3．相同轨道结构、不同种类的轨道不平顺，动、静态幅值之间的差异和相互关系各不相同。
三、轨道不平顺的特征描述 （一）轨道不平顺的随机性
实际存在的轨道不平顺都是经常变化且不规则的，不同位置轨道不平顺的幅值和波长都各不相同。
轨道不平顺波形大多不是单一规则的简谐波、三角波或抛物线形波，而是由许多无法预知的不同幅值、不同波长、不同相位的简谐波迭加而成的杂乱无章随机波（图2-1-11）。
图2-1-11 随机性轨道不平顺波形
（二）局部轨道不平顺的特征描述
1．对随机性局部轨道不平顺不规则波形特征的描述不像对规则的正、余弦波那样简单，只用一个幅值η、波长λ等参数，就能将不规则波形的特征确切地描述清楚。
通常情况下，对于不规则的轨道不平顺局部波形特征可用幅值η、半波长L、1/4波长、平均变化率、波数和谐振波形等描述。
2．局部轨道不平顺的波形特征(图2-1-12)
图2-1-12 局部轨道不平顺波形特征
3．具有谐振波形特征的不平顺
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谐振波长范围内的三波以上周期性不平顺见图2-1-13。
图2-1-13 具有谐振波形特征的不平顺
（三）连续轨道不平顺的幅值统计特征
个别地点的局部波形特征不能代表一段轨道的总体状态，区段轨道的平顺状态应根据标准差、均方差等统计特征进行描述。以里程位置x为横坐标的某段轨道不平顺??x?的公式如下。
均方值公式：???标准差公式：???21x2??x?dx ?0x1n??i????2 ?ni?1轨道不平顺的标准差能确切地表示各段轨道不平顺在幅值方面的的严重程度。
轨道不平顺的均方值与激扰能量相关。
（四）轨道不平顺的功率谱密度
功率谱密度是具有全面表达轨道不平顺特征的统计函数，能够揭示看起来杂乱无章随机变化的轨道不平顺的幅值和波长两方面的信息。对于科学评定轨道的平顺状态、诊断轨道的病害，研究轨道不平顺引起的车辆响应以及对高速机车车辆悬挂系统的设计等非常重要。
（五）高平顺性线路的特点
高平顺性线路的高低、轨向、水平、扭曲和轨距偏差等局部孤立存在的不平顺幅值小；连续成段大量存在的各种不平顺幅值的标准差很小；敏感波长和周期性不平顺的幅值小，具有谐振波形特征的不平顺幅值更小；焊缝不平顺、新轨的平直性偏差极小；轨道不平顺各波长成分的功率谱密度值都很小。
第二节 轨道不平顺管理
一、轨道不平顺与行车安全的相互影响 （一）轨道不平顺的特点
轨道是由泥土、岩石、钢材、木材、混凝土等多种材料组成的，它有别于房屋、
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桥梁等建筑物，是一种较为松散的建筑结构形式。在列车和各种外力作用下，容许存在一定的弹性和塑性变形。在使用过程中轨道结构的状态不断变化，产生各种轨道不平顺。伴随列车的不间断运行，轨道不平顺不可避免。
列车车轮在轨道上周而复始的作用，其轮轨作用力使轨道不平顺不断发生、发展恶化。各种轨道不平顺对列车运行平稳性、乘坐舒适性、运行安全性、轮轨作用力、车辆和轨道部件的使用寿命、轨道状态的恶化速度均有较大影响。轨道不平顺的变化也会造成列车车辆运行部件的伤损加剧和使用寿命的减少，严重的轨道不平顺会引起列车颠覆或脱轨。轨道状态与列车运行的相互作用关系，直接关系铁路运输安全效益，所以必须高度重视。
为确保轨道始终处于良好工作状态，满足运输安全要求，必须经常了解和掌握轨道状态的日常变化，熟悉轨道不平顺发生、发展变化的规律，根据这种变化特点进行必要的养护维修，根据轨道状态的恶化制定相应的大、中、综合维修计划。按照轨道状态修要求，采用养修分开或管修分开的模式，利用机械化维修手段，运用科学的轨道管理技术，使轨道经常处于良好状态。
