重载铁路小半径曲线钢轨磨耗分析

重载铁路小半径曲线钢轨磨耗分析摘要本文通过对大准线曲线钢轨磨耗客观原因进行分析，结合具体情况，提出了重载铁路减少小半径曲线地段钢轨磨耗的一些具体办法。

关键词大准铁路；小半径曲线；磨耗中图分类号u22 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2013）97-0199-02大准铁路为i级干线单线电气化铁路，东起大同东站西至准格尔旗薛家湾站，是处于西煤东运北通道上的一条重要运煤专用铁路。

通过近几年的扩能改造施工，年通过总重120mt，已达到重载铁路标准，沿线通过地段大多属于山区，小半径曲线较多。

随着近两年列车牵引质量和机车轴重不断增加，小半径曲线地段钢轨磨耗速率加大，大大增加了铁路的运输成本。

1 曲线长轨条更换现状自2006年大准线铺设无缝线路以来，全线共有60条曲线由于钢轨磨耗严重进行了更换，其中有59条是半径r≤600m曲线，占更换总数的98.3%；占全线小半径曲线（全线半径r≤600m曲线共87条）总数的67.8%。

其中，有4条曲线已进行两次更换，分别是k19+487—k20+097，半径500m，k24+370—k25+342，半径500m，k25+875—k26+634，半径400m，k78+790—k79+711，半径400m。

2 大准线曲线钢轨磨耗情况分析曲线钢轨磨耗是不可避免的，结合实际情况分别从以下几个方面对钢轨磨耗作出分析。

2.1曲线钢轨磨耗客观原因曲线是轨道结构强度中的薄弱环节，当列车运行进入曲线后，车体受机车牵引，随着贯性向前运行，轨道迫使车辆转弯，这样必然行成车轮冲击轨道，造成轨道变形，车轮和钢轨同时受到磨耗，当离心力和向心力不平衡时，更加剧钢轨的磨耗，导致曲线上股内侧圆弧段至顶面1/3处连续性鱼鳞剥落掉块，下股踏面中部连续麻点，并且发展扩大。

随着磨耗的日益加重，当钢轨状态不能满足列车运行要求时，则必须对曲线钢轨进行更换。

工务段对小半径曲线共先后更换63次，其中有62次是更换的曲线上股，再次证明了曲线上股是钢轨最易磨耗的部位。

2.2大准线曲线钢轨更换时间在更换过得59条小半径曲线中，其中2008年共更换16条，春季更换3条，秋季更换13条；2009年更换32条，春季更换16条，秋季更换15条（有1条是第二次更换）；2010年更换15条，春季更换12条，夏季更换3条（有3条是第二次更换）。

从以上数据可以看出，随着设备使用时间的增加，必然会造成钢轨磨耗的加剧，从而加快了更换钢轨的频率。

2.3大准线线路通过总重经过对大准线各个区间的线路通过总重做详细分析，可以得出更换曲线钢轨时线路的通过总重达到15000万吨以上。

但并不是所有的达到15000万吨通过总重的曲线就必须更换，在本次研究的76曲线中，有14条曲线线路的通过总重达到30000万吨以上而没有进行更换，占未更换曲线总数的82.4%。

另外，进行二次更换的4条曲线其前后两次更换之间的通过总重最小的为9000万吨，最大的为14000万吨。

因此可以得出，通过总重的大小并不是决定曲线钢轨更换的主要因素。

2.4大准线线路坡度状况、重车速度及制动情况通过对所有的76条曲线按照区间进行分析，我们可以得出：丹燕间的16条小半径曲线全部进行过更换，占总数的100%；九丹间的8条曲线全部进行过更换，占总数的100%；二九间的19条曲线，16条进行过更换，占总数的84.21%；龙二间的27条曲线，其中更换过11条，占总数的40.74%；唐龙间的6条曲线，更换过3条，占总数的50%。

其中进行二次更换的4条曲线有3条在丹燕间，1条在九丹间。

另外，各区间重车平均速度见下表：通过对大准线线路通过总重、重车车速和制动情况做的详细统计，结合相关资料分析，得出如下结论：1）小半径曲线钢轨磨耗的形式小半径曲线钢轨磨耗，其主要表现是波磨、垂磨和侧磨三种形式。

垂直磨耗一般情况下是正常的，它是随着轴重和通过总重的增加而增大。

轨道几何形位设置不当，就会使垂直磨耗速率加快，这是要防止的，垂直磨耗可通过调整轨道几何尺寸解决。

侧面磨耗发生在小半径曲线的外股钢轨上，是曲线上伤损的主要类型之一。

列车在曲线上运行时，轮对与轨道的磨擦与滑动是造成外轨侧磨的根本原因。

波浪形磨耗是指钢轨顶面上出现的波浪状不均匀磨耗，实质上是波浪形压溃。

波磨主要出现在重载运输线上，尤其是运煤运矿线上特别严重。

当列车速度较高时，波磨主要出现在长大坡道和制动地段，在车速较低的重载运输线上主要发生波浪磨耗，且一般出现在小半径曲线地段。

大准线小半径曲线的磨耗也同样是以上3种形式，其中垂直磨耗和侧面磨耗是所有铁路线路小半径曲线上共同存在的问题，也是非常正常的，下面主要针对大准线小半径曲线的波浪磨耗做进一步分析。

