西南山区重载铁路钢轨磨耗探讨_重载铁路钢轨

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龙源期刊网 http://www.daodoc.com 西南山区重载铁路钢轨磨耗探讨

作者：蒋万军

来源：《科技创新导报》2011年第15期

摘 要:本文概述了西南重载线路钢轨磨耗情况,根据测量数据,分析了钢轨磨耗的成因,针对不同的钢轨伤损,提出了相应的整治措施。

关键词:重载磨耗成因措施

中图分类号:TU71 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)05(c)-0080-02 1 前言

铁路钢轨在大自然的影响和列车作用下,会因锈蚀、磨耗和伤损到一定程度而不断更换,在曲线轨道,尤其是小半径曲线轨道上,其磨耗更为严重。我局所管辖的西南地区铁路中,钢轨伤损主要集中在重载铁路。HDX机车是我局重载铁路的主要机车类型,该类型机车轴重大,对线路轨道结构破坏较大,线路几何尺寸变化较快。在近几年对重载铁路的养护维修中,发现钢轨磨耗相当严重,主要表现为垂直磨耗、钢轨飞边、擦伤、剥落掉快和侧面磨耗,尤以侧面磨耗严重,需经常换轨。因此,重载铁路钢轨磨耗成为普遍关注的问题。如何有效的减缓磨耗,直接关系到运营投入,具有极大的经济效益。2 西南重载线路钢轨磨耗概况

根据工务处收集的各工务段定期测量的数据来看,各工务段内线路钢轨伤损情况各不相同。但钢轨伤损最严重的地方均集中在重载区和小半径曲线区域。以成都工务段的测量数据为例,遂成线的各项观测点无变化,主要原因是遂成线为新建线路,曲线半径大,加之开行的HXD大列货车较少;北环线和达成线侧磨和垂磨较多以及轨枕挡肩磨损、扣件和尼龙挡板座均有不程度的失效现象,主要原因是开行的HXD大列货车密度较大,小半径曲线地段较多。

从表1可以看出,在达成线的这段曲线线路上,侧面钢轨磨耗较为严重,而对于小半径的曲线,钢轨磨耗最为严重。从其他工务段的各线路数据上来看,也基本呈现这样的规律。

各工务段在2010年观测的钢轨磨耗汇总情况如表2所示。

从表2可以看出,绵阳工务段所管的宝成线钢轨磨耗情况最为严重,侧磨垂磨均无变化的点仅只有11%,而最大侧磨量高达11.2mm。究其原因有两点:一是宝成线去年开始由HXD机车牵引的5000吨大列货物列车运输,运输频繁,导致曲线地段钢轨磨耗较大,伤损轨增多;二是疏于对线路的养护维修。成都工务段的达成线和成都北环曲线地段钢轨的侧磨耗和波磨较为严重,而由此产生的伤损轨数量也增多,这些伤损大多发生在小半径曲线上。另外,西昌工务段新上道的钢轨伤损非常严重,鱼鳞病害情况较为普遍,导致线路设备变化较快,修理周期短。

龙源期刊网 http://www.daodoc.com 从收集资料上来看,曲线钢轨侧磨在钢轨顶面下18mm左右最严重,并且在该处形成了一条“凹槽”。钢轨侧面磨耗和垂直磨耗严重后导致线路晃车,破坏线路几何尺寸,最明显表现在曲线轨距扩大、胶垫压溃、方向不易保持、轨距顺坡率不易控制,其他几何尺寸也随之受到破坏。

从综合观测结果分析可知,通过相同总重的区间,小半径曲线钢轨的磨耗比较大,几何尺寸变化也较快,扣件挡座磨损较快。通过不同总重的区间,在相同的技术条件下,总重大的区间钢轨磨耗和几何尺寸变化要大一些。3 钢轨磨耗的成因分析

钢轨磨耗的主要形式为波型磨耗、侧面磨耗和垂直磨耗,三者共同限制着钢轨的使用寿命。我局钢轨磨耗的主要特点是速度快,数量大,针对所管重载铁路的钢轨磨耗情况,重点分析占比重较大的钢轨侧磨成因。3.1 车辆原因

1)由于西南地区小半径曲线较多,正线最小半径为250m,而转8A、5 E' V8 P8 B;M% t5 D转8G、8 d??n6 V(_7`.d5 V鞍山火车迷俱乐部转K2的机车、车辆在我局占绝大多数,没有大量使用曲线通过性能强的走行系统,到2005年年底,我国拥有货车666046辆,主要使用的转向架为传统三大件转向架,转8A有292976辆,5E' V8 P8 B;M% t5 D转8G有35285辆,8d n6V(_7`.d5V鞍山火车迷俱乐部转K2有169162辆,占74.7%。近几年逐步开始淘汰,使用更先进的径向及自导向转向架,但仍有大量传统三大件转向架在使用中,传统三大件转向架的轮轨作用方面存在以下弊端:(1)速度较高时(大于70km/h),车辆稳定性差,在直线上易产生蛇行运动;(2)曲线通过性能差,会产生较大的横向力和曲线通过阻力。导致轮缘与轨角产生严重的磨耗,特别是空车与重车混编时,列车制动的不一致性会增加轮轨间滑动机率。