轨道不平顺具有以下几方面特点：
1．轨道不平顺是引起列车振动、轮轨动作用力增大的主要根源之一。 2．对行车平稳舒适和行车安全都有重要影响。
3．平顺性是轨道方面直接限制行车速度的主要因素。
4．轮轨相互作用的理论研究和国外高速铁路实践证明，在高平顺的轨道上，稳定运行的高速列车的振动和轮轨间的作用力都不大，行车安全和平稳舒适性能够得到保证，轨道和车辆部件的寿命和维修周期较长。
5．即使线、桥、路基在结构强度方面完全满足要求，高速条件下各种轨道不平顺引起的车辆振动、轮轨噪声和轮轨动作用力将大幅增加，使平稳、舒适、安全性严重恶化，甚至导致列车脱轨。
（二）机车车辆与轨道平顺状态的相互影响
轨道的平顺性是列车高速、重载运输控制的主要因素，同时机车车辆的运行品质又影响轨道不平顺的发展变化。轮轨间相互作用力（横向力、垂向力）、列车通过总重（作用力大小和作用次数）、机车车辆性能参数、运行速度等又对轨道不平的发展变化产生重要的影响。
1．轨面短波不平顺与轮轨冲击关系
经过大量科研试验和既有线提速改造试验的数据分析，伴随行车速度的不断提高，对于轨道的平顺性要求越来越高。高速行车条件下，轨面短波不平顺即使幅值微小也能够引起轮轨强烈冲击振动，产生巨大轮轨作用力。容易加剧机车车辆走行部件的伤损和破坏，因而高速铁路必须严格控制轨面短波不平顺的发生发展。
通过综合试验得知，0.2mm微小焊缝迎轮台阶形不平顺，300km/h时引起的轮轨冲击高频作用力可达722kN，低频轮轨作用力达321kN，加速道碴破碎、道床路基产生不均匀沉陷，形成较大的中长波不平顺。
轨面短波不平顺不仅引起巨大的轮轨作用力，还能诱发钢轨、轮轴断裂，导致恶性脱轨事故。在高速条件下，焊缝不平、轨面剥离、擦伤、波形磨耗等各种微小轨面短波不平面都是产生严重轨道不平顺，恶化轨道几何状态的重要根源。近年来，
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德国高速列车装有降噪声橡胶圈的车轮部件伤损、轮箍脱落、列车脱轨倾覆等事故的频繁发生，引起了对高速列车轮轨动力作用的高度重视，成为其他国家发展高速铁路汲取经验教训的典范。
2．小幅值不平顺对振动舒适性的影响 根据ISO 2631/1-85国际振动环境“工作能力减退”限度标准，乘务人员在2Hz，0.07g横向振动环境下，大约连续工作3小时后就会疲劳，工作能力下降，司机的判断、应急能力减退。
根据国外研究表明，幅值5mm，波长40m的轨道连续方向不平顺，在常规速度下振动很小，但速度达300km/h时，车体便能够产生频率2Hz，加速度为0.O7g（RMS值为0.O45g）的横向持续振动。此种局部轨道不平顺虽然幅值较小、作用时间较短，但在列车高速运行情况下，引起车体振动加速度，其危害却巨大。日、法、德等国在高速运行线上，对这种局部轨道不平顺的管理作出了明确的规定，该不平顺引起的瞬时作用的垂向加速度不得大于0.12～O.l5g，横向加速度不得大于0.1～O.12g。
我国铁道科学研究院在这方面也做了大量的科学研究试验，并在我国主要干线得到了充分的验证和相应结论：1～1.5Hz的横向振动加速度大于0.16～O.l8g时，将使人站立不稳，行走时会摔倒；大于0.15～O.25g时，锅、盆、杯、碗内液体将溢出。
为不致摔伤、碰伤、烫伤旅客和餐车工作人员，弄赃旅客的衣物，作出不允许出现可使车体产生横向0.15g的局部轨道不平顺管理标准。
3．轨道不平顺波长范围对行车安全的影响
