企業(yè)鐵路曲線護(hù)輪軌輪緣槽寬度的探討

李兆林

【摘 要】本文針對(duì)冶金企業(yè)鐵路多為小半徑曲線需安設(shè)護(hù)輪軌的現(xiàn)狀，對(duì)護(hù)輪軌輪緣槽的有效設(shè)置寬度進(jìn)行了計(jì)算與探討。

【關(guān)鍵詞】冶金企業(yè)鐵路;曲線護(hù)輪軌;輪緣槽寬度探討

0 前言

冶金企業(yè)由于受地形限制，鐵路曲線多為小半徑。機(jī)車車輛通過小半徑曲線時(shí)，由于離心力的作用，迫使車輪緊貼外軌，增大了外軌軌頭的側(cè)面磨耗。如橫向力過大，可使外軌橫向移動(dòng)。當(dāng)曲線半徑更小時(shí)，根據(jù)輪軌間的內(nèi)接條件，使加寬值超過一定界限，有可能使一側(cè)車輪1/10坡度段的輪踏面置于軌頭側(cè)面小圓弧處，在各種最不利條件存在時(shí)，就有可能引起車輪脫軌，影響行車安全。為避免上述情況發(fā)生，應(yīng)在曲線里股側(cè)或曲線里股和外股的各自內(nèi)側(cè)設(shè)置護(hù)輪軌，可防止脫軌和鋼軌過度磨耗，且安設(shè)護(hù)軌可增加線路的橫向鋼度，增加曲線行車的安全性。

1 曲線內(nèi)護(hù)輪軌輪緣槽寬度的計(jì)算方法

1996年5鋼鐵廠總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)手冊(cè)6第6.9.1.1條規(guī)定：半徑≦150m的曲線應(yīng)鋪設(shè)護(hù)輪軌。

內(nèi)側(cè)護(hù)輪軌的作用：機(jī)車車輛通過曲線時(shí)，車體離心力推動(dòng)車輪向曲線外側(cè)移動(dòng)，由于鋪設(shè)了內(nèi)護(hù)輪軌擋住了內(nèi)輪，就使得外輪輪緣不致緊貼外軌，從而減輕了外軌軌頭的側(cè)面磨損;當(dāng)線路軌距擴(kuò)大或其他不利情況發(fā)生時(shí)，可有效地防止脫軌。

確定內(nèi)護(hù)輪軌輪緣槽寬度的條件：

（1）輪緣槽寬度應(yīng)使沿外軌轉(zhuǎn)動(dòng)的車輪正好與外軌工作邊相接觸，而不施橫向力于外軌，以防止外軌軌頭側(cè)面磨耗;

（2）輪緣槽應(yīng)有必要的寬度，使所有沿內(nèi)軌轉(zhuǎn)動(dòng)的車輪輪緣與主軌和護(hù)輪軌工作邊正好接觸而不致卡住。

根據(jù)上述兩個(gè)條件建立輪緣槽寬度公式;

（1）滿足第一個(gè)條件，并結(jié)合圖1可列出關(guān)系式如下：M=s-t-h-E1-E2

由于關(guān)系式右側(cè)各參數(shù)均具有最大值和最小值，故其最不利的組合情況為：最大輪緣槽寬度（Mmax）為曲線段之最大軌距減去上式中后四項(xiàng)的最小值;最小輪緣槽寬度（Mmin）為曲線段之最小軌距減去上式中后四項(xiàng)的最大值。寫成公式為：

Mmax=（S+Sj+6）-tmin-hmin-E1-E2（1）

Mmax=（S+Sj-2）-tmax-hmax-E1-E2（2）

式中，S——標(biāo)準(zhǔn)軌距，即1435mm;

Sj——曲線段軌距加寬值;

6、2——分別為軌道軌距容許正、負(fù)差;

tmax、tmin——輪對(duì)內(nèi)側(cè)距離（即輪背距）最大值和最小值;

hmax、hmin——輪緣厚度最大值和最小值;

E1——護(hù)輪軌工作邊磨耗值，最大值為2、最小值為0;

E2——軌道加荷載后，輪背距減少值或增大值，對(duì)內(nèi)燃、電力機(jī)車和車輛的輪對(duì)此值為減小值，即E2=-2;對(duì)蒸汽機(jī)車輪對(duì)則為增大值，即E2=2。

圖1 內(nèi)護(hù)輪軌輪緣槽的結(jié)構(gòu)

當(dāng)軌道加荷載后，鋼軌發(fā)生彈性擠開而引起的軌距擴(kuò)大，只有起到減少磨耗的作用，且由于設(shè)置了護(hù)輪軌，軌道結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，鋼軌的彈性擠開量將很小，故忽略不計(jì)。

