重载铁路小半径曲线钢轨磨耗初探
时间：2020-12-13 08:05:26 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
(神华准能大准铁路公司 工务机械段，内蒙古 薛家湾 010300)
摘 要：文章通过分析钢轨伤损原因，提出了整改方法：
减缓轮轨的磨耗速度，延长设备的使用周期，探索小半径曲线的养护维修方法。
关键词：小半径曲线；
钢轨磨耗；
整治铁路
中图分类号：U216.42+6 文献标识码：A 文章编号 ：1007—6921(2009)20—0112—02
大准线东起大同东站西至准格尔旗薛家湾站，是处于西煤东运北通道上的一条重要运煤专用 铁 路。设计初轨道结构为次重型，路基丹州营至薛家湾段次重型(比照重载路基压实)、大同东 至丹州营段重载路基。大准铁路原年设计运输能力为1 500万t，货物运输在2002年突破设 计运能后，运量平均每年以650万t的热血传奇私服规模递增，并于2006年开行C80车辆编组的万 吨列车，为 解决日益突出的运能与运量的矛盾，大准铁路于2006年将全线50kg/m钢轨普通线路更换为60 kg/m钢轨的无缝线路。随着运量逐年增大，小半径曲线病害日益加剧，钢轨伤损依然严重， 针对大准铁路现状，技术人员积极分析钢轨伤损原因，努力探索小半径曲线的养护维修方法 ，改善机车车辆曲线通过条件，减缓轮轨的磨耗速度，延长设备的使用周期，逐渐形成了一 整套有效的维修方法，在线路维修中广泛使用，目前效果良好。
1 小半径曲线病害
1.1 造成小半径曲线“鹅头”
曲线方向不良多发生在曲线头尾处，曲线“鹅头”与反弯主要原因是养护维修作业方法不当 ，如用目视指挥拨道，习惯于上挑，从而破坏了曲线头尾的正确位置，使用简易计算法拨道 ，由曲线中间向两端拨道也有可能产生“鹅头”，设置缓和曲线长度、超高及轨距加宽递减 不合理，道床不实时，也易产生“鹅头”，列车动力的作用也有较大影响。
1.2 钢轨伤损
1.2.1 钢轨磨损
1.2.1.1 黏着磨损。轮轨之间的黏着磨损是造成钢轨磨损的重要原因。黏着磨损的磨损量 与钢 轨承受的荷载成正比，而与钢轨材质的屈服极限成反比。由于轮轨接触应力达到一定值后引 起钢轨表面金属的塑性变形，而后由于塑性变形的累积形成表面裂纹，在车轮荷载的循环作 用下使裂纹不断扩展，最终导致剥离掉块。为减少重载铁路钢轨的严重磨损，就必须采用屈 服极限较高的强韧钢轨和减小轮轨接触应力。
1.2.1.2 磨粒磨损。磨粒磨损也是轮轨磨损的一个重要原因。在列车转向架通过小半曲线 时， 转向架前轴外轮踏面与曲线外轨顶面接触，而车轮轮缘则与轨头侧面接触，形成轮轨两点接 触状态，使两点间存在导前值。当车轮滚动时，轮缘将磨削轨头侧面，也造成轮轨之间的磨 粒磨损。
1.2.1.3 表面疲劳磨损。在反复应力循环作用下，滚动接触表面将产生表面疲劳磨损。表 面疲劳磨损与接触时的最大弹性应力有关，列车轴重增加将严重缩短钢轨失效时间。
1.2.2 曲线钢轨侧磨
1.2.2.1 机车车辆一般是依靠导向轮轮缘导向通过曲线时，由于机车轴重大，轴距大，通 过曲线时轮轨间产生的横向作用力较大，能引起较大的钢轨应力及钢轨磨耗。
1.2.2.2 轮轨接触几何关系。当车辆沿线路运行时，轮轨接触点的位置不断发生变化，轮缘与轨头侧面之间在接触点处将 会产生相对滑动，造成轮缘与轨头侧面的磨耗，而且轮缘接触点离踏面接触点的垂向距离越 大，则摩擦越严重。
1.2.2.3 轨道几何参数对侧磨的影响。曲线轨道几何参数包括超高、轨底坡、曲线的圆顺度等。几何参数的设置是根据列车运行速 度和曲线半径决定的。如果设置不当，则可造成曲线钢轨侧磨。适当调整几何参数可改变轮 轨间的受力，并使轮轨间有良好的接触点，从而达到减缓钢轨侧磨的目的。
超高过大，列车的重量偏载于内股钢轨，会加大内股钢轨垂直磨耗，同时也会增加外股钢轨 的侧磨。因为内外股钢轨长度不等，当车轮箍导向车轮轮缘靠处股走行时，可以利用轮缘踏 面锥形坡度来弥补一部分，但在后轴上，一般内股轮缘紧贴内股，使内外钢轨行程差值相对 较大，只有靠外轮沿纵向滑动或内轮向后滑动来调整，导致外轨的侧向磨耗；
如果超高过小 ，离心力得不到平衡，增大的横向力导致曲线外股侧磨增加。
