段外股钢轨高于内股钢轨的数值。曲线超高的大小由列车通过吋离心力的大小确定。由于离心力与行车速度的平方成正...