基于運用安全的貨車脫軌車輛原因分析

鄭昱暉

【摘 要】 近幾年來，全國客貨列車進行了多次提速，給全國鐵路運輸行業帶來前所未有的生機與活力，同時也帶來了一些不和諧的安全問題，其中貨物列車空車脫軌的問題尤為突出，嚴重干擾了正常的鐵路運輸秩序，造成了很大的經濟損失和社會不良影響。

【關鍵詞】 安全 貨車脫軌 原因

車輛脫軌從力學理論上分析是由橫向力過大和垂向力減載共同作用引起的。其脫軌基本分為兩種形式：車輛因車輛激振，輪對減載率過大導致車輪跳上鋼軌；車輛因輪軌間橫向力和垂向力的比值失衡導致車輪爬上鋼軌。

1 直線運行的脫軌安全性分析

在不考慮外界因素的情況下，直線運行時，輪軌橫向力的主要來源是蛇形運動，車輛脫軌通常發生在車輛喪失橫向運行穩定性之后，因此稱之為蛇行脫軌。

蛇形失穩存在一個速度的臨界值。當貨車在脫軌臨界時刻時，其輪對的橫移量和搖頭角較大，極可能產生輪緣和踏面同時接觸鋼軌的情況。低速時，車輛蛇行運動的輪對橫移和搖頭的幅值不大，只會影響車體的響應性能；車速提高，蛇行運動的輪對橫移和搖頭的幅值加大，輪緣與鋼軌間的橫向力增大，因輪緣與踏面間傾角的存在，鋼軌反饋給輪緣的反作用力有一個向上的分量，當它的值超過輪對垂向力及輪軌間摩擦力時，就會出現輪緣與鋼軌的接觸點逐漸往輪緣頂端爬升的現象，車輛整體就會出現抬升，當抬升量高于輪緣高度，即發生脫軌。

2 曲線運行的脫軌安全性分析

2.1 曲線運行輪對橫向力分析

速度越快、車輛自重越大則離心力越大，除開速度、重量的影響對曲線橫向力的影響我們還必須考慮以下兩點：

（1）車輛裝載情況；為抵消離心力的作用，一般曲線區段都設置為外線超高。因為曲線超高的設置使車輛的重力產生一個橫向分量，所以車輛貨物的偏載導致的車輛重心偏移、及超限貨物裝載導致的車輛重心偏高都會增大車輛脫軌系數，嚴重危及行車安全。（2）車輛結構特點；采用間隙旁承的車輛在通過曲線時，上下旁承壓死，使上下旁承的摩擦力過大，從而增加了橫向力。車輛在通過曲線時車體和搖枕的轉動不可能同步，存在一定的相對轉動，也就存在一定的摩擦力，這也是橫向力的一個來源。

2.2 曲線運動輪對減載率的分析

因曲線離心力的影響，在不考慮外線超高的情況下，通過曲線區段時車輛內側輪對必然減載重，而外側輪對則必然增載。曲線外線超高的設置即通過重心偏移抵消內外側輪對的增減載變化量而增加了車輛脫軌穩定性。當然，這都是建立在一定速度限定范圍內。同樣，除開離心力對車輛增減載的影響，我們必須考慮以下兩點：

（1）車輛裝載情況；車輛載重的內偏會使內側輪對增載，而外偏則使外側輪對增載；車輛重心的增高，內外側增減載同樣加劇。（2）車輛結構特點；對于空車系統轉向架中央懸掛彈簧橫向和縱向剛度越小，輪重減載率越大。轉向架構架或車體扭曲，車輛各彈簧垂向變形不同，存在制造公差，從而導致各輪載重分布不均，在運行過程中也是造成各輪對減載不均的原因。

3 貨車運用檢查相關要點分析

近幾年鐵道部安監通報的脫軌事故分析統計結果（如表1）。

針對脫軌原因的力學機理分析結合全路脫軌事故原因分析情況，就貨車運用部門而言，應該在日常檢查中著重加強對一些關鍵部位的檢查，可以減低車輛脫軌的概率；在發生車輛脫軌事故后，要從以下幾方面著手調查脫軌車輛方面原因。