討論：令滿足第一條件設(shè)置護(hù)輪軌輪緣槽寬度為M1，

當(dāng)M1

如M1>Mmax時(shí)，則護(hù)輪軌失去防止上股鋼軌磨耗的作用;當(dāng)M1大于Mmax到一定限度時(shí)也起不到防止脫軌的作用。在具體選用輪緣槽寬度M1時(shí)，應(yīng)盡可能使其接近且稍小于Mmin即M1

（2）滿足第二個(gè)設(shè)置條件列出的輪緣槽寬度公式可結(jié)合圖2來推導(dǎo)。

圖2 內(nèi)護(hù)輪軌輪緣槽的結(jié)構(gòu)

圖2為4軸車架在曲線中的位置。其中，P1、P2和Q1、Q2分別為車輪與線路軌和護(hù)輪軌工作邊的接觸點(diǎn)，考慮最不利因素組合情況下，護(hù)輪軌輪緣槽寬度為：

M2=f1+hmax-f2+S（3）

式中，f1——由Q1和Q2在護(hù)輪軌工作邊上形成的內(nèi)矢距（取最大值）;

f2——由P1和P2在線路軌工作邊上形成的內(nèi)矢矩（取最小值）;

Hmax——最大輪緣厚;

S——輪對(duì)內(nèi)側(cè)距離的裝配誤差，取最大和最小輪背距差數(shù)之半。

為滿足第二個(gè)設(shè)置條件，所設(shè)置的輪緣槽寬度M應(yīng)大于或等于M2。

綜上所述，為滿足設(shè)置內(nèi)護(hù)輪軌的兩個(gè)條件而確定的輪緣槽寬度為：

M2≦M=M1（M1不大于Mmin）（4）

2 算例

設(shè)計(jì)條件：所設(shè)計(jì)的鐵路曲線半徑為120m，通行東風(fēng)10D內(nèi)燃調(diào)車機(jī)車和260t混鐵車。

計(jì)算要求：計(jì)算曲線半徑為120m的線路設(shè)置內(nèi)護(hù)輪軌輪緣槽寬度，計(jì)算過程如下：

2.1機(jī)車車輛的輪對(duì)尺寸

機(jī)車車輛的輪對(duì)尺寸見表1。

表1 機(jī)車車輛的輪對(duì)尺寸

2.2 計(jì)算中用到的參數(shù)

（1）軌道加寬后的軌距：按技規(guī)規(guī)定，R=120m，軌距加寬值25mm，曲線段的軌距為S=1460mm。

（2）E1值：E1max=2;E2min=0

（3）E2值：內(nèi)燃機(jī)車E2=-2;車輛E2=-2

（4）f1和f2為簡(jiǎn)化計(jì)算，本算例略去車輪超前值，同時(shí)不考慮內(nèi)、外軌工作邊的半徑不同，而僅以線路中心線半徑計(jì)算（即設(shè)計(jì)條件中規(guī)定的半徑）。

計(jì)算公式：

f1=L2/2R， f2=L2/2R2，

表2 R=120mm時(shí)的計(jì)算值f1、f2 （mm）

注：表內(nèi)按f1、f2皆按靜力強(qiáng)制內(nèi)接計(jì)算.

2.3 計(jì)算Mmax和Mmin

計(jì)算R=120m時(shí)，護(hù)輪軌輪緣槽寬度，表3表4是計(jì)算滿足第一個(gè)設(shè)置條件的輪緣槽寬度Mmax和Mmin計(jì)算公式為：

Mmax=（S+6）-tmin-hmin-E1min-E2，

Mmin=（S-2）-tmax-hmax-E1max-E2。

表3 Mmax的計(jì)算值（mm）

表4 Mmin的計(jì)算值（mm）

由此可見，為滿足第一個(gè)設(shè)置條件，輪緣槽的設(shè)置寬度應(yīng)取M1=69mm。表5為計(jì)算滿足第二個(gè)設(shè)置條件的輪緣槽寬度M2=f1+hmax-f2+S計(jì)算公式，為滿足第二個(gè)條件，表為中應(yīng)取較大值M2=49.5mm。

表5 滿足第三個(gè)設(shè)置條件的輪緣槽寬度

綜合考慮上述兩個(gè)設(shè)置條件，設(shè)計(jì)線路護(hù)輪軌輪緣槽寬M應(yīng)滿足方程式：M2≦M=M1，實(shí)際值應(yīng)為69mm。

3 效果

新鋼從2013年10月開始改造鐵路小半徑曲線時(shí)，按本文的計(jì)算方法計(jì)算的寬度值69mm設(shè)置護(hù)輪軌輪緣槽，效果很好。鐵路曲線外軌軌頭磨耗很少，延長(zhǎng)了曲線外軌使用壽命，且沒有出現(xiàn)脫軌事故，保證了行車安全。

【參考文獻(xiàn)】

[1]傅永新，彭學(xué)詩.鋼鐵廠總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].冶金工業(yè)出版社，1996.

[責(zé)任編輯：湯靜]