淺談煤礦窄軌鐵路運輸軌型的選擇

田瑞臣　王忠平　楊起　王政敏

摘 要：煤礦窄軌鐵路運輸是礦井輔助運輸的主要組成部分，承載礦井生產所需要的材料、設備、矸石以及人員的運輸。隨著綜采及綜掘設備的發展，設備重量的增加，要求煤礦窄軌鐵路鋼軌上運行的車輛噸位越來越大，鋼軌的承載力就自然越來越大。文章通過對鋼軌選型依據的論述，對不同型號鋼軌線路允許運行車輛載重進行了計算，給出了不同車輛在線路上允許的載重值，以達到窄軌鐵路安全運輸的目的。

關鍵詞：窄軌鐵路；軌型選擇；重要性

前言

煤礦窄軌鐵路運輸是礦井輔助運輸的主要組成部分，承載礦井生產所需要的材料、設備、矸石以及人員的運輸。隨著綜采及綜掘設備的發展，設備重量的增加，要求煤礦窄軌鐵路鋼軌上運行的車輛噸位越來越大，鋼軌的承載力就自然越來越大我國目前大多井工煤礦軌距多采用600毫米與900毫米兩種。牽引工具主要為蓄電池電機車。鋼軌軌型主要有24kg/m、30kg/m、38kg/m三種。隨著采煤機械化的發展，綜采設備單重越來越大，軌道的更新往往跟不上。不同類型的軌道上運行多重的車輛，或多重的車輛應鋪設哪種類型的軌道直接關系著軌道系統運行的順暢與安全。

1 煤礦窄軌鐵路運輸用軌道的分類

軌道類型是以每米長鋼軌重量的千克數來表示的，煤礦用窄軌軌道主要類型及參數如表1所示。

表1 煤礦窄軌軌道常用鋼軌類型及及主要尺寸表軌型

2 鋼軌型號選擇依據

2.1 軌道與速度的關系

行車速度對軌道的影響主要表現在動力作用方面。行車速度越高，機車車輛和軌道的振動強度越大，作用于軌道上的動荷載越大，軌道的幾何形位越難保持，軌道及其部件交變應力幅度和振動加速度越大。所以，行車速度越高，軌道結構及其部件破壞越快。

2.2 軌道與車輛軸重的關系

軸重是指一個輪對承受的機車或車輛重量。軸重反映了軌道承受的靜荷載強度，它決定了各部件交變應力的平均應力水平。軸重的一半稱為靜輪重。軸重越大，軌道承受的荷載也越大，各部件的交變應力水平隨軸重增加而增大，所能承受的荷載循環次數大為減少，使用壽命縮短，軌道疲勞破壞速度加快。研究結果表明，由于各種疲勞現象而導致的鋼軌折損，以及軌道幾何形位的破壞，都與軸重有關。重載車輛，即使運行速度不高，其對軌道的破壞往往要比一般的高速列車對軌道的破壞程度大。如果軸重與列車速度同時增加，鋼軌折損率的增長規律將更復雜。

2.3 軌道與運量的關系

運量常用車輛通過的總重量表示，它是車輛車輛軸重及其通過次數的乘積，是反映軸重、速度、行車密度的一項綜合指標。行車速度和軸重決定了軌道結構的負荷強度，以及各部件交變應力的應力幅和平均應力；行車密度驚動了負荷和應力作用的頻率。鋼軌的磨損和折損、軌道永久變形積累都和運量有直接的關系：運量大，行車密度大，列車負荷作用越頻繁，單位時間內應力循環次數多，整個軌道的永久變形積累越快。滿足運行條件的軸重、行車速度和運量三個參數基本上和平均應力、應力幅度、循環次數這三個因素相對應：軸重與平均應力對應；行車速度與應力幅度對應；運量與循環次數對應。為了提高運輸能力，軌道只能從提高軌道整體強度和軌道平順性輛方面下手，另一方面在現有軌道線路上為保證運輸安全，就必須在保證軌道平順性基礎上，對軸重、行車速度和運量三個參數進行合理選擇。

3 煤礦常用軌型線路上允許運行車輛載重計算

3.1 車輛允許軸重的計算

選擇鋼軌重量一般與機車車輛軸重和型式、運行速度、運量、服務年限、工作地點、線路上部構造類型以及一個國家的鋼鐵產量質量等因素有關。

3.1.1 前蘇聯對于鋼軌重量與軸重的關系的試驗研究

前蘇聯在20世紀70、80年代關于鋼軌重量與軸重的關系進行了過大量的試驗研究工作，利用環行試驗線對軸重為23噸與25噸的車輛進行了運營試驗， 得出的結論如表2。

表2 前蘇聯研究實驗鋼軌重量與貨車軸重關系

運行維護情況在50kg/m線路上運行軸重23噸車輛，能過安全運行，但養護工作量增加。在65kg/m或75kg/m線路上運行軸重為25噸車輛，需大大增加線路養護維修工作量及其費用。

3.1.2 鋼軌重量與軸重的關系，參考國外現有一些經驗公式如下

日本：P=q/（2.5～3）

前蘇聯：P=（q/a）3/2

前西德：P=q/2

式中：q-鋼軌重量公斤/米；P-軸重噸；a-窄軌取5

考慮中國軌道軋制工藝水平及煤礦井下軌道鋪設標準，文章參考日本經驗公式計算不同軌型線路運行車輛允許軸重，計算結果如表3所示。

表3 煤礦常用軌型線路條件下允許運行車輛軸重

3.2 根據軸重合理選擇車輛載重

鐵煤集團公司隨著采掘機械化的發展，采掘設備裝機容量越來越大，整機重量也越來越大，即使設備解體運輸，往往最大不可拆部件的重量也很大，這就給軌道運輸帶來很大壓力，尤其對運輸線路上的軌道考驗也越來越大，超載會增加養護維修費用，而且影響行車安全。這樣就必須根據軌型允許的車輛軸重計算出車輛允許載重，在日常礦井運輸管理中，按照此標準嚴格規范車輛裝載情況，嚴禁車輛超載運行，這里的超載包括車輛本身限制載重，也包括運輸線路軌道限制的車輛載重。鐵煤集團公司現常用平板車有四種，平板車允許載重如表4所示。

表4 車輛允許載重值

4 結束語

鐵煤集團公司通過加強軌道運輸管理，嚴格規范軌道安裝及維護質量，逐步提高礦井運輸線路軌型標準，同時規范車輛裝載行為，嚴禁超載運輸，使得礦井軌道運輸呈現平穩順暢的良好發展態勢，為公司整體快速發展奠定了堅實基礎。

參考文獻

[1]江成.貨車軸重的增加對鐵道線路的影響[J].鐵道工程學報，1997.

[2]方金陵.關于煤礦600毫米軌距輕軌的選型[J].煤礦設計通訊，1966.

[3]張鶴霄.論礦井窄軌鐵道的鋼軌軌型選擇與重軌鋪設[J].煤炭技術，2011.

作者簡介：田瑞臣（1969-），遼寧省西豐縣人，高級工程師，1998年畢業于遼寧工程技術大學計算機應用于管理專業。現任鐵法能源公司生產技術部機電處副處長。