2)车轮钢的硬度一般321～363HBW,而高强度钢轨的表面硬度在330～390HBW,珠光体钢轨的最大硬度大约为400HBW,贝氏体钢轨硬度可以达到500～550HBW。由于车轮钢的表而硬度一般小于钢轨表面硬度,轨轮踏面在使用过程中形成凹面,在未及时整修前,轮轨作用产生两点接触,在曲线上时,由于轮缘接触及横向蠕滑的存在,两点接触会产生大的滑动和磨耗,我局宝成线曲线钢轨磨耗便是典型范例。

3)由于轮对悬挂装置的弯曲偏差迫使两轮对产生一个永久性的反向摇头角,对轨角引起较大的周期性磨耗和应力;而轮对悬挂装置的剪切偏差(轮对剪切刚度过大造成)会使车轮在运行过程中产生横向错动,导致车轮与钢轨不对称磨耗和高的接触应力。3.2 轮轨的几何形位

1)经验表明,曲线上轨距加宽不得超过10～12mm,否则会加速外轨侧磨及轮缘磨耗,进而引起轨角处的新一轮轮轨不良接触。

龙源期刊网 http://www.daodoc.com 2)钢轨型面。

当钢轨型面不对称时,会引起轮对的横向位移,导致轮缘与轨角的磨耗;据统计,在宝成线半径为450m以下的曲线上因欠超高过大,客货混线,98%曲线侧面磨耗在重载1年内达到了8mm以上,最大达到11.2mm,直接影响车辆的曲线通过能力,较大的横向力显著增加了钢轨和车轮间的磨耗和应力。

3)钢轨的磨耗形踏面。

如果轮轨踏面变形(轮轨接触过程中使轮轨踏面材质塑性流动变形或磨损变形),将会引起轮轨一点接触或两点接触,轮轨接触斑处于非正常状态(接触面积非常小),在钢轨上产生极高的接触应力,加大了轮轨磨耗。3.3 润滑与摩擦管理

摩擦管理要求在轮缘和轨距角接触界面上保持低的摩擦系数,在货车车轮踏面与钢轨顶部接触界面上保持中等摩擦系数,在机车车轮踏与钢轨顶部接触界面上保持较高摩擦系数。而我们在轮轨摩擦改进剂的研究使用方面还比较落后,目前仅有的RGL轨侧干膜剂在小半径曲线也无法长时间保持有利的摩擦系数。我局山区铁路在不同自然条件下使钢轨处于较有利的摩擦系数更是十分困难,这就使轮轨磨耗、压溃等病害加剧。4 整治措施

重载线路的钢轨磨耗主要集中在重载列车经过最频繁的地段和小半径曲线地段,因此,在这两个地段应着重整治。4.1 材料优化

钢轨采用合金钢、全断面热处理钢、微合金钢,硬度达到370HBW以上,车轮钢材料采用含碳量与合金相似、热硬化轮缘(等离子淬火、电弧沉积)的车轮钢。4.2 普及润滑

对曲线外轨侧面和轮缘处坚持实施润滑,合理使用RGL干膜剂。4.3 车轮、钢轨型面的保持

建立并维护曲线和直线段轮轨型面的不同类型,满足在相应区段的共形型面,成立专业打磨组打磨重点区段钢轨,定期使用打磨车,合理周期对轨面进行全面打磨,降低接触压应力。4.4 轨道结构的保持

龙源期刊网 http://www.daodoc.com 根据直、曲线等不同区段设定最优的游间(轮缘与轨头之间的间隙),在降低接触压应力的同时控制好车轮的蛇行运动。4.5 转向架(车辆)结构优化

积极用先进的径向、自导向转向架淘汰传统三大件转向架;发展路旁测量系统,提高车轮动态检测水平,及时检测转向架永久弯曲、剪切变形的最大矢量。4.6 加强线路保养

对曲线地段的钢轨磨耗区段,加强对高低、三角坑、水平、轨距、轨距变化率的控制、定期实施曲线拨道整治等,及时补充轨距拉杆、更换失效零配件,保持好线路几何尺寸。4.7 加强线路地面观测

加强对长大坡道,小半径曲线地段的观测,掌握线路变化规律,针对病害原因,制定切实可行的处理方案,减少设备病害。4.8 适时安排钢轨更换

对磨耗特别严重区段及时更换新轨,如我局宝成线曲线区段在侧磨达到6～8mm时,则立即采取上下股倒边更换。

参考文献

[1] 韩冰.论小半径曲线钢轨磨耗原因及防治.现代商贸工业,2010年第16期.[2] 马骥.重载铁路小半径曲线钢轨磨耗初探.内蒙古科技与经济,2009年第20期.[3] 葛延书.石太线钢轨磨耗情况考察报告.哈铁科技通讯,1994年第4期.[4] 孙国瑛.小半径曲线上的钢轨磨耗.西南交通大学学报,1994年第1期.[5] 国际重载协会:国际重载铁路最佳应用指南—轮轨关系.