重載鐵路小半徑曲線輪軌磨耗影響因素與減磨措施分析

陳凱

神華包神鐵路有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古自治區(qū) 鄂爾多斯 017000

包神鐵路(包頭至神東)是國家能源集團鐵路網(wǎng)主要干線,也是我國西煤東運戰(zhàn)略通道的重要組成部分,近年來,隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和“一帶一路”偉大戰(zhàn)略的實施，我國的進出口貿(mào)易活動變得越來越頻繁，這就對貨物的運輸能力提出了越來越高的要求。而在各種不同的運輸形式之中，重載鐵路運輸有著其得天獨厚的優(yōu)勢，例如成本更低、運量更大等。在這種背景條件下，重載鐵路運輸?shù)玫搅舜罅Φ匕l(fā)展，但是在高速發(fā)展的過程中難免會遇到一些問題。如為了能夠運輸更多的貨物，車輛的軸重變得越來越大，車輛的長度也在不斷加長，同時車輛的行駛速度也在不斷地加快[1]。在這種情況下，輪軌磨耗損壞的現(xiàn)象變得越來越頻繁。而且這些現(xiàn)象往往都發(fā)生在車輛通過小半徑曲線時。所以，在對曲線的各項參數(shù)進行設(shè)置時，除了要保證重載火車能夠安全而平穩(wěn)地通過曲線，還要盡可能地減小車輪和鋼軌之間的磨耗。為此，本文利用計算機軟件對重載鐵路車輛建立了精密的軌道動力學(xué)仿真模型，對重載列車通過小半徑曲線時的各項參數(shù)進行了重點分析，為減小輪軌磨耗提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 不同軸重火車下曲線半徑對輪軌磨耗的影響及減磨措施分析

應(yīng)用計算機軟件建立軌道動力學(xué)仿真模型，其具體參數(shù)見表1。利用動力學(xué)仿真分析軟件得到的數(shù)據(jù)，總結(jié)出了以下規(guī)律。當(dāng)車輛的軸重分別達到25t和30t時，車輛的所有動力學(xué)的數(shù)據(jù)會依次下降。例如起始半徑為400m，當(dāng)其慢慢增大到800m時，車輛的脫軌系數(shù)會有明顯的變化。具體表現(xiàn)為，軸重為25t的車輛的脫軌系數(shù)會降低至原來的59%，而軸重為30t的車輛會降低至63%。軸重為25t的車輛的輪重減載率降低為原來的57%，而軸重為30t的車輛降低為53%。軸重為25t的車輛的輪軌橫向力降低為原來的58%，而軸重為30t的車輛降低為63%。軸重為25t的車輛的磨耗功率降低為原來的30%，而軸重為30t的車輛降低為31%。由此可見，軸重為25t的車輛相較于軸重為30t的車輛，多數(shù)指標(biāo)的下降幅度大。而曲線半徑為400m時相較于曲線半徑為800m時，各項指標(biāo)的下降幅度大。

通過建立動力學(xué)仿真模型，可以得到以下結(jié)論。無論是軸重為25t的車輛，還是軸重為30t的車輛，都有一個共同點就是隨著曲線半徑越來越小，車輛對鋼軌的磨耗程度會隨之越來越大，車輛行駛也會越來越危險。與此同時，在這種規(guī)律之下，軸重為25t的車輛和軸重為30t的車輛的磨損功率也是有所區(qū)別的。具體表現(xiàn)為，在曲線半徑相同的情況下，軸重為30t的車輛相較于軸重為25t的車輛會對輪軌產(chǎn)生更大的磨損功率，車輛的行車安全性也更低。所以車輛的軸重越小，車輛對小半徑曲線輪軌的磨損就會相應(yīng)的越小[2]。綜上所述，為了減小重載車輛對輪軌的磨耗，在對重載車輛線路的輪軌進行設(shè)計的時候應(yīng)當(dāng)盡量設(shè)計較大的最小曲率半徑。

表1 不同曲線半徑所對應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)

2 重載鐵路曲線超高對輪軌磨耗的影響及減磨措施分析

軸重為30t的重型載貨列車，當(dāng)其行駛速度為60km/h時，鐵路的緩和曲線長度為70m，鐵路的圓曲線長度為340m，鐵路的曲線之前的直線長度為60m，鐵路的曲線半徑依次為800m，700m，600m和500m。在不同的鐵路曲線超高情況下對其建立軌道動力學(xué)仿真模型。對模型中各項數(shù)據(jù)的變化進行分析和總結(jié)。

在不同的曲線半徑下，車輛的脫軌系數(shù)和輪軌橫向力隨著超高的增大而減小，與此相反，輪軌的輪重減載率隨著超高的增大而增大。當(dāng)在軌道動力學(xué)仿真模型中設(shè)置的超高值大于已知的均衡超高時，這一趨勢就會變得非常明顯。同時可以發(fā)現(xiàn)，輪軌的磨損功率隨著超高的增大而增大。

由此可以得出一個結(jié)論：為了降低小半徑曲線輪軌的磨耗，可以在允許的范圍內(nèi)設(shè)置一定程度的欠超高。但是一定要在允許的范圍之內(nèi)，因為如果設(shè)置的欠超高超出一定的程度，車輛的脫軌率會急劇變大，輪軌的橫向力也會迅速上升，這些都會對車輛行駛造成危險。

根據(jù)建立的軌道動力學(xué)仿真模型所得出的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，設(shè)置一定的過超高也有著與之類似的效果。但是分析和比較之后發(fā)現(xiàn)，設(shè)置一定程度的欠超高效果更好，設(shè)置的過超高如果數(shù)值過大會對車輛的行駛帶來很大的危險。

3 結(jié)語

在其他參數(shù)相同的情況之下，軸重為25t的車輛對輪軌所產(chǎn)生的磨耗功率比軸重為30t的車輛對輪軌所產(chǎn)生的磨耗功率要小，所以軸重越小的車輛對輪軌所產(chǎn)生的磨耗功率越小。

當(dāng)輪軌曲線半徑從400m慢慢向800m變大時，軸重為25t的車輛的所有動力學(xué)數(shù)據(jù)下降的幅度比軸重為30t的車輛的所有動力學(xué)數(shù)據(jù)的下降幅度要大，由此可以發(fā)現(xiàn)，軸重越小的車輛對于曲線半徑的變化越遲鈍，其磨耗程度變化也越小。所以在對輪軌進行設(shè)計的過程中，要對軸重大的車輛更加以重視，其各方面參數(shù)的設(shè)計要更加嚴(yán)格。

當(dāng)軸重為25t的車輛和軸重為30t的車輛通過不同曲線半徑的輪軌時，輪軌的曲線半徑越大，車輛對輪軌所產(chǎn)生的磨耗反而會有所降低，相應(yīng)的，車輛行駛也會更加安全。但是當(dāng)輪軌的曲線半徑小于800m時，應(yīng)當(dāng)提起高度的注意，因為這時車輛對輪軌的磨耗最為嚴(yán)重。

為了讓車輛在經(jīng)過小半徑曲線時能夠更加的平穩(wěn)并減小車輛對輪軌的磨耗，應(yīng)當(dāng)在小半徑曲線上設(shè)置一定程度的欠超高[3]。但是在設(shè)置欠超高時要進行綜合考量，因為如果欠超高的設(shè)置值過大的話，會起到完全相反的作用，使車輛行駛更加危險。由動力學(xué)仿真模型所得的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在小半徑曲線上設(shè)置一定程度的過超高同樣也可以達到類似的效果，不過其真實表現(xiàn)不如在設(shè)置一定程度的欠超高時明顯。