伴随行车速度的不断提高，对行车安全有影响的轨道不平顺波长范围也随之扩大。运行速度从120提高到200、300km/h，需要控制的轨道不平顺波长围由30m扩大到70m甚至120m，长波不平顺对车体振动的影响更加重要，由此监控和校正的波长范围也大为增加。
4．高速铁路的1Hz问题
日、法高速铁路都曾遭遇“不明原因”车辆大幅振动（所谓1Hz问题），高速车辆车体的自振频率多在1Hz左右，与车体自振频率一致或接近的不平顺，引起了车体的强烈谐振。在高速行车条件下，必须对激振频率为1Hz左右的具有谐振波长特征的轨道不平顺严格控制和加强管理。
5．轨道易产生与车辆主振频率相同的周期性轨道不平顺 在高速铁路上，主型车辆所占的比例极大，车辆主振频率比较单一（图2-2-1），并且区间行车速度基本固定，使得轨道易产生与车辆转向架或车体主振频率相同的危害更大的周期性轨道不平顺。单一频率的轮轨力易使轨道产生周期性不平顺，轮轨系统的敏感波长和易产生的轨道周期性波长范围增加。
300～350km/h时，车体振动的敏感波长在40～100m范围，转向架的敏感波长为7～12m。因此，对于高速轨道上易产生的40～100m、7～12m两个波段的周期性不平顺应加强管理。
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图2-2-1 车辆振动频率与速度的关系
近年来，我国既有线路运行速度不断提高，特别是速度140～l60km/h区段，出现一种波长2.8～3.2m的钢轨周期性不平顺，致使旅客乘座舒适度下降，轨道状态逐渐恶化。经轮轨动力学仿真分析发现，这种周期性不平顺在300～350km/h时所产生激扰频率，正是轨道的共振频率，十分有害。
6．由不平顺引发的事故后果非常严重
在高速行车条件下，如果轨道平顺性恶化，一旦引发脱轨事故将伤亡惨重，这种事故所造成的危害，要比低、中速运行时严重得多。应严格地控制高速轨道的平顺性。从源头上防范，杜绝可能导致列车脱轨的轨道不平顺的出现。
二、轨道不平顺管理
（一）轨道不平顺管理技术
轨道是铁路运输的基础，其平顺性是制约铁路提速和重载运输的关键。如何提前预防和预测其发展态势是实现轨道状态科学管理的关键环节。
轨道不平顺管理技术是通过对铁路运输基础设备真实状态的检测、监控，分析和评估其状态质量，综合统计分析轨道状态的变化规律来制定经济合理的轨道养护维修计划，确保列车运行的轨道始终处于良好工作状态。
伴随铁路高速重载运输的不断发展,世界各国不仅重视高技术、高科技产品在铁路方面的应用，更加高度重视成熟先进的管理技术与管理方法的应用和借鉴。在铁路硬件设施趋于完善的情况下，相应配套的铁路基础设施软件将是实现铁路安全运输的重要保障。其软件部分包括轨道管理体制，轨道养修模式和养修手段，轨道状态检测手段，轨道状态管理、评价标准，安全标准的确立，以及其他管理技术的补充与完善等等。
（二）控制轨道平顺性的重要性
轨道的平顺性问题是影响列车安全运输的关键问题，在轮轨粘着、机车车辆等牵引条件满足的情况下，轨道的平顺状态是制约列车速度提高的主要因素。如果轨道的平顺状态满足要求，列车的振动和轮轨间的附加动荷载都会在允许范围之内，行车安全和平稳舒适就能得到保证。
面对铁路运输的高速发展,安全始终是铁路运输永恒的主题。世界各国高速重载运输的成功经验告诉我们，只有严格控制轨道状态的平顺性，牢固掌握轨道状态的恶化机理，提前预测轨道状态变化的情况，才能确保铁路高速重载运输的安全。因此，如何实时检测轨道的实际状态，有效的控制轨道不平顺的发生、发展，是实现
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