小半徑曲線鋼軌磨耗研究

　　隨著我國鐵路的全面提速以及重載鐵路的發(fā)展，導(dǎo)致了工務(wù)設(shè)備狀態(tài)惡化過程的加劇，直接影響到鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩托省ｄ撥壥侵匾墓?wù)設(shè)備，鐵路運(yùn)量的增加和速度的提高，加劇了鋼軌傷損情況的發(fā)生。鋼軌的傷損主要包括銹蝕、磨耗和折斷等，其中尤以鋼軌磨耗嚴(yán)重。鋼軌磨耗包括垂直磨耗和側(cè)面磨耗，垂直磨耗一般情況下是正常的，側(cè)面磨耗是我國現(xiàn)階段最為突出的傷損類型，它屬于塑性變形磨損、粘著磨耗和疲勞磨耗的綜合機(jī)理，最終形態(tài)猶如切削。側(cè)磨主要發(fā)生在小半徑曲線上，由于鋼軌對列車輪對的導(dǎo)向作用，車輪與鋼軌產(chǎn)生粘著、蠕滑和滑動(dòng)，造成曲線上股嚴(yán)重側(cè)磨。在山區(qū)、丘陵地區(qū)，曲線鐵路比例較大，且半徑較小，而在山區(qū)大坡道小半徑曲線上，鋼軌的側(cè)向磨耗就更為嚴(yán)重。這些地段，小半徑曲線的換軌周期，完全由鋼軌的側(cè)磨來控制。根據(jù)調(diào)查資料，我國小半徑曲線上的鋼軌有98％是由于側(cè)面磨耗超限而報(bào)廢的。嚴(yán)重的鋼軌側(cè)面磨耗減小了鋼軌的強(qiáng)度，加劇了鋼軌的傷損，縮短了鋼軌的使用壽命，不僅浪費(fèi)大量的資金，而且還干擾運(yùn)輸任務(wù)的完成。因此減緩小半徑曲線鋼軌側(cè)面磨耗的速率，從而延長鋼軌使用壽命對于我國鐵路具有重大的意義。
　　1　曲線磨耗造成的主要病害
　　(1)鋼軌極易受傷，由輕傷發(fā)展到重傷。鋼軌側(cè)磨、波磨及接頭傷損是小半徑曲線常見的病害，尤其是側(cè)磨，是小半徑曲線最突出的傷損類型。
　　(2)軌道幾何尺寸易超限，小半徑曲線上高低，軌距、正矢相對其他線路容易發(fā)生變化，保持的周期短，特別是軌距擴(kuò)大病害相當(dāng)普遍，并且隨著鋼軌側(cè)磨的增加而逐漸加劇。
　　(3)聯(lián)接零件易松動(dòng)，且破損率高，小半徑曲線上聯(lián)接零件承受的沖擊力和橫向作用力都比較大，在相同扭力距的情況下，小半徑曲線聯(lián)接零件容易松動(dòng)，而且當(dāng)沖擊力和橫向力達(dá)到一定值時(shí)，易造成夾板及接頭螺栓折斷，混凝土枕立螺栓失效、枕木道釘浮離、軌距桿折斷、軌掌壓裂、尼龍座擠碎，軌枕擋肩破損等病害。
　　(4)在高速、重載的運(yùn)營過程中，線路極易造成單股鋼軌爬行、串動(dòng)，在無縫線路地段最易造成線路局部應(yīng)力集中，在炎熱的夏季超高溫期間會(huì)發(fā)生脹軌跑道。
　　2　磨耗原因分析
　　側(cè)磨主要發(fā)生在小半徑曲線上股鋼軌上，列車通過小半徑曲線通常會(huì)出現(xiàn)兩點(diǎn)接觸的情況，輪軌間存在著較大的橫向力作用，導(dǎo)致幾何形狀發(fā)生改變，有效截面減小，影響運(yùn)營安全。另外，由于軌面幾何尺寸不可能始終處于良好狀態(tài)，特別是軌距、正矢(或曲線方向)不良，這對鋼軌側(cè)面磨耗影響很大，是引起不均勻側(cè)磨的主要原因。不均勻側(cè)磨長度一般3m～10m之間，長短不一，大者甚至間隔幾十米。在磨耗形成的開始階段，磨耗速率很小，約每月0.1mm～0.21mm，主要是軌面淬火層未被完全破壞，不均勻磨耗框架還小；列車蛇形運(yùn)動(dòng)對鋼軌的沖擊力較小；當(dāng)磨耗達(dá)到4mm(PD3耐磨軌為8mm)以后，磨耗速率明顯大，約每月0.4mm～0.55mm，軌面淬火被完全破壞，不均勻磨耗框架變大，列車蛇形運(yùn)動(dòng)對鋼軌的沖動(dòng)力增大；當(dāng)速率達(dá)到0.55mm／月后，趨于平穩(wěn)。曲線鋼軌側(cè)磨往往在多種原因的復(fù)合作用下形成，每一種原因只是引發(fā)磨耗的誘因，只是原因主次不同。
　　2.1曲線超高設(shè)置不合理的影響
　　曲線超高設(shè)置應(yīng)根據(jù)實(shí)際通過的列車對數(shù)和實(shí)際通過的車速來確定。而事實(shí)上車速和通過對數(shù)是在不斷變化的，超高數(shù)值的合理性很難確定。超高偏大，車輪在向心力作用下撞擊磨擦下股鋼軌，從而逐漸形成下股鋼軌側(cè)磨；超高偏小，車輪在離心力作用下撞擊磨擦上股鋼軌，上股鋼軌磨逐漸形成。