2）大准线各区间小半径曲线钢轨更换频率不同原因分析结合大准线小半径曲线更换实际状况可知，二道河至燕庄之间更换曲线的数量和频率要远大于唐公塔至二道河区间。

现在对各个区间逐一其进行分析：唐公塔至龙王渠和丹洲营至燕庄这两段是连续的下坡，但丹燕间更换曲线的频率远大于唐龙间。

分析相关数据得出，丹燕间的列车平均速度为61.39km/h，又是连续下坡，列车经常制动可能是造成曲线磨耗的主要原因。

唐公塔至龙王渠虽然同样是连续下坡，但在唐龙间列车平均速度仅为49.33km/h，可能不需要经常进行制动，另外唐龙间的通过总重仅为17000吨，是各个区间最小的，所以其更换的曲线频率也最小。

龙二间、二九间和九丹间的列车均不需要经常制动，且通过总重是龙二间最大，二九间次之，九丹间最小，但是二九间和九丹间更换曲线的频率要大于龙二间，这可能与重车车速的不同有关系。

因为有资料显示，波磨耗主要发生在重载铁路上车速较低的曲线地段。

二九间和九丹间的重车平均速度分别为56.20km/h和59.28km/h，其略低于龙二间的重车平均速度63.50km/h，这可能是造成二九间和九丹间更换曲线频率略高于龙二间的主要原因。

当然，上述相关结论只是结合通过总重、重车车速和制动情况做的简单分析，是大准线小半径曲线钢轨磨耗原因的很小一部分。

引起钢轨磨耗原因很多，特别是影响钢轨波磨发生发展的因素更多，可能涉及到钢轨材质、线路及机车辆条件等多个方面。

世界各国都在对钢轨波形磨耗成因进行理论研究。

目前，关于波磨成因的理论有数十种，大致可分为两类：动力类成因理论和非动力类成因理论。

总的来说，动力作用是钢轨波磨形成的外因，钢轨材质性能是波磨的内因。

事实上单靠某一方面的分析来概括钢轨波磨的所有成因是相当困难的，而必须把车辆和轨道作为一个系统，研究多种振动形成，从整体上进行多方面、多学科的研究，才能把握波磨成因的全貌。

3 缓减小半径曲线磨耗的措施3.1全面改善轨道弹性通过全面清筛道床，采用热塑性弹性体新垫板等方式来彻底改善轨道弹性，合理调正线线路参数，减少15%的曲线超高量、轨距控制在0mm～-2mm、曲线下股轨底坡调成1/20等方法减少轮对轨道的冲击，改善轮轨接触。

从而减少小半径曲线的钢轨侧磨与接头病害。

3.2合理设置曲线超高针对丹-燕间坡度大、小半径曲线集中，行车速度又比较较大，通过实测不同种类列车的速度，结合列车的牵引质量来重新计算曲线超高，并对未被平衡超高进行检算，保证其在最佳范围内。

3.3全面调整轨道几何尺寸，提高曲线圆顺性曲线不圆顺就意味着曲线半径不一致，有的处所半径大，有的处所半径小。

半径较小处所钢轨磨耗严重，大半径曲线钢轨磨耗较轻，形成不均匀的侧面磨耗。

因此，合理的修正曲线要素，使曲线圆顺及整治接头是防止不均匀磨耗的有效措施。

为此，建议在小半径曲线外侧打桩，这些桩按“固定桩”设置，用计算机把各曲线桩点拨量算出，以后维修时就“按桩拨道”即可，不需再进行重复计算。

不仅简化了维修曲线的程序，而且保障了曲线的圆顺度。

3.4更换耐磨轨在小半径曲线采用pg4钢轨可以起到耐磨、抗压溃和抗塑性变形的作用，延缓剥离裂纹的产生。

减缓或防止接触疲劳伤损的有效措施是采用强度高的耐磨钢轨和淬火钢轨。

目前大准线有15条r≤600m的小半径曲线上股已更换为pg4耐磨轨，自更换以来，平均通过总重已达到2.76亿吨，15条长轨条现仍在使用，且伤损较少，而相对于普通u75钢轨，平均更换周期仅为2.3亿吨。

3.5合理进行钢轨预防性和修理性打磨新铺设钢轨表面均有脱碳层，其强度明显低于母材，易于产生塑性变形，进而产生剥离裂纹和剥离掉块。

如对新铺设的钢轨进行预防性打磨，消除脱碳层，也可以减缓或防止曲线下股钢轨踏面压溃、剥离裂纹和浅层状剥离掉块伤损的出现。

对于已产生剥离裂纹的钢轨进行校正性打磨，阻止裂纹向深度方向扩展，也可以延缓剥离裂纹伤损的产生和发展。

钢轨打磨主要作用是用来消除钢轨的波形磨耗以及接触疲劳等因素对钢轨寿命的负面影响。

经过大量的理论研究和现场实践，都证明了这种措施的实用性和可靠性。

大准铁路在2011年对磨耗较为严重的122.9km线路进行大型钢轨打磨车对钢轨进行预防性和修理性打磨，可以有效减少钢轨的更换频次，减少对运输干扰，提高生产效率，有效地改善了钢轨磨耗现状。

4 结论本文通过对大准线小半径曲线轨道受力情况进行分析，对小半径曲线地段钢轨磨耗的原因进行仔细研究，有针对性的从改善轨道弹性等五方面提出了缓解小半径曲线地段钢轨磨耗的措施，通过这些措施，大准线小半径曲线地段钢轨的磨耗已经得到了有效的控制。

文中提到的一些作法对其他铁路也有一定的借鉴意义。

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