鐵路曲線的特點及其養護方法探討

摘要：自鐵路問世以來，鋼軌側面磨耗就一直是鐵路曲線上存在的問題。在小半徑曲線上，外軌嚴重側磨，內軌嚴重壓潰，并且由于軌頭的塑性變形而造成鋼軌的波浪形磨耗，大大增加了鐵路的運輸成本，降低了行車質量，以上種種，迫使我們相關的從業人員必須對此問題進行深入的研究。

關鍵詞：鐵路曲線；特點；養護方法

中圖分類號： TE833 文獻標識碼：A

在我國總的鐵路營業里程中，有將近三分之一的線路是曲線。單就輪軌磨耗而言，情況嚴重的區段，機車走行數萬公里輪緣就磨耗到限，鋼軌每二三年就須更換，個別運量較大的線路不到一年就得換軌。因此，改善機車車輛曲線通過條件，減緩輪軌的磨耗速率，延長運輸設備的使用周期，對于我國的鐵路運輸的經濟效益具有特殊的重要意義。

1 鐵路曲線的特點

機車車輛一般是依靠導向輪輪緣導向通過曲線的。由于機車軸重大，軸距長，通過曲線時輪軌間產生的橫向作用力就較大，所以機車通過曲線要遠比車輛困難。較大的輪軌橫向作用力能引起較大的鋼軌應力、較大的輪緣和鋼軌磨耗，造成軌距擴大，嚴重時影響到列車的平穩運行。

機車車輛曲線通過有兩個相互聯系的研究內容：幾何曲線通過和動力曲線通過。

幾何曲線通過主要解決以下問題：確定機車車輛所能通過的最小曲線半徑和為此目的所需的機車輪對橫動量；給出機車車輛轉向架通過曲線時的轉心位置；確定在曲線上機車車輛轉向架相對于車體的偏轉角，以及車體與建筑限界的關系等等。

由于機車的軸距較長，從幾何關系可知，為了便利機車車輛通過曲線，采取的措施是曲線軌距加寬，并使機車輪對具有一定的橫動量。

1.1曲線上輪軌相互作用力

1.1.1運行形態

車輛轉向架在曲線上運行時所處的位置，由于輪緣與鋼軌工作邊之間有游間，可以使輪對在軌道上橫向移動。相應于行車速度和軌道條件可以有各種運行形態，亦即斜向運行—前軸輪對外輪沖擊外軌工作邊，而后軸輪對內輪沖擊內軌工作邊，

自由運行一前軸輪對外輪沖擊外軌工作邊，而后軸輪對輪緣與鋼軌無接觸，

弦形運行—前后軸輪對的兩外輪都沖擊外軌工作邊。

車輛轉向架在曲線軌道上的位置，應符合輪軌間在水平而上力的平衡條件。

1.1.2導向力及摩擦橫向力

車輛進入曲線，因行駛方向的改變而產生的橫向力分為兩種形式加于軌道。一種是具有固定軸距的車架或轉向架的前軸外輪通過輪緣加于鋼軌，這時鋼軌受到由輪緣傳給的較大的橫向力，同時輪緣也受到鋼軌的橫向反力作用，它使車輛的運行方向改變，故稱為鋼軌導向力。另一種是全部車輪因滑動而產生的摩擦阻力的橫向水平分力，又稱為摩擦橫向力，以及與此相平衡的鋼軌給與車輪的反力。

1.2機車車輛曲線通過形態

機車車輛動力曲線通過的理論計算結果和現場動態測試試驗及觀察結果都已證實，隨著曲線半徑的增大，機車車輛的動態曲線通過形態特征更加明顯，并起著重要的影響作用。在300 m以上半徑的曲線上，貨車車輛處于動態曲線通過形態，機車的動力曲線通過形態特征要在半徑更大的曲線上才能表現出來。在600m半徑的曲線上機車基本上仍以穩態特征為主。

