曲線鋼軌側(cè)面磨耗的形成機(jī)理及減緩舉措探析

胡陳

國能朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司原平分公司，中國·山西 原平 034100

1 引言

隨著運(yùn)輸產(chǎn)能及行車組織的變革，朔黃鐵路在行業(yè)發(fā)展中迎來嶄新的挑戰(zhàn)以及機(jī)遇，在未來發(fā)展趨勢(shì)中2 萬噸重載運(yùn)輸成為一種主流，而2 萬噸重載列車在自身重要的影響下，會(huì)加劇鋼軌出現(xiàn)磨耗的速度，當(dāng)前隨著運(yùn)量的不斷提升，此種破壞現(xiàn)象日益顯著。因此，如何降低列車對(duì)鐵路鋼軌，尤其是曲線鐵路鋼軌造成的磨損，成為當(dāng)前朔黃鐵路研究的一項(xiàng)重點(diǎn)課題。

2 曲線鋼軌中側(cè)面磨耗形成的機(jī)理

2.1 曲線圓順度對(duì)曲線鋼軌造成的影響

曲線如果不夠圓順就會(huì)導(dǎo)致曲線的半徑不相同，有的曲線半徑太大，有的又過小，小半徑曲線鋼軌會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的磨損，但大半徑的曲線鋼軌出現(xiàn)的損耗卻較輕，從而導(dǎo)致鋼軌中形成的磨耗不夠均勻，最終降低鋼軌在使用中的壽命。曲線圓順度情況如果不夠良好，會(huì)導(dǎo)致輪軌的橫向力、導(dǎo)向力出現(xiàn)變化，主要表現(xiàn)就是緩和曲線在頭尾處的連接不良，會(huì)出現(xiàn)鵝頭、反彎現(xiàn)象。列車在經(jīng)過曲線的時(shí)候，在頭尾處都會(huì)造成一定程度的振動(dòng)以及沖擊，很難保持最初的線型，外加撥道不當(dāng)，長年累月之后，曲線頭尾就會(huì)出現(xiàn)方向不良的現(xiàn)象，特別是在小半徑的曲線上，接頭處由于道砟不足，從而導(dǎo)致鋼軌失效、螺栓松動(dòng)、夾板彎曲等，而且在接頭處還極易出現(xiàn)支嘴現(xiàn)象。現(xiàn)場(chǎng)鋼軌接頭處的支嘴以及鋼軌硬彎，從而導(dǎo)致曲線的圓順度不夠良好，對(duì)于鋼軌的軌頭造成較為嚴(yán)重的磨損。

2.2 曲線養(yǎng)護(hù)不合理導(dǎo)致鋼軌出現(xiàn)磨損

對(duì)于鋼軌出現(xiàn)的側(cè)面磨耗來說，直接決定原因就是曲線狀態(tài)的好、壞，如果曲線養(yǎng)護(hù)方法不夠恰當(dāng)，鋼軌側(cè)面就會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的磨損；相反，如果曲線養(yǎng)護(hù)狀態(tài)良好，那鋼軌側(cè)面出現(xiàn)的磨損相對(duì)就較小。具體表現(xiàn)：第一，在對(duì)鋼軌進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)時(shí)，忽視軌距以及軌距變化率的調(diào)節(jié)，導(dǎo)致軌道在通過曲線時(shí)出現(xiàn)蛇形運(yùn)動(dòng)加劇的情況，這種情況一旦發(fā)生，極易出現(xiàn)不均勻的側(cè)面磨耗現(xiàn)象；第二，超高順坡不夠好，線路的前后高低也不好，從而導(dǎo)致列車在緩和曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)沖擊、搖晃、震動(dòng)等現(xiàn)象；第三，線路上有三角坑、搗固狀態(tài)不夠良好、軌枕空吊、線路翻漿冒泥等，都會(huì)在不同程度上加劇鋼軌磨損的程度；第四，車輛載重以及機(jī)車牽引力過大，重車行駛一直處在單方向，從而導(dǎo)致鋼軌出現(xiàn)嚴(yán)重側(cè)磨[1]。

