大秦鐵路鋼軌使用壽命和延長(zhǎng)措施研究

趙國(guó)震

摘 要：近年來(lái)，隨著大秦鐵路全線運(yùn)量的不斷上升，鐵路負(fù)載也在不斷加大，已成為世界上年運(yùn)量最大的鐵路干線，但其鋼軌的磨損程度和使用壽命也在隨之下降和縮短。針對(duì)大秦鐵路的運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，對(duì)如何延長(zhǎng)鋼軌的使用壽命進(jìn)行了探討，以供有關(guān)鐵路運(yùn)輸人員參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：大秦鐵路；使用壽命；鋼軌；鐵路運(yùn)輸事故

中圖分類(lèi)號(hào)：U213.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.080

大秦鐵路作為我國(guó)重要的重載鐵路之一，在我國(guó)乃至世界的重載鐵路干線中占據(jù)著重要地位，極大地推動(dòng)了我國(guó)鐵路運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，解決了我國(guó)長(zhǎng)期存在的鐵路運(yùn)煤緊張問(wèn)題。于1992年全線通車(chē)的大秦鐵路自山西省大同市出發(fā)到達(dá)河北省秦皇島市，是我國(guó)鐵路發(fā)展的重要里程碑之一，全長(zhǎng)超過(guò)600 km，縱貫北京、天津等我國(guó)重要省市，在西煤東運(yùn)戰(zhàn)略中發(fā)揮著不可替代的作用，為我國(guó)東部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出了卓越的貢獻(xiàn)。大秦鐵路自運(yùn)營(yíng)開(kāi)始，一直致力于實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)煤的最高效率，取得了較大的成果，年運(yùn)量目前已超5.0×108 t。然而，高強(qiáng)度的運(yùn)營(yíng)加劇了鐵路鋼軌的磨損，加大了鐵路維護(hù)人員維修和檢查的難度，更是在一定程度上提高了鐵路運(yùn)輸事故的發(fā)生概率。

1 重載鐵路的發(fā)展現(xiàn)狀

在鐵路運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展的早期，重載鐵路常是一個(gè)令人回避的話題，原因在于重載鐵路的建設(shè)不僅需要超高的成本，更需要相關(guān)技術(shù)人員的參與和煩瑣的后期維護(hù)，且因重載鐵路鋼軌斷裂而引發(fā)的鐵路事故屢見(jiàn)不鮮。然而，隨著工業(yè)的發(fā)展，煤和礦石的開(kāi)采量不斷增大，國(guó)際上對(duì)運(yùn)煤干線，尤其是重載鐵路的建設(shè)日益迫切，重載鐵路進(jìn)入了全新的發(fā)展時(shí)期。

在國(guó)際上，許多發(fā)達(dá)國(guó)家都將重載鐵路的發(fā)展放在鐵路發(fā)展的首位，給予了極高的重視。在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，重載鐵路從建設(shè)到發(fā)展、維護(hù)，已經(jīng)形成了一整套完善的體系：在建設(shè)方面，采用了具有高強(qiáng)度、高耐磨性的鋼材；在維護(hù)方面，有專(zhuān)業(yè)的鐵路技術(shù)人員打磨鋼軌，有些發(fā)達(dá)國(guó)家使用潤(rùn)滑劑提高鋼軌的使用壽命。

2 大秦鐵路鋼軌容易出現(xiàn)的損傷

隨著鐵路運(yùn)營(yíng)事業(yè)的快速發(fā)展，雖然具有先進(jìn)的設(shè)備和維護(hù)人員，但大秦鐵路還是受到了一定的損傷。通過(guò)鐵路技術(shù)人員的不斷研究發(fā)現(xiàn)，大秦鐵路鋼軌損傷主要分為裂紋、擦傷和掉塊等形式。

2.1 裂紋

研究表明，大秦鐵路鋼軌出現(xiàn)的裂紋主要為橫向裂紋，分為鋪設(shè)前裂紋和運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的裂紋兩種：早期出現(xiàn)的裂紋主要是因用于鋪設(shè)鋼軌的鋼材沒(méi)有完全回火，進(jìn)而導(dǎo)致鋼軌內(nèi)部組織斷裂，在表面處形成裂紋，嚴(yán)重影響了列車(chē)的運(yùn)行和運(yùn)煤效率；運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的裂紋主要是因列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生循環(huán)的高強(qiáng)度應(yīng)力，鋼軌不僅要受來(lái)自列車(chē)的垂直應(yīng)力，還要受列車(chē)與鋼軌中存在的橫向摩擦力，導(dǎo)致鋼軌表面出現(xiàn)裂紋，且裂紋在列車(chē)的進(jìn)一步壓迫下會(huì)向鋼軌深部拓展，最終導(dǎo)致鋼軌斷裂，給鐵路運(yùn)煤埋下了極大的安全隱患。

