京包線小半徑曲線鋼軌減磨技術(shù)

李大東，郭 翔，戴 強(qiáng)

(1.北京鐵科輪軌安全設(shè)備技術(shù)開(kāi)發(fā)中心，北京 100081;2.廣鐵集團(tuán) 洛張電化改造工程建設(shè)指揮部，湖南 張家界 427304;3.中鐵十七局集團(tuán)有限公司 第五工程有限公司，太原 030031)

京包線小半徑曲線鋼軌減磨技術(shù)

李大東1，郭 翔2，戴 強(qiáng)3

(1.北京鐵科輪軌安全設(shè)備技術(shù)開(kāi)發(fā)中心，北京 100081;2.廣鐵集團(tuán) 洛張電化改造工程建設(shè)指揮部，湖南 張家界 427304;3.中鐵十七局集團(tuán)有限公司 第五工程有限公司，太原 030031)

對(duì)京包線鋼軌側(cè)面磨耗進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，結(jié)合車輛通過(guò)曲線時(shí)的受力情況，分析在該線路上由于軌道結(jié)構(gòu)、車體運(yùn)行及人為因素引起曲線上股鋼軌磨耗的成因。針對(duì)該段曲線磨耗特點(diǎn)提出了減少小半徑曲線上股鋼軌側(cè)面磨耗的一些措施。

小半徑 曲線磨耗 彈性減磨護(hù)軌

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，鐵路運(yùn)輸量的需求越來(lái)越大，特別是煤運(yùn)重載干線運(yùn)量增加，給線路的養(yǎng)護(hù)維修帶來(lái)了很大困難，工務(wù)人員工作量成倍增加，特別是小半徑曲線鋼軌的磨耗問(wèn)題尤為突出。重點(diǎn)分析京包線小半徑曲線磨耗發(fā)生的原因，提出整治措施。

1 京包線小半徑曲線鋼軌側(cè)磨特點(diǎn)

根據(jù)對(duì)京包線現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)重載線路曲線鋼軌的磨耗隨著重載列車進(jìn)入曲線地段，曲線外股鋼軌的垂直磨耗與側(cè)面磨耗程度會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。在京包線上行K565+867～K566+929、曲線半徑 R=385 m、60 kg/m，2007年6月更換混凝土枕，運(yùn)行萬(wàn)噸重載列車、軸重25 t，測(cè)得的磨耗曲線見(jiàn)圖1。在緩圓點(diǎn)處鋼軌的垂直磨耗和側(cè)面磨耗分別是1.20 mm，6.02 mm，重車方向出圓緩點(diǎn)前后各12 m左右范圍內(nèi)鋼軌的磨耗尤為突出，在圓緩點(diǎn)前后1 m，外股鋼軌的最大垂直磨耗和最大側(cè)面磨耗分別達(dá)到6.75 mm，18.83 mm，而整條曲線的平均垂直磨耗為3.52 mm、側(cè)面磨耗為11.93 mm，當(dāng)出圓緩點(diǎn)以后垂直和側(cè)面磨耗均有所減緩。

2 磨耗原因分析

2.1 軌道結(jié)構(gòu)對(duì)鋼軌磨耗的影響

圖1 京包上行線實(shí)測(cè)磨耗曲線

曲線外股軌頭發(fā)生側(cè)面磨耗的主要原因是，當(dāng)列車通過(guò)曲線時(shí)，曲線外軌鋼軌側(cè)面磨耗的嚴(yán)重程度(簡(jiǎn)稱磨耗指數(shù)“W”)主要與作用于曲線外軌側(cè)面的橫向力Q有關(guān)，還與車輪輪緣對(duì)曲線外軌側(cè)面之間的夾角α(簡(jiǎn)稱輪軌沖擊角)相關(guān)，W與 Qα成正比，Q為與車體受到的離心力 F、α和成正比，其中 F=離離為列車速度，R為曲線軌道半徑;G為車體質(zhì)量。

在圓緩點(diǎn)附近容易出現(xiàn)“鵝頭”現(xiàn)象，當(dāng)有“鵝頭”出現(xiàn)后，曲線半徑會(huì)比原有設(shè)計(jì)半徑變小，列車以一定速度進(jìn)入曲線后，車體受到的離心力F離會(huì)因此增大，又因在鵝頭地段的曲線半徑變小，相應(yīng)的輪軌沖擊角α也隨之增大;與此同時(shí)外輪緣對(duì)外股鋼軌的橫向力Q相應(yīng)增大，在這兩個(gè)因素的復(fù)合作用下磨耗指數(shù)W越來(lái)越大，勢(shì)必加劇曲線外股軌頭側(cè)面磨耗。見(jiàn)表1，其中R為曲線半徑，Q為曲線外軌軌頭里側(cè)反作用于轉(zhuǎn)向架導(dǎo)向軸外側(cè)車輪輪緣的導(dǎo)向力(或橫向力)，α為導(dǎo)向軸外側(cè)車輪輪緣對(duì)曲線外軌軌頭里側(cè)的沖擊角(或稱輪軌沖擊角)，W為曲線外股鋼軌側(cè)磨指數(shù)W=Qα。

