鐵路曲線的特點(diǎn)及其養(yǎng)護(hù)方法探討

摘要：自鐵路問(wèn)世以來(lái)，鋼軌側(cè)面磨耗就一直是鐵路曲線上存在的問(wèn)題。在小半徑曲線上，外軌嚴(yán)重側(cè)磨，內(nèi)軌嚴(yán)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(yùn)輸成本，降低了行車(chē)質(zhì)量，以上種種，迫使我們相關(guān)的從業(yè)人員必須對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行深入的研究。

關(guān)鍵詞：鐵路曲線；特點(diǎn)；養(yǎng)護(hù)方法

中圖分類(lèi)號(hào)： TE833 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在我國(guó)總的鐵路營(yíng)業(yè)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(yán)重的區(qū)段，機(jī)車(chē)走行數(shù)萬(wàn)公里輪緣就磨耗到限，鋼軌每二三年就須更換，個(gè)別運(yùn)量較大的線路不到一年就得換軌。因此，改善機(jī)車(chē)車(chē)輛曲線通過(guò)條件，減緩輪軌的磨耗速率，延長(zhǎng)運(yùn)輸設(shè)備的使用周期，對(duì)于我國(guó)的鐵路運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益具有特殊的重要意義。

1 鐵路曲線的特點(diǎn)

機(jī)車(chē)車(chē)輛一般是依靠導(dǎo)向輪輪緣導(dǎo)向通過(guò)曲線的。由于機(jī)車(chē)軸重大，軸距長(zhǎng)，通過(guò)曲線時(shí)輪軌間產(chǎn)生的橫向作用力就較大，所以機(jī)車(chē)通過(guò)曲線要遠(yuǎn)比車(chē)輛困難。較大的輪軌橫向作用力能引起較大的鋼軌應(yīng)力、較大的輪緣和鋼軌磨耗，造成軌距擴(kuò)大，嚴(yán)重時(shí)影響到列車(chē)的平穩(wěn)運(yùn)行。

機(jī)車(chē)車(chē)輛曲線通過(guò)有兩個(gè)相互聯(lián)系的研究?jī)?nèi)容：幾何曲線通過(guò)和動(dòng)力曲線通過(guò)。

幾何曲線通過(guò)主要解決以下問(wèn)題：確定機(jī)車(chē)車(chē)輛所能通過(guò)的最小曲線半徑和為此目的所需的機(jī)車(chē)輪對(duì)橫動(dòng)量；給出機(jī)車(chē)車(chē)輛轉(zhuǎn)向架通過(guò)曲線時(shí)的轉(zhuǎn)心位置；確定在曲線上機(jī)車(chē)車(chē)輛轉(zhuǎn)向架相對(duì)于車(chē)體的偏轉(zhuǎn)角，以及車(chē)體與建筑限界的關(guān)系等等。

由于機(jī)車(chē)的軸距較長(zhǎng)，從幾何關(guān)系可知，為了便利機(jī)車(chē)車(chē)輛通過(guò)曲線，采取的措施是曲線軌距加寬，并使機(jī)車(chē)輪對(duì)具有一定的橫動(dòng)量。

1.1曲線上輪軌相互作用力

1.1.1運(yùn)行形態(tài)

車(chē)輛轉(zhuǎn)向架在曲線上運(yùn)行時(shí)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(duì)在軌道上橫向移動(dòng)。相應(yīng)于行車(chē)速度和軌道條件可以有各種運(yùn)行形態(tài)，亦即斜向運(yùn)行—前軸輪對(duì)外輪沖擊外軌工作邊，而后軸輪對(duì)內(nèi)輪沖擊內(nèi)軌工作邊，

自由運(yùn)行一前軸輪對(duì)外輪沖擊外軌工作邊，而后軸輪對(duì)輪緣與鋼軌無(wú)接觸，

弦形運(yùn)行—前后軸輪對(duì)的兩外輪都沖擊外軌工作邊。

車(chē)輛轉(zhuǎn)向架在曲線軌道上的位置，應(yīng)符合輪軌間在水平而上力的平衡條件。

1.1.2導(dǎo)向力及摩擦橫向力

車(chē)輛進(jìn)入曲線，因行駛方向的改變而產(chǎn)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(chē)架或轉(zhuǎn)向架的前軸外輪通過(guò)輪緣加于鋼軌，這時(shí)鋼軌受到由輪緣傳給的較大的橫向力，同時(shí)輪緣也受到鋼軌的橫向反力作用，它使車(chē)輛的運(yùn)行方向改變，故稱(chēng)為鋼軌導(dǎo)向力。另一種是全部車(chē)輪因滑動(dòng)而產(chǎn)生的摩擦阻力的橫向水平分力，又稱(chēng)為摩擦橫向力，以及與此相平衡的鋼軌給與車(chē)輪的反力。

1.2機(jī)車(chē)車(chē)輛曲線通過(guò)形態(tài)