在半徑300 m和600 m的曲線上，計算得到的輪軌沖角、輪軌橫向力、輪對位移的動態波形表明，車輛處于動態曲線通過狀態。雖然輪對偏向軌道外側，但外輪輪緣并不與鋼軌側面經常接觸，表明輪緣與鋼軌側面處于“若即若離”的狀態。蠕滑力和蠕滑力矩。在蠕滑力和蠕滑力矩的共同作用下，輪對不斷改變其運行方向。即輪對從某一位置沿由其錐度確定的滾動軌跡線前進，直到外輪輪緣與鋼軌側面接觸、碰撞，改變輪對的運行方向.輪緣再一次脫離鋼軌，運行一段距離，由輪對踏面錐度和輪對的外移量決定輪對的走行軌跡，使得輪緣再一次與鋼軌側面接觸。這一過程的反復進行就造成了鋼軌側面的振蕩型不均勻側磨。

通過理論研究發現，車輛蠕滑導向的最小曲線半徑約為900～1300m。在目前機車車輛及運行速度的條件下，對現場曲線鋼軌側磨的調查發現，當曲線半徑達到1500 m，方可使得鋼軌不產生側磨。但隨著在線路上運行的機車車輛類型的改變及列車速度的提高，鋼軌不產生側磨的曲線半徑將發生變化。

2 鐵路曲線病害

2.1曲線病害產生的原因

列車的運行由軌道來導向，車體在運行時，由于慣性的作用是不會改變方向的。尤其是在鐵路線路上，而在曲線地段，軌道卻不斷的轉變方向，迫使車體也不斷的改變方向。因此，車體運行方向和曲線軌道的方向總是相互矛盾著的。曲線地段是鐵路線路上的薄弱環節之一，在一般的地形條件下，鐵路曲線約占正線延長線的30%，提高曲線的養護質量，對均衡提高線路的質量，延長軌道各部的使用壽命，保證行車安全有著重要的意義。

2.2曲線病害的分類

鐵路線路曲線病害主要有：方向不良，軌距不符，水平超限，軌底坡不統一，曲線鋼軌側面磨耗，剝落掉塊和波浪形磨耗。由于在曲線地段車輪對鋼軌產生的反向力，使曲線地段的線路承受著多方向的作用力。因此線路的曲線地段，特別是小半徑的曲線地段是鐵路三大薄弱環節之一，特別值得重點保護。

3 曲線地段的養護

3.1曲線地段的養護原則

曲線時線路上的病害多發地段，應加強養護，堅持“預防為主，防治結合，修養并重”的原則。尤其是那些病害的多發、易發地段，特別應當加強防護的事小半徑曲線地段。從設備上加強曲線，使路基參數達到設計標準。路肩平整，排水良好，整治路基病害，防止路基基礎變化帶動上部建筑的變形，并按規定更換失效的軌枕。根據設計的曲線要素正確測定曲線位置，及時安設曲線頭尾標志固定曲線位置。正確測定現場正矢，用計算機進行撥正計算，全面撥正線路。

3.2設置正確的曲線外軌超高

曲線外軌設置超高的主要目的是使車體傾斜，用重力的向心分力平衡列車在曲線上運行時產生的離心力。超高過大時，道床外側肩部的道碴容易坍落，增大養護維修工作量。

外軌超高的設置方法，通常采用以內軌為基準，抬高外軌來實現。在高速鐵路上，為減輕車輛重心的上下變動和避免過長的緩和曲線，日本在高速鐵路上采用將內軌降低曲線超高之半，將外軌抬高曲線超高之半的方法來設置曲線超高。

結語

近年來，隨著經濟的發展，列車的運行速度、機車車輛軸重、行車密度都大大提高，使得軌道各部件的受力增加。除了鋼軌、扣件、軌枕的其他一些傷損增加外，曲線鋼軌的側磨是一個比較突出的矛盾。我們相關的工作者，要從力學、材料、機械、摩擦磨耗及潤滑的研究下功夫，并要做好長期研究的準備.

參考文獻

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