2.3 超高設(shè)置對(duì)鋼軌軌頭側(cè)磨損耗的影響

超高通常情況下，是按照列車通過曲線的平均速度對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，由于質(zhì)地環(huán)境、運(yùn)行速度等因素影響，重載列車在通過曲線的時(shí)候，存在兩種情況：過超高和欠超高。由于超高現(xiàn)象會(huì)直接導(dǎo)致沖角、導(dǎo)向率出現(xiàn)變化，直接對(duì)鋼軌的軌頭造成側(cè)磨。超高不論過大、過小，都會(huì)導(dǎo)致鋼軌出現(xiàn)偏窄、輪軌之間出現(xiàn)非正常接觸。超高如果過大，列車載重較重時(shí)就會(huì)偏向于內(nèi)股鋼軌，內(nèi)股輪緣就會(huì)緊貼內(nèi)部，導(dǎo)致外股以及內(nèi)股鋼軌在行程中差值相對(duì)較大，想要彌補(bǔ)這部分差值，只能通過在外輪沿縱向進(jìn)行滑動(dòng)，內(nèi)輪朝后方滑動(dòng)，打空轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致外軌出現(xiàn)側(cè)面磨耗。如果超高太小，離心力就無法獲得平衡，橫向力就會(huì)被迫增加，同樣會(huì)導(dǎo)致曲線外股的鋼軌出現(xiàn)側(cè)面磨耗。

3 減緩曲線鋼軌出現(xiàn)側(cè)面損耗的措施

3.1 完善曲線方向不良的情況

在曲線鋼軌中方向不良屬于一種普遍病害，平時(shí)也是耗費(fèi)人力物力最多的一種病害。由于方向出現(xiàn)偏差，不僅會(huì)導(dǎo)致列車出現(xiàn)搖晃現(xiàn)象，還會(huì)對(duì)軌距水平造成影響，從而導(dǎo)致行車時(shí)出現(xiàn)安全隱患。由此，對(duì)曲線方向進(jìn)行糾正、撥道，成為目前曲線養(yǎng)護(hù)工作中的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，曲線方向偏差出現(xiàn)的常見病害有“支嘴”和“鵝頭”。

3.1.1 解決鵝頭的措施

曲線鵝頭出現(xiàn)的極大原因，是因?yàn)榫徍颓€中應(yīng)用了直線型的超高順坡，列車在經(jīng)過此處之后，對(duì)于曲線頭部會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)沖擊，沖擊力度如果過大，就會(huì)導(dǎo)致曲線頭部出現(xiàn)鵝頭，在小半徑曲線上，這種病害最為常見。此外，在對(duì)其進(jìn)行維修以及養(yǎng)護(hù)時(shí)，由于撥量沒有經(jīng)過計(jì)算，從而導(dǎo)致長期出現(xiàn)上挑現(xiàn)象，或經(jīng)常使用簡易的方法對(duì)撥量進(jìn)行計(jì)算，從而導(dǎo)致出現(xiàn)誤差，由于長期積累，曲線兩端就會(huì)出現(xiàn)鵝頭。

3.1.2 解決鋼軌接頭出現(xiàn)支嘴現(xiàn)象的措施

“支嘴”經(jīng)常發(fā)生在曲線地段的鋼軌接頭位置處，由于鋼軌的彈性不足、硬彎度不夠，所以在支嘴處對(duì)軌道進(jìn)行連接，對(duì)軌道在橫向移動(dòng)方面進(jìn)行控制，增加道床密實(shí)度，讓道床的穩(wěn)定性得到保障；對(duì)支嘴接頭位置里口、外口的夾板進(jìn)行調(diào)換；對(duì)鋼軌的硬彎程度進(jìn)行整治等。上述措施可以全方位綜合進(jìn)行，也可以按照病害發(fā)生的具體原因單獨(dú)開展，如果支嘴的現(xiàn)象相對(duì)比較嚴(yán)重，上述方法不能對(duì)其進(jìn)行整治時(shí)，可以使用彎軌的辦法。