3.1 輪對部分

（1）輪緣磨耗過限；輪緣磨耗過限后，輪對通過道岔時，因為道岔的曲線半徑較小，又不超高，由于離心力的作用，使輪緣承受較大的橫向力容易爬上尖軌，如果輪緣有足夠的厚度，輪緣外側則將被基本軌擋住，不會使輪緣頂點爬上尖軌頂端。同時輪緣厚度變薄，輪緣與鋼軌間隙增大，也變相增大了高速蛇形運動時的擺動幅度。（2）輪對踏面擦傷；輪對踏面擦傷，特別是大面積剝離會導致高速運行過程中使輪對產生激振，從而導致運行過程中常態性存在瞬間減載的情況，增大了脫軌風險系數。

3.2 轉向架部分

（1）交叉桿裂損、蓋板彎曲、端頭螺栓松動丟失；交叉支撐裝置及彈簧托板的設置增強了轉向架的抗棱剛度，提高了蛇形失穩的臨界速度。交叉桿折斷及因異物撞擊導致的蓋板彎曲都會致使交叉桿的橫向定位作用失效。（2）雙作用彈性旁承裂損、失效；采用雙作用彈性旁承將車體與旁承間摩擦由滑動摩擦變為滾動摩擦，大大減少了摩擦力所帶來的橫向力，增加了回轉力矩，同時抑制了車體的搖頭和側滾。（3）斜契、磨耗板裂損、失效；側架立柱磨耗板運用過程中鉚釘折斷丟失后，磨耗板竄出、破損、丟失導致斜契與磨耗板摩擦力發生變化，影響減振性能，加劇貨車垂向振動；同時橫向定位作用減弱甚至失效，也會加速蛇形運動。（4）彈簧折斷、竄出；二級剛度彈簧的設置減少了空車狀態下輪重的減載率，增加了空車狀態下的脫軌穩定性。如果彈簧折斷、錯位導致本身的減振失效，加劇簧上車體振動，或是承重失衡導致車體出現傾斜，重心偏移。會增加車輛曲線脫軌的可能性。

3.3 車鉤緩沖部分

互鉤差過大，導致車鉤在傳遞縱向力的過程中產生巨大的垂向分力，特別是在空中車混編的情況下，因為空車自重較輕，很容易被重車在加速及減速過程中拱起，從而造成輪對大量減載。

4 結語

根據以上對貨車蛇行脫軌過程影響因素的分析可知，在貨車運用檢修過程中，需要著重加強對輪對、轉向架部分的檢查，當然貨物裝載以及車輛編組也是導致脫軌的可能性因素。

參考文獻：

[1]曾宇清，王衛東，舒興高，等.車輛脫軌安全評判的動態限度[J].中國鐵道科學，1999（20）.endprint

【摘 要】 近幾年來，全國客貨列車進行了多次提速，給全國鐵路運輸行業帶來前所未有的生機與活力，同時也帶來了一些不和諧的安全問題，其中貨物列車空車脫軌的問題尤為突出，嚴重干擾了正常的鐵路運輸秩序，造成了很大的經濟損失和社會不良影響。

【關鍵詞】 安全 貨車脫軌 原因

車輛脫軌從力學理論上分析是由橫向力過大和垂向力減載共同作用引起的。其脫軌基本分為兩種形式：車輛因車輛激振，輪對減載率過大導致車輪跳上鋼軌；車輛因輪軌間橫向力和垂向力的比值失衡導致車輪爬上鋼軌。

1 直線運行的脫軌安全性分析

在不考慮外界因素的情況下，直線運行時，輪軌橫向力的主要來源是蛇形運動，車輛脫軌通常發生在車輛喪失橫向運行穩定性之后，因此稱之為蛇行脫軌。

蛇形失穩存在一個速度的臨界值。當貨車在脫軌臨界時刻時，其輪對的橫移量和搖頭角較大，極可能產生輪緣和踏面同時接觸鋼軌的情況。低速時，車輛蛇行運動的輪對橫移和搖頭的幅值不大，只會影響車體的響應性能；車速提高，蛇行運動的輪對橫移和搖頭的幅值加大，輪緣與鋼軌間的橫向力增大，因輪緣與踏面間傾角的存在，鋼軌反饋給輪緣的反作用力有一個向上的分量，當它的值超過輪對垂向力及輪軌間摩擦力時，就會出現輪緣與鋼軌的接觸點逐漸往輪緣頂端爬升的現象，車輛整體就會出現抬升，當抬升量高于輪緣高度，即發生脫軌。