　　2.2線路結(jié)構(gòu)狀態(tài)及軌面幾何尺寸不良的影響
　　線路結(jié)構(gòu)狀態(tài)不良是指：道床板結(jié)、翻漿；軌枕失效、空吊；扣件離縫、扭矩不足；鋼軌打疤、掉塊、低頭、擦傷、鞍磨等。軌面幾何尺寸不良是指：線路上存在著大的方向、高低、軌距、水平、正矢等超限處所。上述病害如集中于曲線地段，就會(huì)加速磨耗的形成發(fā)展。
　　2.3軌底坡的影響
　　軌枕預(yù)留軌底坡是1／40，用于直線地段是合適的，而在曲線地段，由于超高的作用，使車輪踏面與鋼軌頂面未全部接觸，車體荷載就集中于鋼軌內(nèi)頂接觸面，對鋼軌破壞很大，容易形成磨耗。只有增大軌底坡，方可消除偏載作用。
　　2.4車體本身的影響
　　車輪面對鋼軌的沖擊摩擦，使其踏面形成不均勻磨耗，從而使列車進(jìn)行蛇形運(yùn)動(dòng)，沖擊鋼軌，助長磨耗的形成。另外，車體與車體，車體與輪對之間連接不牢固，增加列車的晃動(dòng)，也會(huì)助長磨耗的形成。
　　3　曲線磨耗整治措施
　　3.1合理設(shè)置曲線超高
　　每年根據(jù)春季測速資料，夏季結(jié)合綜合維修對超高進(jìn)行調(diào)整，特別對鋼軌出現(xiàn)傷損異常的曲線要做重點(diǎn)測速。為克服過去人工測速誤差大的問題，可與機(jī)務(wù)段聯(lián)系，調(diào)用其機(jī)車監(jiān)控議的速度數(shù)據(jù)，既省力、省時(shí)，又保證了采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。凡是發(fā)現(xiàn)鋼軌不正常磨耗、曲線撞道嚴(yán)重地段，馬上派人深入現(xiàn)場測速。設(shè)置超高時(shí)充分考慮曲線現(xiàn)場的實(shí)際狀況，盡量接近于計(jì)算超高。
　　3.2做好曲線的撥道工作，保持正矢不超限，消滅“鵝頭”及“反彎”
　　如果曲線方向不良，就會(huì)形成這樣一種循環(huán)：方向不良－鋼軌不均勻磨耗－曲線橫移、撞道－扣件松動(dòng)失效－軌距及變化率超限－加劇方向不良。為保證曲線方向處于良好狀態(tài)，必須用繩正法計(jì)算撥道量。在撥道時(shí)首先將曲線及兩端的軌縫均勻，并將頭尾的直線方向撥直，其次要對所有曲線重新排正矢點(diǎn)，排點(diǎn)時(shí)由曲線中央向兩側(cè)對稱排點(diǎn)，不設(shè)輔助點(diǎn)，對于曲線頭尾位置有變化，現(xiàn)場與原始資料不符以及曲線頭尾有大鵝頭的地段由技術(shù)人員準(zhǔn)確測量出曲線的偏角，根據(jù)現(xiàn)場情況重新確定曲線要素。
　　3.3加強(qiáng)曲線的日常保養(yǎng)，保持曲線圓順，減少車輪對鋼軌的沖擊力
　　(1)保持曲線的幾何尺寸不超限。(2)整治、更換、補(bǔ)充聯(lián)結(jié)零件及扣件，加強(qiáng)兩個(gè)扭矩，防止線路爬行。(3)矯直鋼軌硬彎，消滅鋼軌接頭“支嘴”。(4)提高搗固質(zhì)量，特別要注意搗固均勻一致、搗墊結(jié)合，消滅低接頭硬小腰或高接頭低小腰以及暗坑吊板。(5)徹底整治接頭病害，及時(shí)清篩翻漿冒泥接頭，并換成小石碴以增加其穩(wěn)定性，接頭錯(cuò)口及大軌縫及時(shí)整治，打磨接頭鋼軌倒角以減少鋼軌揭蓋掉塊。
　　3.4適當(dāng)改變軌底坡，增加輪軌接觸面積
　　當(dāng)曲線上股鋼軌主要表現(xiàn)為側(cè)磨時(shí)，應(yīng)在曲線下股墊以10／14mm的坡形膠墊，減少下股鋼軌外傾量，防止因鋼軌外傾造成的軌距擴(kuò)大和沖擊角的增加。
　　3.5對小半徑曲線進(jìn)行技術(shù)加強(qiáng)
　　(1)按《修規(guī)》規(guī)定安裝軌距桿或軌撐時(shí)，可根據(jù)曲線的實(shí)際情況采用增加軌距桿，或采取軌距桿與支撐配合使用方法加強(qiáng)。(2)在小半徑曲線上鋪設(shè)合金軌和Ⅲ型軌枕及相應(yīng)的扣件是小半徑曲線技術(shù)：加強(qiáng)的發(fā)展方