基于轮轨动态测试的地铁列车运行平稳性异常问题分析*

王 进 李克飞 吴宗臻 王文斌

(1.北京市轨道交通建设管理有限公司，100068,北京；2.城市轨道交通全自动运行系统与安全监控北京市重点实验室，100068,北京；3.中国铁道科学研究院集团有限公司城市轨道交通中心，100081,北京//第一作者,高级工程师)

近年来，多个城市地铁线路开通运营后出现列车晃动及轨道病害等问题[1-3]，地铁运营舒适性逐渐成为社会关注的焦点。以往的地铁轨道工程验收以静态验收为主，缺乏针对轮轨关系的相关动态测试工作。随着乘客对列车运行舒适性要求的日益提升，借鉴高速铁路联调联试[4-7]，北京地铁率先开展了轮轨动态综合检测工作，为既有线轮轨病害诊治提供数据支持，为新建线路安全、舒适开通运营提供技术保障。

2019年初，交通运输部办公厅印发的《城市轨道交通初期运营前安全评估技术规范 第1部分：地铁和轻轨》[8]，要求对城市轨道交通开展关于轮轨、弓网关系的系统联动测试，确定各系统之间的协同工作性能，以保障新建线路运营的安全性和舒适性。

某新建地铁线路试运行阶段开展了轮轨、弓网动态综合测试工作，发现列车在某些区段存在平稳性异常问题。通过轮轨动态测试及现场调查等方式对列车平稳性问题进行分析，确定轨向异常是导致列车平稳性异常的原因，并对轨向进行针对性精调及整治。结果表明，列车运行平稳性复测结果满足标准要求。本文系统阐述了列车平稳性异常问题发现、治理和验证的过程，同时也说明了地铁新线开通前开展轮轨动态测试的必要性。

1 列车运行平稳性的影响因素

车辆、线路及轨道等因素对列车运行平稳性均存在一定的影响。某运营线路地铁列车平稳性存在异常，结合列车运行平稳性综合分析曲线(见图1)可以看出,道岔区、出入曲线段、轨道类型过渡段等位置，列车平稳性均存在突变。

图1 列车运行平稳性综合分析示意图

此外，列车速度、车辆状态、轨道不平顺等因素对列车运行平稳性也存在一定的影响[9-10]。

2 列车运行平稳性异常问题分析及整治

某新建地铁线路试运行阶段开展了轮轨、弓网动态综合测试工作，发现列车在某些区段存在平稳性异常问题。本文系统阐述了列车运行平稳性异常问题发现、治理和验证的过程。

2.1 列车运行平稳性测试标准

地铁列车运行平稳性的测试方法和评价标准按照GB 5599—1985《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》[11]执行。在Tc(带司机室的拖车)和Mp(有受电弓的动力车)相应的测试位置安装振动加速度传感器，布置示意如图2所示，现场安装如图3所示。

图2 车辆运行平稳性测试测点位置

地铁列车运行平稳性基于Sperling的平稳性指标进行评定，Sperling平稳性指标按式(1)计算：

(1)

式中：

W——平稳性指标；

A——振动加速度，以重力加速度g为单位；

f——振动频率，Hz；

F(f)——频率修正系数。

图3 车体平稳性测点传感器安装图

依据GB 5599—1985规定的方法，采用20 s数据通过频谱平均得出的W来确定车辆运行平稳性的等级，如表1所示。其中，垂向和横向平稳性采取相同的评定等级。

表1 车辆运行平稳性等级

2.2 列车运行平稳性测试分析

列车在ATO(列车自动运行)(最高运行速度为100 km/h)模式下的车辆运行平稳性指标，详见表2。由表2可知，区间3中Tc车及Mp车的一位及二位横向平稳性指标较大，最大值达到3.26，超出GB 5599—1985规定的合格要求，列车平稳性出现异常。

表2 各区间W最大值

针对区间3车辆运行中W超限问题，为了将W与行车速度及线路里程位置进行对应分析，对测试数据进行2 s时间计权的平稳性指标计算，计算结果如图4所示。

由图4可以看出，地铁列车在区间3运行时，在K5+730—K5+870和K5+450—K5+630里程范围，Tc车一位端及二位端横向平稳性存在两个较为明显的峰值。

这两个平稳性峰值区段对应的轨道形式和线路情况，如表3所示。

图4 区间3列车运行平稳性曲线

表3 区间3平稳性峰值处的线路信息

2.3 轨道几何状态调查及整改

针对地铁列车ATO运行模式下部分区段车辆运行平稳性异常的问题，对该区间轨道几何状态进行了进一步的现场调查。通过目视光带发现光带存在一定的异常，对异常区段进行10 m弦长和20 m弦长的轨向不平顺进行测量，发现车辆运行平稳性指标超限里程处存在轨向不平顺异常。测量结果表明，K5+730—K5+870直线区段的10 m弦长测量轨向不平顺偏差值为5.5 mm，K5+450—K5+630曲线区段的20 m弦长测量轨向不平顺偏差值为4.9 mm。

TB 10413—2018《铁路轨道工程施工质量验收标准》[12]规定，直线区段轨向不平顺允许偏差为10 m弦长测量下的4 mm，R≤1 600 m曲线段轨向不平顺允许偏差为20 m弦长测量下的4 mm。由此可知，车辆平稳性异常区段的轨向不平顺偏差值均超出了标准限值。

针对轨向不平顺超标的问题，对该区段轨向进行了精调，精调后K5+730—K5+870直线区段的10 m弦长测量轨向不平顺偏差值降低为3.4 mm，K5+450—K5+630曲线区段的20 m弦长测量轨向不平顺偏差值为3.6 mm。

2.4 列车平稳性复测

对轨向不平顺进行整改后，进行ATO(列车最高运行速度为100 km/h)运行模式下的车辆运行平稳性复测，测试结果表明，区间3内列车运行平稳性均已满足标准要求。

另外，对车辆平稳性进行2 s计权分析，详见图5。通过对比可以看出，平稳性异常区段K5+730—K5+870和K5+450—K5+630处的车辆运行平稳性指标明显降低。

图5 整治后区间3列车运行平稳性曲线

综合以上针对列车运行平稳性异常问题发现、治理和验证的过程，可以得出此区段车辆平稳性异常的原因是轨向不平顺。

由此可以看出，针对与行车直接相关的轨道、车辆等系统的功能或性能进行动态综合测试工作，可及早发现轮轨关系方面所存在匹配不良的问题，从而弥补静态验收的不足，保证轮轨更合理地匹配。

3 结语

在某新建地铁线路试运行阶段开展的轮轨动态综合测试中，发现列车在某些区段存在平稳性异常问题。通过轮轨动态测试及现场调查等方式对列车平稳性问题进行分析，确定轨向异常是导致列车平稳性异常的原因，并对轨向进行针对性精调及整治，结果表明列车运行平稳性复测结果满足标准要求。本文对列车平稳性异常问题发现、治理、验证的过程进行了总结。

以往的工程验收以静态验收为主，缺乏针对轮轨关系的相关动态测试工作。随着乘客对列车运行舒适性要求的日益提升，通过对与行车直接相关的轨道、车辆等系统的功能或性能进行的轮轨动态综合测试，可及早发现轮轨关系方面所存在的系统缺陷或匹配状态不良等问题，为整改提供充分的时间，保证轮轨系统最终符合相关标准或设计要求；同时，最终测试数据也可直接为地铁列车初期运营前的安全评估提供依据。