表1 曲線外股軌頭側(cè)面磨耗指數(shù)

2.2 轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)對(duì)鋼軌磨耗的影響

曲線線路上的超高主要是根據(jù)車輛的平均運(yùn)行速度進(jìn)行設(shè)置，由于車輛轉(zhuǎn)向架在運(yùn)行工況下?lián)u枕在水平方向的偏轉(zhuǎn)將促使車輛的重心不在車輛中心軸線上。列車運(yùn)行速度增大，使列車通過(guò)曲線時(shí)的速度往往大于平均通過(guò)速度，因此，轉(zhuǎn)向架受到的離心力F離也會(huì)增大;車輛通過(guò)曲線時(shí)向心力F向是由自身重力的分力提供，即 F向=Gtanβ，當(dāng)考慮搖枕偏轉(zhuǎn)的因素后，車體重力與軌道垂直方向的夾角 β變小成 β′，與此相應(yīng)的向心力F向均會(huì)減小，而曲線外股鋼軌受到的車輛重力垂直方向的分力P會(huì)增加，(見(jiàn)圖2)P將引起曲線外股軌頭的垂直磨耗加劇;向心力減小的同時(shí)，車輛通過(guò)曲線時(shí)未被平衡的離心力(F離′=F離-F向)會(huì)因此增大，相應(yīng)的曲線外股軌頭內(nèi)側(cè)將承受這部分未被平衡的離心力，引起鋼軌側(cè)面磨耗的加劇。式中F向?yàn)檐圀w受到的向心力，β為理論上車體重力與軌道垂直方向的夾角，β′為車體重力與軌道垂直方向的夾角，P為車輛重力垂直方向的分力，實(shí)際F′離為未被平衡的離心力。

圖2 轉(zhuǎn)向架通過(guò)曲線時(shí)的受力情況

2.3 車輛運(yùn)行對(duì)鋼軌磨耗的影響

運(yùn)煤重載干線上運(yùn)行的列車大部分是1萬(wàn) t～2萬(wàn)t的長(zhǎng)大重載列車，列車長(zhǎng)度達(dá)到1～2 km，曲線地段雖要求限速，但當(dāng)機(jī)車經(jīng)過(guò)曲線一段時(shí)間后，司機(jī)經(jīng)常會(huì)認(rèn)為列車已通過(guò)曲線而開(kāi)始加速，實(shí)際上車輛還在曲線上，加劇了曲線地段鋼軌的磨耗。

3 減磨措施

1)加強(qiáng)曲線地段軌道的維護(hù)管理，把線路的幾何形位控制在維規(guī)范圍之內(nèi)，維修時(shí)，可適當(dāng)減小圓緩點(diǎn)前后各12 m的軌距，控制在維規(guī)規(guī)定的-2 mm誤差附近，當(dāng)發(fā)現(xiàn)曲線外股軌頭側(cè)面磨耗加劇時(shí)，適時(shí)檢修調(diào)整過(guò)大的軌距，并及時(shí)檢查是否有“鵝頭”現(xiàn)象的出現(xiàn)，并適時(shí)進(jìn)行撥道整修。

2)適當(dāng)把圓曲線地段的超高值向圓緩點(diǎn)后延長(zhǎng)3 m左右，并在出緩直點(diǎn)后的直線地段3 m長(zhǎng)范圍內(nèi)設(shè)置約1.5‰的超高遞減順坡，可改善車輛在圓緩點(diǎn)和緩直點(diǎn)附近的受力狀況發(fā)生突變，起到曲線外股鋼軌減小其側(cè)面和垂直磨耗。

3)在小半徑曲線下股鋼軌內(nèi)側(cè)鋪設(shè)彈性減磨、防脫新型護(hù)輪軌，從根本上改善機(jī)車車輛轉(zhuǎn)向架通過(guò)曲線時(shí)的輪軌相互作用力，讓護(hù)軌可分擔(dān)部分橫向荷載;并使導(dǎo)向軸的輪對(duì)，在雙導(dǎo)力作用下，可減小輪軌沖擊角，既起到減少外股鋼軌側(cè)面磨耗，又防止列車脫軌事故的發(fā)生，并強(qiáng)化了小半徑曲線軌道結(jié)構(gòu)橫向穩(wěn)定性，減少維修工作量。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用“-2 mm”維修標(biāo)準(zhǔn)的軌距和適當(dāng)延長(zhǎng)重車方向圓緩點(diǎn)后3 m的超高，使圓緩點(diǎn)處外輪緣與外股鋼軌的沖擊噪聲變小，車體的搖晃有一定減輕，京包線K565+867～K566+929小半徑曲線于2008年11月安裝彈性減磨、防脫護(hù)軌后，整條曲線外股鋼軌使用壽命較之原來(lái)延長(zhǎng)約2～3倍，減少了軌道的運(yùn)營(yíng)維修成本，減輕了工務(wù)人員的維修工作量。

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U213.4+2

B

1003-1995(2010)04-0092-02

2009-12-05;

2010-01-20

李大東(1982— )，男，四川瀘州人，助理工程師。

(責(zé)任審編 王 紅)