重载铁路小半径曲线轮轨磨耗影响因素与减磨措施分析

重载铁路小半径曲线轮轨磨耗影响因素与减磨措施分析

作者：陈凯

来源：《海峡科技与产业》 2018年第6期

摘要：为了使重载列车在小半径曲线上行驶时更加平稳和安全，并且减小对车轮和钢轨的

磨耗，通过应用动力学仿真软件对重载铁路车辆建立精密的轨道动力学仿真模型。在仿真模型

中通过对个别参数进行变化，从而引起一系列的相关参数的变化。通过对参数的变化规律进行

总结，研究不同轴重火车下曲线半径以及重载铁路曲线超高对轮轨磨耗的影响以及减磨措施。

关键词: 小半径曲线；重载铁路；轮轨磨耗；减磨措施

中图分类号：U29 文献标识码：A

包神铁路(包头至神东)是国家能源集团铁路网主要干线,也是我国西煤东运战略通道的重要组成部分,近年来,随着我国经济的发展和“一带一路”伟大战略的实施，我国的进出口贸易活

动变得越来越频繁，这就对货物的运输能力提出了越来越高的要求。而在各种不同的运输形式

之中，重载铁路运输有着其得天独厚的优势，例如成本更低、运量更大等。在这种背景条件下，重载铁路运输得到了大力地发展，但是在高速发展的过程中难免会遇到一些问题。如为了能够

运输更多的货物，车辆的轴重变得越来越大，车辆的长度也在不断加长，同时车辆的行驶速度

也在不断地加快[1]。在这种情况下，轮轨磨耗损坏的现象变得越来越频繁。而且这些现象往往都发生在车辆通过小半径曲线时。所以，在对曲线的各项参数进行设置时，除了要保证重载火

车能够安全而平稳地通过曲线，还要尽可能地减小车轮和钢轨之间的磨耗。为此，本文利用计

算机软件对重载铁路车辆建立了精密的轨道动力学仿真模型，对重载列车通过小半径曲线时的

各项参数进行了重点分析，为减小轮轨磨耗提供数据依据。

1 不同轴重火车下曲线半径对轮轨磨耗的影响及减磨措施分析

应用计算机软件建立轨道动力学仿真模型，其具体参数见表1。利用动力学仿真分析软件

得到的数据，总结出了以下规律。当车辆的轴重分别达到25t和30t时，车辆的所有动力学的

数据会依次下降。例如起始半径为400m，当其慢慢增大到800m时，车辆的脱轨系数会有明显

的变化。具体表现为，轴重为25t的车辆的脱轨系数会降低至原来的59%，而轴重为30t的车

辆会降低至63%。轴重为25t的车辆的轮重减载率降低为原来的57%，而轴重为30t的车辆降低为53%。轴重为25t的车辆的轮轨横向力降低为原来的58%，而轴重为30t的车辆降低为63%。

轴重为25t的车辆的磨耗功率降低为原来的30%，而轴重为30t的车辆降低为31%。由此可见，轴重为25t的车辆相较于轴重为30t的车辆，多数指标的下降幅度大。而曲线半径为400m时相较于曲线半径为800m时，各项指标的下降幅度大。

通过建立动力学仿真模型，可以得到以下结论。无论是轴重为25t的车辆，还是轴重为

30t的车辆，都有一个共同点就是随着曲线半径越来越小，车辆对钢轨的磨耗程度会随之越来

越大，车辆行驶也会越来越危险。与此同时，在这种规律之下，轴重为25t的车辆和轴重为

30t的车辆的磨损功率也是有所区别的。具体表现为，在曲线半径相同的情况下，轴重为30t

的车辆相较于轴重为25t的车辆会对轮轨产生更大的磨损功率，车辆的行车安全性也更低。所

以车辆的轴重越小，车辆对小半径曲线轮轨的磨损就会相应的越小[ 2 ]。综上所述，为了减小重载车辆对轮轨的磨耗，在对重载车辆线路的轮轨进行设计的时候应当尽量设计较大的最小曲

率半径。

2 重载铁路曲线超高对轮轨磨耗的影响及减磨措施分析

轴重为30t的重型载货列车，当其行驶速度为60km/h时，铁路的缓和曲线长度为70m，铁路的圆曲线长度为340m，铁路的曲线之前的直线长度为60m，铁路的曲线半径依次为800m，700m，600m和500m。在不同的铁路曲线超高情况下对其建立轨道动力学仿真模型。对模型中各项数据的变化进行分析和总结。

在不同的曲线半径下，车辆的脱轨系数和轮轨横向力随着超高的增大而减小，与此相反，轮轨的轮重减载率随着超高的增大而增大。当在轨道动力学仿真模型中设置的超高值大于已知的均衡超高时，这一趋势就会变得非常明显。同时可以发现，轮轨的磨损功率随着超高的增大而增大。

由此可以得出一个结论：为了降低小半径曲线轮轨的磨耗，可以在允许的范围内设置一定程度的欠超高。但是一定要在允许的范围之内，因为如果设置的欠超高超出一定的程度，车辆的脱轨率会急剧变大，轮轨的横向力也会迅速上升，这些都会对车辆行驶造成危险。

根据建立的轨道动力学仿真模型所得出的相关数据发现，设置一定的过超高也有着与之类似的效果。但是分析和比较之后发现，设置一定程度的欠超高效果更好，设置的过超高如果数值过大会对车辆的行驶带来很大的危险。

3 结语

在其他参数相同的情况之下，轴重为25t的车辆对轮轨所产生的磨耗功率比轴重为30t的车辆对轮轨所产生的磨耗功率要小，所以轴重越小的车辆对轮轨所产生的磨耗功率越小。

当轮轨曲线半径从400m慢慢向800m变大时，轴重为25t的车辆的所有动力学数据下降的幅度比轴重为30t的车辆的所有动力学数据的下降幅度要大，由此可以发现，轴重越小的车辆对于曲线半径的变化越迟钝，其磨耗程度变化也越小。所以在对轮轨进行设计的过程中，要对轴重大的车辆更加以重视，其各方面参数的设计要更加严格。

当轴重为25t的车辆和轴重为30t的车辆通过不同曲线半径的轮轨时，轮轨的曲线半径越大，车辆对轮轨所产生的磨耗反而会有所降低，相应的，车辆行驶也会更加安全。但是当轮轨的曲线半径小于800m时，应当提起高度的注意，因为这时车辆对轮轨的磨耗最为严重。

为了让车辆在经过小半径曲线时能够更加的平稳并减小车辆对轮轨的磨耗，应当在小半径曲线上设置一定程度的欠超高[3]。但是在设置欠超高时要进行综合考量，因为如果欠超高的设置值过大的话，会起到完全相反的作用，使车辆行驶更加危险。由动力学仿真模型所得的数据发现，在小半径曲线上设置一定程度的过超高同样也可以达到类似的效果，不过其真实表现不如在设置一定程度的欠超高时明显。