冶金坡道線路的升級(jí)改造與應(yīng)用

魯琦行

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司運(yùn)輸部，山東濟(jì)南 271104）

0 引言

據(jù)調(diào)查，在全國(guó)多家冶金工礦企業(yè)中，鐵路運(yùn)輸組織工務(wù)部門許多鐵路線路布局困難、線路坡度較大、曲線設(shè)置多。隨著產(chǎn)能增加，大批大功率機(jī)車被引進(jìn)運(yùn)行，對(duì)有縫鐵路大坡道區(qū)段的日常養(yǎng)護(hù)帶來(lái)了難題。

1 冶金坡道線路的改造特點(diǎn)

冶金線路具有的特性，使它在升級(jí)改造中與國(guó)鐵線路有以下不同：

（1）大部分冶金企業(yè)在建廠時(shí)期，廠內(nèi)貨運(yùn)鐵路的建設(shè)布局都是在廠房投產(chǎn)后建設(shè)，由于前期未充分考慮到鐵路的建設(shè)空間，導(dǎo)致冶金企業(yè)線路普遍存在大坡道、小半徑等情況。較國(guó)鐵線路來(lái)說(shuō)，這一狀況則剛好相反，國(guó)鐵線路鋪設(shè)力避小半徑和大坡道，這是冶金鐵路有別于鐵路行業(yè)規(guī)則的特點(diǎn)。

（2）國(guó)家鐵路在鋪設(shè)過(guò)程中，如遇大坡道、小半徑等問(wèn)題，常采用延長(zhǎng)豎曲線長(zhǎng)度，擴(kuò)大曲線半徑，鋪設(shè)無(wú)縫線路提高線路平順性等手段，而冶金線路因周圍條件限制不能采用此舉消除不良因素。

（3）冶金企業(yè)鐵路作為物資供應(yīng)線，一般會(huì)考慮維保資金投入，應(yīng)用國(guó)鐵先進(jìn)技術(shù)改造線路，會(huì)使線路水平大幅提升，但也使冶金工務(wù)部門陷入資金投入巨大和保持現(xiàn)有狀態(tài)的兩難抉擇。

2 問(wèn)題簡(jiǎn)述

萊鋼鐵路不僅半徑普遍小，且個(gè)別區(qū)段坡度較大。以新鋼區(qū)爐后8#～54#道岔線路為例，坡度8‰，最新引進(jìn)的和諧號(hào)機(jī)車持續(xù)速度較東風(fēng)型低，為18.3 km/h，機(jī)車速度越低，牽引力越大。機(jī)車自坡底至坡頂?shù)退俪掷m(xù)加載，根據(jù)力的相互作用，則對(duì)鋼軌的壓力越大。

此前，該區(qū)段由25 m 長(zhǎng)短軌鋪設(shè)，接頭為相對(duì)式接頭。線路在長(zhǎng)期使用后發(fā)現(xiàn)，鋼軌沿縱向位移嚴(yán)重。以上坡方向?yàn)檎较?，左股鋼軌在坡頂處軌縫較大，在坡底處軌縫擠死，說(shuō)明左股鋼軌沿縱向向下位移；右股鋼軌在坡頂處軌縫較小，在坡底處軌縫較大，說(shuō)明右股鋼軌沿縱向向上位移，這與機(jī)車爬坡加載和下坡減速有關(guān)。此外，在軌面有連續(xù)的、呈擦傷狀的鋼軌打傷痕跡，且深度在1～2 mm，說(shuō)明鋼軌位移與輪軌局部應(yīng)力有關(guān)。這些隱患導(dǎo)致以下問(wèn)題：①機(jī)車動(dòng)能損失嚴(yán)重，增加運(yùn)行油耗。接頭對(duì)車輪的阻力影響機(jī)車爬坡力，動(dòng)力系統(tǒng)為提供牽引力，燃油做功效率提升，不僅增加了機(jī)車油耗，而且使高溫卸載故障發(fā)生；②接頭翻漿加劇線路病害頻發(fā)，同時(shí)造成道床污染，影響環(huán)境美觀；③坡道區(qū)段因線路爬行形成的大軌縫，對(duì)周邊環(huán)境造成噪聲污染；④接頭處的頻繁沖擊，縮短鋼軌的使用壽命，加快材料消耗。

3 改造過(guò)程

3.1 利用力學(xué)模型進(jìn)行分析

圖1 為車輪在鋼軌上局部應(yīng)力模型分析，其接觸點(diǎn)稱為“接觸斑”。由此可知，以鋼軌為研究對(duì)象，鋼軌受到來(lái)自豎向、橫向、縱向3 部分力的作用。

圖1 局部應(yīng)力分析

豎向力包括靜輪重、附加動(dòng)力、豎向沖擊。該部分應(yīng)力會(huì)造成鋼軌折斷、軌頭接觸疲勞、軌頭壓潰。

橫向力有車輛輪對(duì)的蠕滑力、車輪導(dǎo)向力、橫向沖擊力。該部分力是造成鋼軌側(cè)磨、車輛脫軌的主要因素。

縱向力含制動(dòng)力和溫度力。制動(dòng)力是來(lái)自機(jī)車車輛在牽引行駛或減速制動(dòng)時(shí)對(duì)鋼軌施加的力，溫度力與鋼軌的生產(chǎn)制造有關(guān)。該部分的力會(huì)造成鋼軌爬行、線路失穩(wěn)。