2 曲線運行的脫軌安全性分析

2.1 曲線運行輪對橫向力分析

速度越快、車輛自重越大則離心力越大，除開速度、重量的影響對曲線橫向力的影響我們還必須考慮以下兩點：

（1）車輛裝載情況；為抵消離心力的作用，一般曲線區段都設置為外線超高。因為曲線超高的設置使車輛的重力產生一個橫向分量，所以車輛貨物的偏載導致的車輛重心偏移、及超限貨物裝載導致的車輛重心偏高都會增大車輛脫軌系數，嚴重危及行車安全。（2）車輛結構特點；采用間隙旁承的車輛在通過曲線時，上下旁承壓死，使上下旁承的摩擦力過大，從而增加了橫向力。車輛在通過曲線時車體和搖枕的轉動不可能同步，存在一定的相對轉動，也就存在一定的摩擦力，這也是橫向力的一個來源。

2.2 曲線運動輪對減載率的分析

因曲線離心力的影響，在不考慮外線超高的情況下，通過曲線區段時車輛內側輪對必然減載重，而外側輪對則必然增載。曲線外線超高的設置即通過重心偏移抵消內外側輪對的增減載變化量而增加了車輛脫軌穩定性。當然，這都是建立在一定速度限定范圍內。同樣，除開離心力對車輛增減載的影響，我們必須考慮以下兩點：

（1）車輛裝載情況；車輛載重的內偏會使內側輪對增載，而外偏則使外側輪對增載；車輛重心的增高，內外側增減載同樣加劇。（2）車輛結構特點；對于空車系統轉向架中央懸掛彈簧橫向和縱向剛度越小，輪重減載率越大。轉向架構架或車體扭曲，車輛各彈簧垂向變形不同，存在制造公差，從而導致各輪載重分布不均，在運行過程中也是造成各輪對減載不均的原因。

3 貨車運用檢查相關要點分析

近幾年鐵道部安監通報的脫軌事故分析統計結果（如表1）。

針對脫軌原因的力學機理分析結合全路脫軌事故原因分析情況，就貨車運用部門而言，應該在日常檢查中著重加強對一些關鍵部位的檢查，可以減低車輛脫軌的概率；在發生車輛脫軌事故后，要從以下幾方面著手調查脫軌車輛方面原因。

3.1 輪對部分

（1）輪緣磨耗過限；輪緣磨耗過限后，輪對通過道岔時，因為道岔的曲線半徑較小，又不超高，由于離心力的作用，使輪緣承受較大的橫向力容易爬上尖軌，如果輪緣有足夠的厚度，輪緣外側則將被基本軌擋住，不會使輪緣頂點爬上尖軌頂端。同時輪緣厚度變薄，輪緣與鋼軌間隙增大，也變相增大了高速蛇形運動時的擺動幅度。（2）輪對踏面擦傷；輪對踏面擦傷，特別是大面積剝離會導致高速運行過程中使輪對產生激振，從而導致運行過程中常態性存在瞬間減載的情況，增大了脫軌風險系數。

