京包线小半径曲线钢轨减磨技术

李大东，郭 翔，戴 强

(1.北京铁科轮轨安全设备技术开发中心，北京 100081;2.广铁集团 洛张电化改造工程建设指挥部，湖南 张家界 427304;3.中铁十七局集团有限公司 第五工程有限公司，太原 030031)

京包线小半径曲线钢轨减磨技术

李大东1，郭 翔2，戴 强3

(1.北京铁科轮轨安全设备技术开发中心，北京 100081;2.广铁集团 洛张电化改造工程建设指挥部，湖南 张家界 427304;3.中铁十七局集团有限公司 第五工程有限公司，太原 030031)

对京包线钢轨侧面磨耗进行现场观测，结合车辆通过曲线时的受力情况，分析在该线路上由于轨道结构、车体运行及人为因素引起曲线上股钢轨磨耗的成因。针对该段曲线磨耗特点提出了减少小半径曲线上股钢轨侧面磨耗的一些措施。

小半径 曲线磨耗 弹性减磨护轨

随着我国经济建设的发展，铁路运输量的需求越来越大，特别是煤运重载干线运量增加，给线路的养护维修带来了很大困难，工务人员工作量成倍增加，特别是小半径曲线钢轨的磨耗问题尤为突出。重点分析京包线小半径曲线磨耗发生的原因，提出整治措施。

1 京包线小半径曲线钢轨侧磨特点

根据对京包线现场观测，发现重载线路曲线钢轨的磨耗随着重载列车进入曲线地段，曲线外股钢轨的垂直磨耗与侧面磨耗程度会越来越严重。在京包线上行K565+867～K566+929、曲线半径 R=385 m、60 kg/m，2007年6月更换混凝土枕，运行万吨重载列车、轴重25 t，测得的磨耗曲线见图1。在缓圆点处钢轨的垂直磨耗和侧面磨耗分别是1.20 mm，6.02 mm，重车方向出圆缓点前后各12 m左右范围内钢轨的磨耗尤为突出，在圆缓点前后1 m，外股钢轨的最大垂直磨耗和最大侧面磨耗分别达到6.75 mm，18.83 mm，而整条曲线的平均垂直磨耗为3.52 mm、侧面磨耗为11.93 mm，当出圆缓点以后垂直和侧面磨耗均有所减缓。

2 磨耗原因分析

2.1 轨道结构对钢轨磨耗的影响

图1 京包上行线实测磨耗曲线

曲线外股轨头发生侧面磨耗的主要原因是，当列车通过曲线时，曲线外轨钢轨侧面磨耗的严重程度(简称磨耗指数“W”)主要与作用于曲线外轨侧面的横向力Q有关，还与车轮轮缘对曲线外轨侧面之间的夹角α(简称轮轨冲击角)相关，W与 Qα成正比，Q为与车体受到的离心力 F、α和成正比，其中 F=离离为列车速度，R为曲线轨道半径;G为车体质量。

在圆缓点附近容易出现“鹅头”现象，当有“鹅头”出现后，曲线半径会比原有设计半径变小，列车以一定速度进入曲线后，车体受到的离心力F离会因此增大，又因在鹅头地段的曲线半径变小，相应的轮轨冲击角α也随之增大;与此同时外轮缘对外股钢轨的横向力Q相应增大，在这两个因素的复合作用下磨耗指数W越来越大，势必加剧曲线外股轨头侧面磨耗。见表1，其中R为曲线半径，Q为曲线外轨轨头里侧反作用于转向架导向轴外侧车轮轮缘的导向力(或横向力)，α为导向轴外侧车轮轮缘对曲线外轨轨头里侧的冲击角(或称轮轨冲击角)，W为曲线外股钢轨侧磨指数W=Qα。

表1 曲线外股轨头侧面磨耗指数

2.2 转向架结构对钢轨磨耗的影响

曲线线路上的超高主要是根据车辆的平均运行速度进行设置，由于车辆转向架在运行工况下摇枕在水平方向的偏转将促使车辆的重心不在车辆中心轴线上。列车运行速度增大，使列车通过曲线时的速度往往大于平均通过速度，因此，转向架受到的离心力F离也会增大;车辆通过曲线时向心力F向是由自身重力的分力提供，即 F向=Gtanβ，当考虑摇枕偏转的因素后，车体重力与轨道垂直方向的夹角 β变小成 β′，与此相应的向心力F向均会减小，而曲线外股钢轨受到的车辆重力垂直方向的分力P会增加，(见图2)P将引起曲线外股轨头的垂直磨耗加剧;向心力减小的同时，车辆通过曲线时未被平衡的离心力(F离′=F离-F向)会因此增大，相应的曲线外股轨头内侧将承受这部分未被平衡的离心力，引起钢轨侧面磨耗的加剧。式中F向为车体受到的向心力，β为理论上车体重力与轨道垂直方向的夹角，β′为车体重力与轨道垂直方向的夹角，P为车辆重力垂直方向的分力，实际F′离为未被平衡的离心力。

图2 转向架通过曲线时的受力情况

2.3 车辆运行对钢轨磨耗的影响

运煤重载干线上运行的列车大部分是1万 t～2万t的长大重载列车，列车长度达到1～2 km，曲线地段虽要求限速，但当机车经过曲线一段时间后，司机经常会认为列车已通过曲线而开始加速，实际上车辆还在曲线上，加剧了曲线地段钢轨的磨耗。

3 减磨措施

1)加强曲线地段轨道的维护管理，把线路的几何形位控制在维规范围之内，维修时，可适当减小圆缓点前后各12 m的轨距，控制在维规规定的-2 mm误差附近，当发现曲线外股轨头侧面磨耗加剧时，适时检修调整过大的轨距，并及时检查是否有“鹅头”现象的出现，并适时进行拨道整修。

2)适当把圆曲线地段的超高值向圆缓点后延长3 m左右，并在出缓直点后的直线地段3 m长范围内设置约1.5‰的超高递减顺坡，可改善车辆在圆缓点和缓直点附近的受力状况发生突变，起到曲线外股钢轨减小其侧面和垂直磨耗。

3)在小半径曲线下股钢轨内侧铺设弹性减磨、防脱新型护轮轨，从根本上改善机车车辆转向架通过曲线时的轮轨相互作用力，让护轨可分担部分横向荷载;并使导向轴的轮对，在双导力作用下，可减小轮轨冲击角，既起到减少外股钢轨侧面磨耗，又防止列车脱轨事故的发生，并强化了小半径曲线轨道结构横向稳定性，减少维修工作量。

4 结语

通过采用“-2 mm”维修标准的轨距和适当延长重车方向圆缓点后3 m的超高，使圆缓点处外轮缘与外股钢轨的冲击噪声变小，车体的摇晃有一定减轻，京包线K565+867～K566+929小半径曲线于2008年11月安装弹性减磨、防脱护轨后，整条曲线外股钢轨使用寿命较之原来延长约2～3倍，减少了轨道的运营维修成本，减轻了工务人员的维修工作量。

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U213.4+2

B

1003-1995(2010)04-0092-02

2009-12-05;

2010-01-20

李大东(1982— )，男，四川泸州人，助理工程师。

(责任审编 王 红)