重载铁路小半径曲线钢轨磨耗初探_马骥

发布于:2021-12-02 21:10:48

 第 20 期 总第 198 期  2009 年 10 月

内 蒙 古科 技 与 经 济 Inner M o ngo lia Science T echnolo gy & Economy

N o. 20, the 198th issue O ct . 2009

重载铁路小半径曲线钢轨磨耗初探
马 骥
( 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: U 216. 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*均每年 以 650 万 t 的规模递增, 并于 2006 年开行 C 80 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 60kg / 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, *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*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

收稿日期: 2009- 05- 16

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 马骥 ? 重载铁路小半径曲线钢轨磨 耗初探 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*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 6m m 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*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。

2009 年第 20 期 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; 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; 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。

图 1 导向力随摩擦系数的变化曲线 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: 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; 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; 进一 步规范曲线检查, 日常按规定定期检查曲线高低、 水 *、 轨距( 作业时控制标准 0~- 2mm ) 、 方向、 正矢

图 2 轮轨过曲线时摩擦功 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。

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