3.2 轉向架部分

（1）交叉桿裂損、蓋板彎曲、端頭螺栓松動丟失；交叉支撐裝置及彈簧托板的設置增強了轉向架的抗棱剛度，提高了蛇形失穩的臨界速度。交叉桿折斷及因異物撞擊導致的蓋板彎曲都會致使交叉桿的橫向定位作用失效。（2）雙作用彈性旁承裂損、失效；采用雙作用彈性旁承將車體與旁承間摩擦由滑動摩擦變為滾動摩擦，大大減少了摩擦力所帶來的橫向力，增加了回轉力矩，同時抑制了車體的搖頭和側滾。（3）斜契、磨耗板裂損、失效；側架立柱磨耗板運用過程中鉚釘折斷丟失后，磨耗板竄出、破損、丟失導致斜契與磨耗板摩擦力發生變化，影響減振性能，加劇貨車垂向振動；同時橫向定位作用減弱甚至失效，也會加速蛇形運動。（4）彈簧折斷、竄出；二級剛度彈簧的設置減少了空車狀態下輪重的減載率，增加了空車狀態下的脫軌穩定性。如果彈簧折斷、錯位導致本身的減振失效，加劇簧上車體振動，或是承重失衡導致車體出現傾斜，重心偏移。會增加車輛曲線脫軌的可能性。

3.3 車鉤緩沖部分

互鉤差過大，導致車鉤在傳遞縱向力的過程中產生巨大的垂向分力，特別是在空中車混編的情況下，因為空車自重較輕，很容易被重車在加速及減速過程中拱起，從而造成輪對大量減載。

4 結語

根據以上對貨車蛇行脫軌過程影響因素的分析可知，在貨車運用檢修過程中，需要著重加強對輪對、轉向架部分的檢查，當然貨物裝載以及車輛編組也是導致脫軌的可能性因素。

參考文獻：

[1]曾宇清，王衛東，舒興高，等.車輛脫軌安全評判的動態限度[J].中國鐵道科學，1999（20）.endprint

【摘 要】 近幾年來，全國客貨列車進行了多次提速，給全國鐵路運輸行業帶來前所未有的生機與活力，同時也帶來了一些不和諧的安全問題，其中貨物列車空車脫軌的問題尤為突出，嚴重干擾了正常的鐵路運輸秩序，造成了很大的經濟損失和社會不良影響。

【關鍵詞】 安全 貨車脫軌 原因

車輛脫軌從力學理論上分析是由橫向力過大和垂向力減載共同作用引起的。其脫軌基本分為兩種形式：車輛因車輛激振，輪對減載率過大導致車輪跳上鋼軌；車輛因輪軌間橫向力和垂向力的比值失衡導致車輪爬上鋼軌。

1 直線運行的脫軌安全性分析

在不考慮外界因素的情況下，直線運行時，輪軌橫向力的主要來源是蛇形運動，車輛脫軌通常發生在車輛喪失橫向運行穩定性之后，因此稱之為蛇行脫軌。

蛇形失穩存在一個速度的臨界值。當貨車在脫軌臨界時刻時，其輪對的橫移量和搖頭角較大，極可能產生輪緣和踏面同時接觸鋼軌的情況。低速時，車輛蛇行運動的輪對橫移和搖頭的幅值不大，只會影響車體的響應性能；車速提高，蛇行運動的輪對橫移和搖頭的幅值加大，輪緣與鋼軌間的橫向力增大，因輪緣與踏面間傾角的存在，鋼軌反饋給輪緣的反作用力有一個向上的分量，當它的值超過輪對垂向力及輪軌間摩擦力時，就會出現輪緣與鋼軌的接觸點逐漸往輪緣頂端爬升的現象，車輛整體就會出現抬升，當抬升量高于輪緣高度，即發生脫軌。

2 曲線運行的脫軌安全性分析

2.1 曲線運行輪對橫向力分析

速度越快、車輛自重越大則離心力越大，除開速度、重量的影響對曲線橫向力的影響我們還必須考慮以下兩點：

（1）車輛裝載情況；為抵消離心力的作用，一般曲線區段都設置為外線超高。因為曲線超高的設置使車輛的重力產生一個橫向分量，所以車輛貨物的偏載導致的車輛重心偏移、及超限貨物裝載導致的車輛重心偏高都會增大車輛脫軌系數，嚴重危及行車安全。（2）車輛結構特點；采用間隙旁承的車輛在通過曲線時，上下旁承壓死，使上下旁承的摩擦力過大，從而增加了橫向力。車輛在通過曲線時車體和搖枕的轉動不可能同步，存在一定的相對轉動，也就存在一定的摩擦力，這也是橫向力的一個來源。