在曲线轨道上，只有当轮对外轮的滚动半径大于内轮的滚动半径时，转向架才有良好的曲线 通过性能，从而减少车轮对钢轨的滑动摩擦。曲线上股轨底坡较小时，车轮踏面的滚动半径 增大，内外轮滚动半径差减小，滑动摩擦距离增大，从而加剧曲线外股钢轨的侧磨。
曲线圆顺度的不良直接引起轮轨横向力及导向力的改变，在圆顺度不良曲线范围内的1/4段 内，其导向力和冲角都较大。从现场观察可知，在此范围内经常出现钢轨最大侧磨点。曲线 圆顺度不良对钢轨轨头侧磨的影响是曲线正矢差小的地方，钢轨轨头侧磨速率的平均值相应 就小，反之钢轨轨头的侧磨速率就增大。
2 小半径曲线病害整治措施
2.1 防治曲线“鹅头”
日常曲线养护拨道时，一定用绳正法计算拨道量，全长范围内拨道并预留回弹量，合理做好 轨距加宽、超高与正矢递减，做到三者同步等量进行。在小半径曲线头尾处，应保持足够的 道床厚度，加强道床夯实，并保证曲线外股有足够的道床宽度。
2.2 合理调整轨道几何参数，减少侧磨
2.2.1 轨距
将轨距保持在标准轨距的0～-2mm，小半径曲线由于离心力的作用，轨距普 遍大6mm 左右，且不易保持。为使轨距保持在规定的范围内，将小半径曲线钢轨外侧的普通轨距挡板 更换为轨撑式挡板。
2.2.2 设置合理的曲线超高
通常根据列车通过曲线的平均速度来设置曲线外轨超高，因 此， 多数列车通过曲线时不时出现欠超高就是出现过超高。设置过超高，由于向心力的作用，导 向力减小，但增大了轮轨冲角；
反之导向力增大，轮轨冲角减小（见图1）。技术人员通过 查阅资料、反复试验及现场观测，得出轮轨冲角在一定范围内减小优于导向力减小对钢轨侧 磨的影响。因此，根据实测速度及现场外轨侧磨合内轨压溃情况，及时调整曲线超高。
2.2.3 保持曲线圆顺
现场在整正曲线时，为方便计算与施工，往往把非10m倍数的非整 点人为 地化为整桩点，从而延长或缩短了曲线长度，这就必然造成曲线不圆顺。技术人员采用以下 措施整正曲线：①增加缓和曲线正矢的标示数量，每5m标记一个正矢点，更换好的控制曲线 正矢、超高递变率；
②使用全站仪测量计算拨道量，采取精确作业法配合大机整治曲线正矢 ；
③进一步规范曲线检查，日常按规定定期检查曲线高低、水平、轨距(作业时控制标准0～ -2mm)、方向、正矢等几何尺寸，同时还重点检查曲线超高顺坡率、轨距变化率、正矢递变 率及曲线前后150m范围内直线地段的各项几何尺寸及顺坡情况；
④日常养护维修拨道按“绳 正法”理论，把各曲线桩点拨量算出进行拨道；
⑤对曲线进行地锚拉杆加固，以增加曲线的 横向框架刚度，确保其稳定性。
2.2.4 改变轨底坡
改变轨底坡实际上就是调整轨顶坡，使轮轨接触点发生变化而有利于 轮对通过曲线，减少外轨轨底坡可增大内外轮的滚动圆半径差，这样可减小轮轨之间的摩擦 。内轨轨底坡增加后，轮对横移量、横向作用力和摩擦功均有不同程度的减小，加大内轨轨 底坡对减缓钢轨的侧磨起到相当有利的作用。曲线外轨轨底坡保持原有的1/40，里股轨底坡 改为1/20，可提供较大的内外轮滚动半径差，减少车轮滑动，进而减轻钢轨磨损。
2.3 减小轮轨间的摩擦系数
当列车通过曲线时，由于轮缘以一定的冲角帖靠钢轨侧面，在轮缘与钢轨头部侧面之间就会 产生摩擦力。在轮缘、轨侧采用润滑措施，对曲线上股钢轨进行涂油，减少钢轨侧磨效果十 分显著。经试验，润滑工况与干摩擦工况相比，钢轨侧磨迅速下降，减磨效果可达2～10倍 （见图2）。在保证机车正常牵引和制动的条件下，润滑对改善轮轨的摩擦，降低列车的牵 引能量消耗，带来较大的经济效益。
以上的方式只是在既有轨道基础上进行了整治。由于大准线设备现状与逐年增长的运量已不 相适应，与重载铁路的标准不相匹配。采用重型轨道能有效提高轨道的横向框架刚度，增加 道床的横向阻力，从而提高线路的稳定性。大准铁路公司为了适应运量的要求，减少曲线钢 轨侧磨，降低维修成本，已于2008年开始将大准线既有JⅡ型轨枕逐步更换为Ⅲ型混凝土轨 枕。要从根本上进行整治，建议选用耐磨的全长淬火钢轨，组织开展翻浆冒泥路基病害大修 施工，全面改善道床质量状况；
使用大型养路机械维修线路，优化线路几何参数，提高线路 质量，从而减少病害，降低维修成本，提高运能。