3.1.3 整治接頭塌碴的措施

強(qiáng)化曲線的養(yǎng)護(hù)工作，對(duì)于重型軌道進(jìn)行重新鋪設(shè)，強(qiáng)化線路的橫向剛度以及強(qiáng)度。應(yīng)用耐磨性能較高的合金鋼軌、鋪設(shè)防磨護(hù)軌等，盡最大可能降低外軌頭部的側(cè)面出現(xiàn)磨耗現(xiàn)象。對(duì)軌距桿進(jìn)行安裝時(shí)，注意保持軌距不移動(dòng)。對(duì)軌撐進(jìn)行安裝時(shí)，要求在鋼軌軌枕的位置上進(jìn)行固定，在小半徑曲線出現(xiàn)的地段需要進(jìn)行強(qiáng)化[2]。

3.2 防止鋼軌出現(xiàn)不均勻側(cè)磨的措施

鋼軌之所以出現(xiàn)不均勻側(cè)磨，主要就是因?yàn)榍€不夠圓順、線路上存在激擾的因素，從而會(huì)導(dǎo)致列車出現(xiàn)橫向搖擺、振動(dòng)，導(dǎo)致輪軌之間橫向附加的動(dòng)荷載被迫增加。因此，在采取相應(yīng)措施防止鋼軌出現(xiàn)不均勻磨耗時(shí)，需要從以下幾點(diǎn)出發(fā)。在鋪設(shè)前期，對(duì)于鋼軌的不均勻性要進(jìn)行合理管控，最大程度延長鋼軌在使用中的壽命：

第一，對(duì)曲線的圓順度進(jìn)行提升；

第二，對(duì)于軌底坡進(jìn)行局部范圍的調(diào)整；

第三，對(duì)于曲線外軌的超高度進(jìn)行正確精準(zhǔn)的調(diào)整。

針對(duì)小半徑地段的鋼軌，如果磨耗情況相對(duì)較為嚴(yán)重，在對(duì)超高進(jìn)行設(shè)置的時(shí)候，實(shí)際設(shè)置的超高值，必須使用加權(quán)平均方法對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，要求超高值低于5%～10%。

3.3 強(qiáng)化曲線的養(yǎng)護(hù)工作

①在設(shè)備上強(qiáng)化曲線。保持路肩的平整性，排水性能的良好性，防止線路基礎(chǔ)發(fā)生改變，從而對(duì)上部結(jié)構(gòu)造成變形；按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于失效的軌枕進(jìn)行更換；道床需要保持清潔性、均勻性、飽滿性等；接頭螺栓必須安全有效；對(duì)于軌撐軌、距桿等相應(yīng)配件，必須全部配備完好，并讓其自身的作用得到充分有效的發(fā)揮；對(duì)于曲線的位置進(jìn)行合理固定（對(duì)于曲線位置要進(jìn)行科學(xué)合理的測(cè)設(shè)，對(duì)曲線的要素標(biāo)志進(jìn)行合理安裝設(shè)置，針對(duì)撥道量進(jìn)行計(jì)算，對(duì)線路狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整）；對(duì)于接頭病害現(xiàn)象進(jìn)行整治；強(qiáng)化搗固工作（對(duì)曲線進(jìn)行搗固時(shí)，必須關(guān)注密實(shí)性、均勻性，對(duì)于空吊板、三角坑的現(xiàn)象進(jìn)行及時(shí)消除，針對(duì)道心、軌枕端部的道床要展開夯拍）；對(duì)于軌道坡進(jìn)行合理調(diào)整；對(duì)扣件進(jìn)行科學(xué)養(yǎng)護(hù)。

②對(duì)曲線外軌的超高進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)置。

③對(duì)于支嘴、鵝頭等現(xiàn)象進(jìn)行重點(diǎn)整治[3]。

4 結(jié)語

綜上所述，對(duì)曲線進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理工作時(shí)，要科學(xué)合理地結(jié)合現(xiàn)代化技術(shù)，只有對(duì)曲線的技術(shù)資料、狀態(tài)有充分的掌握，才能夠?qū)Σ『Πl(fā)生、產(chǎn)生的規(guī)律，有一個(gè)系統(tǒng)化、全方位的了解，對(duì)于各項(xiàng)檢查制度要予以嚴(yán)格的貫徹以及落實(shí)，對(duì)于曲線狀態(tài)要做好資料登記以及分析的工作，按照資料對(duì)曲線出現(xiàn)變化的原因進(jìn)行研究，并對(duì)養(yǎng)護(hù)方法進(jìn)行改進(jìn)，從而能夠讓曲線質(zhì)量達(dá)到鞏固和提升的目的。