2.2 擦傷

對(duì)大秦鐵路的鋼軌進(jìn)行了多次試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，大秦鐵路鋼軌在高強(qiáng)度運(yùn)營(yíng)下極易出現(xiàn)表面擦傷，進(jìn)而降低鋼軌的承載強(qiáng)度。鋼軌出現(xiàn)擦傷的原因主要分為以下3點(diǎn)：①由于運(yùn)煤列車(chē)常行駛在坡度大、距離長(zhǎng)的路段，較長(zhǎng)的運(yùn)輸距離會(huì)弱化鋼軌的承載作用，并擦傷鋼軌，長(zhǎng)時(shí)間擦傷會(huì)導(dǎo)致鋼軌出現(xiàn)橫向斷裂。②列車(chē)在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，車(chē)輪與鋼軌之間易因大面積接觸而產(chǎn)生較大的應(yīng)力，進(jìn)而擦傷鋼軌。③列車(chē)在車(chē)站啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，車(chē)輪與鋼軌之間長(zhǎng)時(shí)間的相對(duì)滑動(dòng)會(huì)導(dǎo)致擦傷更加嚴(yán)重。此外，車(chē)輪啟動(dòng)困難時(shí)，鋼軌會(huì)受高強(qiáng)度的橫向應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致擦傷。

3 大秦鐵路鋼軌使用壽命分析

針對(duì)上述大秦鐵路鋼軌易出現(xiàn)的各種損傷，及其損傷發(fā)生的各種規(guī)律，研究人員在掌握各種損傷類(lèi)型的基礎(chǔ)上，努力探索鋼軌損傷的一般規(guī)律，從而延長(zhǎng)鋼軌的使用壽命，提高大秦鐵路的總體運(yùn)營(yíng)效率。研究具體分為以下2方面：①對(duì)新型鋼材的研究。新型鋼材必須在原有鋼材的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升自身的耐磨性和承載力，針對(duì)大秦鐵路鋼軌易因摩擦產(chǎn)生的高溫而誘發(fā)斷裂的特點(diǎn)，新型鋼材要具有抗高溫的性質(zhì)。②對(duì)鋼軌潤(rùn)滑技術(shù)的研究。鋼軌潤(rùn)滑是大秦鐵路鋼軌后期維護(hù)中不可缺少的內(nèi)容。采用鋼軌潤(rùn)滑技術(shù)主要可避免鋼軌的早期裂紋和擦傷，通過(guò)潤(rùn)滑劑的滲透作用在鋼軌表面形成保護(hù)層，從而可達(dá)到預(yù)防裂紋向鋼軌內(nèi)部發(fā)展的目的。

4 延長(zhǎng)大秦鐵路鋼軌使用壽命的手段

根據(jù)以上研究，延長(zhǎng)大秦鐵路鋼軌的使用壽命必須從整體入手，即從提高鋼材的性能出發(fā)。鑒于大秦鐵路日益攀升的運(yùn)量，必須從根本上降低車(chē)輪應(yīng)力對(duì)鋼軌的破壞，尤其要在重點(diǎn)地段采用潤(rùn)滑和打磨措施，完善鋼軌的維護(hù)體系，提高鋼軌的抗疲勞性和強(qiáng)度，從而使大秦鐵路發(fā)揮更大的作用。在大秦鐵路的重點(diǎn)地段，應(yīng)鋪設(shè)具有熱塑性的高彈性材料，這樣可極大地改善鋼軌的整體質(zhì)量，從而有效降低鐵路運(yùn)營(yíng)成本和提高運(yùn)煤效率。此外，具有熱塑性的彈性材料比傳統(tǒng)材料具有更優(yōu)秀的拉伸性能，可保證鋼軌不因塑性變形而引發(fā)內(nèi)部組織向白色組織轉(zhuǎn)變，從根本上避免了鋼軌斷裂現(xiàn)象的發(fā)生。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，大秦鐵路作為我國(guó)乃至世界上重要的重載鐵路干線，在我國(guó)的運(yùn)煤事業(yè)中發(fā)揮了不可替代的作用。通過(guò)從各方面延長(zhǎng)大秦鐵路鋼軌的使用壽命，筆者相信，其必將在未來(lái)起到更為重要的作用。

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〔編輯：張思楠〕