機(jī)車(chē)車(chē)輛動(dòng)力曲線通過(guò)的理論計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)測(cè)試試驗(yàn)及觀察結(jié)果都已證實(shí)，隨著曲線半徑的增大，機(jī)車(chē)車(chē)輛的動(dòng)態(tài)曲線通過(guò)形態(tài)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(chē)車(chē)輛處于動(dòng)態(tài)曲線通過(guò)形態(tài)，機(jī)車(chē)的動(dòng)力曲線通過(guò)形態(tài)特征要在半徑更大的曲線上才能表現(xiàn)出來(lái)。在600m半徑的曲線上機(jī)車(chē)基本上仍以穩(wěn)態(tài)特征為主。

在半徑300 m和600 m的曲線上，計(jì)算得到的輪軌沖角、輪軌橫向力、輪對(duì)位移的動(dòng)態(tài)波形表明，車(chē)輛處于動(dòng)態(tài)曲線通過(guò)狀態(tài)。雖然輪對(duì)偏向軌道外側(cè)，但外輪輪緣并不與鋼軌側(cè)面經(jīng)常接觸，表明輪緣與鋼軌側(cè)面處于“若即若離”的狀態(tài)。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(duì)不斷改變其運(yùn)行方向。即輪對(duì)從某一位置沿由其錐度確定的滾動(dòng)軌跡線前進(jìn)，直到外輪輪緣與鋼軌側(cè)面接觸、碰撞，改變輪對(duì)的運(yùn)行方向.輪緣再一次脫離鋼軌，運(yùn)行一段距離，由輪對(duì)踏面錐度和輪對(duì)的外移量決定輪對(duì)的走行軌跡，使得輪緣再一次與鋼軌側(cè)面接觸。這一過(guò)程的反復(fù)進(jìn)行就造成了鋼軌側(cè)面的振蕩型不均勻側(cè)磨。

通過(guò)理論研究發(fā)現(xiàn)，車(chē)輛蠕滑導(dǎo)向的最小曲線半徑約為900～1300m。在目前機(jī)車(chē)車(chē)輛及運(yùn)行速度的條件下，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)曲線鋼軌側(cè)磨的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)曲線半徑達(dá)到1500 m，方可使得鋼軌不產(chǎn)生側(cè)磨。但隨著在線路上運(yùn)行的機(jī)車(chē)車(chē)輛類(lèi)型的改變及列車(chē)速度的提高，鋼軌不產(chǎn)生側(cè)磨的曲線半徑將發(fā)生變化。

2 鐵路曲線病害

2.1曲線病害產(chǎn)生的原因

列車(chē)的運(yùn)行由軌道來(lái)導(dǎo)向，車(chē)體在運(yùn)行時(shí)，由于慣性的作用是不會(huì)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(zhuǎn)變方向，迫使車(chē)體也不斷的改變方向。因此，車(chē)體運(yùn)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(huán)節(jié)之一，在一般的地形條件下，鐵路曲線約占正線延長(zhǎng)線的30%，提高曲線的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，對(duì)均衡提高線路的質(zhì)量，延長(zhǎng)軌道各部的使用壽命，保證行車(chē)安全有著重要的意義。

2.2曲線病害的分類(lèi)

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(tǒng)一，曲線鋼軌側(cè)面磨耗，剝落掉塊和波浪形磨耗。由于在曲線地段車(chē)輪對(duì)鋼軌產(chǎn)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(huán)節(jié)之一，特別值得重點(diǎn)保護(hù)。

3 曲線地段的養(yǎng)護(hù)

3.1曲線地段的養(yǎng)護(hù)原則

曲線時(shí)線路上的病害多發(fā)地段，應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，堅(jiān)持“預(yù)防為主，防治結(jié)合，修養(yǎng)并重”的原則。尤其是那些病害的多發(fā)、易發(fā)地段，特別應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)防護(hù)的事小半徑曲線地段。從設(shè)備上加強(qiáng)曲線，使路基參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。路肩平整，排水良好，整治路基病害，防止路基基礎(chǔ)變化帶動(dòng)上部建筑的變形，并按規(guī)定更換失效的軌枕。根據(jù)設(shè)計(jì)的曲線要素正確測(cè)定曲線位置，及時(shí)安設(shè)曲線頭尾標(biāo)志固定曲線位置。正確測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)正矢，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行撥正計(jì)算，全面撥正線路。

3.2設(shè)置正確的曲線外軌超高

曲線外軌設(shè)置超高的主要目的是使車(chē)體傾斜，用重力的向心分力平衡列車(chē)在曲線上運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的離心力。超高過(guò)大時(shí)，道床外側(cè)肩部的道碴容易坍落，增大養(yǎng)護(hù)維修工作量。

外軌超高的設(shè)置方法，通常采用以?xún)?nèi)軌為基準(zhǔn)，抬高外軌來(lái)實(shí)現(xiàn)。在高速鐵路上，為減輕車(chē)輛重心的上下變動(dòng)和避免過(guò)長(zhǎng)的緩和曲線，日本在高速鐵路上采用將內(nèi)軌降低曲線超高之半，將外軌抬高曲線超高之半的方法來(lái)設(shè)置曲線超高。

結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，列車(chē)的運(yùn)行速度、機(jī)車(chē)車(chē)輛軸重、行車(chē)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(cè)磨是一個(gè)比較突出的矛盾。我們相關(guān)的工作者，要從力學(xué)、材料、機(jī)械、摩擦磨耗及潤(rùn)滑的研究下功夫，并要做好長(zhǎng)期研究的準(zhǔn)備.

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