2.2 曲線運動輪對減載率的分析

因曲線離心力的影響，在不考慮外線超高的情況下，通過曲線區段時車輛內側輪對必然減載重，而外側輪對則必然增載。曲線外線超高的設置即通過重心偏移抵消內外側輪對的增減載變化量而增加了車輛脫軌穩定性。當然，這都是建立在一定速度限定范圍內。同樣，除開離心力對車輛增減載的影響，我們必須考慮以下兩點：

（1）車輛裝載情況；車輛載重的內偏會使內側輪對增載，而外偏則使外側輪對增載；車輛重心的增高，內外側增減載同樣加劇。（2）車輛結構特點；對于空車系統轉向架中央懸掛彈簧橫向和縱向剛度越小，輪重減載率越大。轉向架構架或車體扭曲，車輛各彈簧垂向變形不同，存在制造公差，從而導致各輪載重分布不均，在運行過程中也是造成各輪對減載不均的原因。

3 貨車運用檢查相關要點分析

近幾年鐵道部安監通報的脫軌事故分析統計結果（如表1）。

針對脫軌原因的力學機理分析結合全路脫軌事故原因分析情況，就貨車運用部門而言，應該在日常檢查中著重加強對一些關鍵部位的檢查，可以減低車輛脫軌的概率；在發生車輛脫軌事故后，要從以下幾方面著手調查脫軌車輛方面原因。

3.1 輪對部分

（1）輪緣磨耗過限；輪緣磨耗過限后，輪對通過道岔時，因為道岔的曲線半徑較小，又不超高，由于離心力的作用，使輪緣承受較大的橫向力容易爬上尖軌，如果輪緣有足夠的厚度，輪緣外側則將被基本軌擋住，不會使輪緣頂點爬上尖軌頂端。同時輪緣厚度變薄，輪緣與鋼軌間隙增大，也變相增大了高速蛇形運動時的擺動幅度。（2）輪對踏面擦傷；輪對踏面擦傷，特別是大面積剝離會導致高速運行過程中使輪對產生激振，從而導致運行過程中常態性存在瞬間減載的情況，增大了脫軌風險系數。

3.2 轉向架部分

（1）交叉桿裂損、蓋板彎曲、端頭螺栓松動丟失；交叉支撐裝置及彈簧托板的設置增強了轉向架的抗棱剛度，提高了蛇形失穩的臨界速度。交叉桿折斷及因異物撞擊導致的蓋板彎曲都會致使交叉桿的橫向定位作用失效。（2）雙作用彈性旁承裂損、失效；采用雙作用彈性旁承將車體與旁承間摩擦由滑動摩擦變為滾動摩擦，大大減少了摩擦力所帶來的橫向力，增加了回轉力矩，同時抑制了車體的搖頭和側滾。（3）斜契、磨耗板裂損、失效；側架立柱磨耗板運用過程中鉚釘折斷丟失后，磨耗板竄出、破損、丟失導致斜契與磨耗板摩擦力發生變化，影響減振性能，加劇貨車垂向振動；同時橫向定位作用減弱甚至失效，也會加速蛇形運動。（4）彈簧折斷、竄出；二級剛度彈簧的設置減少了空車狀態下輪重的減載率，增加了空車狀態下的脫軌穩定性。如果彈簧折斷、錯位導致本身的減振失效，加劇簧上車體振動，或是承重失衡導致車體出現傾斜，重心偏移。會增加車輛曲線脫軌的可能性。

3.3 車鉤緩沖部分

互鉤差過大，導致車鉤在傳遞縱向力的過程中產生巨大的垂向分力，特別是在空中車混編的情況下，因為空車自重較輕，很容易被重車在加速及減速過程中拱起，從而造成輪對大量減載。

4 結語

根據以上對貨車蛇行脫軌過程影響因素的分析可知，在貨車運用檢修過程中，需要著重加強對輪對、轉向架部分的檢查，當然貨物裝載以及車輛編組也是導致脫軌的可能性因素。

參考文獻：

[1]曾宇清，王衛東，舒興高，等.車輛脫軌安全評判的動態限度[J].中國鐵道科學，1999（20）.endprint