由此得出結(jié)論，若消除鋼軌爬行問(wèn)題，就要從控制縱向力入手解決。

3.2 長(zhǎng)軌條創(chuàng)新使用

通過(guò)無(wú)縫線路鋪設(shè)，項(xiàng)目人員發(fā)現(xiàn)無(wú)縫線路因扣件的扣壓力作用，受加載減速造成的鋼軌位移極小，鋼軌內(nèi)部只存在溫度應(yīng)力作用。而該坡道首尾皆為岔區(qū)，通過(guò)綜合考慮，進(jìn)行如下改造：

（1）在此坡道區(qū)段，鋪設(shè)總長(zhǎng)約150 m 的長(zhǎng)軌條，由廠制500 m 長(zhǎng)鋼軌切割而成。長(zhǎng)軌條自坡底貫穿至坡頂，首尾與岔區(qū)相接處使用高強(qiáng)夾板固定。鋪設(shè)時(shí)，按無(wú)縫線路鋪設(shè)要求進(jìn)行，鋼軌設(shè)置統(tǒng)一鎖定軌溫。鋪設(shè)時(shí)，長(zhǎng)軌條鋪設(shè)總結(jié)以下幾點(diǎn)：①冶金線路廠外線在鋪設(shè)時(shí)，可考慮使用再用軌，但其鋼軌磨耗量應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)，如遇側(cè)磨明顯但在正常磨耗值內(nèi)，左右股可調(diào)邊使用；②該鋪設(shè)方式為“有縫+無(wú)縫+有縫”，在首尾標(biāo)準(zhǔn)短軌線路中穿插鋪設(shè)長(zhǎng)軌條，因此在長(zhǎng)軌條卸車時(shí)，要充分計(jì)劃好軌條長(zhǎng)度，在頭尾預(yù)留適當(dāng)切割余量，以便設(shè)置夾板，鉆取螺栓孔；③鋪設(shè)坡道長(zhǎng)軌條，應(yīng)先固定長(zhǎng)軌條區(qū)段，再固定首尾有縫區(qū)段，長(zhǎng)軌條鋪設(shè)按照無(wú)縫線路鋪設(shè)原則，左右股之間鎖定軌溫不得大于5 ℃。在后期驗(yàn)證中發(fā)現(xiàn)，該處鋼軌相對(duì)位移在連續(xù)運(yùn)行1 年內(nèi)，鋼軌無(wú)明顯位移變化，說(shuō)明解決方法有效。

（2）本次鋪設(shè)軌為P60 軌型,冶金工礦線路在后期改造中，應(yīng)逐步向重軌方向靠攏。P60 鋼軌與P50 鋼軌相比，斷面尺寸更大，更能保證足夠的強(qiáng)度、韌性、耐磨性、穩(wěn)定性和平順性，力學(xué)性能方面能夠承受更高速度或軸重列車的沖擊。且鋼軌為全長(zhǎng)淬火，相對(duì)于鋼軌端頭淬火而言，它是將普通鋼軌通長(zhǎng)進(jìn)行淬火處理，在鋼軌軌頭更多著重處理，適應(yīng)抗接頭沖擊的需要，從而延長(zhǎng)鋼軌使用壽命。

（3）在長(zhǎng)軌條鋪設(shè)的曲線地段采用人工定期涂脂，脂質(zhì)為長(zhǎng)效潤(rùn)滑脂，利用人力驅(qū)動(dòng)噴涂小車噴涂在軌頂下方16 mm 范圍內(nèi)，注意不可濺射在軌頭，防止機(jī)車出現(xiàn)蠕滑振動(dòng)。

（4）與長(zhǎng)軌條配套使用的Ⅱ型彈條螺母扭力矩為100～140 N·m，能有效保持每組扣件的縱向扣壓力，防止鋼軌位移。其性能彈性好，扣壓力較Ⅲ型彈條小，能保證軌下膠墊不發(fā)生過(guò)度變形。但在日常使用中要按規(guī)定扭矩檢查緊固，長(zhǎng)軌條有別于溫度式無(wú)縫線路，其內(nèi)部存在的溫度應(yīng)力較小，在150～200 m 長(zhǎng)度內(nèi)，其溫度應(yīng)力產(chǎn)生的鋼軌位移在2～3 mm。但扣壓力較小會(huì)引起局部道床塌砟，因此須重點(diǎn)關(guān)注。

4 改造效果

線路長(zhǎng)軌化的實(shí)施，大大減少了爬坡區(qū)段接頭數(shù)量，使其病害得到有效控制。并且隨著接頭病害的減少，鋼軌縱向爬行量得以控制。

由圖2 可以看出，與去年同期相比，接頭病害數(shù)量由原來(lái)的最高12 次/月降到最高4 次/月，超過(guò)歷史最好水平，年病害數(shù)量總數(shù)34 次，改造效果對(duì)比優(yōu)勢(shì)明顯。

圖2 2018 年，2019 年接頭病害時(shí)間序列圖

通過(guò)對(duì)坡道線路實(shí)施改造，機(jī)車油耗大幅下降，機(jī)車高溫卸載故障造成的列車停時(shí)顯著減少。此外，提高了線路的整體技術(shù)狀態(tài)，消除了接頭病害，降低噪聲19 dB。設(shè)備的整體狀態(tài)和環(huán)境質(zhì)量都得到了顯著改善。

5 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)軌加短軌的鋪設(shè)形式對(duì)于目前的冶金企業(yè)來(lái)說(shuō)，是解決坡道線路爬行的有效方法。長(zhǎng)軌條的伸縮量極小，且鋪設(shè)不受地形限制，在冶金企業(yè)提倡精益檢修的設(shè)備管理中，具有一定的借鑒意義。