曲线钢轨侧磨的原因及预防措施

曲线钢轨侧磨的原因及预防措施我于2010年12月至2011年2月，对牡丹江工务段管辖滨绥线381km+900m-583km +000m 曲线共计215条，和83km的直线。进行了关于钢轨侧磨的调查。对曲线钢轨侧磨的有了新的认识，对曲线钢轨侧磨的影响因素进行了进一步的探索。对钢轨侧磨指标进行了系统分析。掌握了曲线钢轨侧磨的变化规律。制定了预防措施。

一、调研目的：

1、熟练掌握测量钢轨侧磨的方法。

2、通过直线与曲线的侧磨对比来分析同等条件下磨耗的比例。

3、对曲线侧磨提出综合整治或预防措施

二、调研方法：

1、对钢轨侧磨进行实地测量。

2、与技术员和工长进行实地测量，对数据进行认真分析。

3、把数据综合整理、对比。

4、查阅有关的钢轨台账。

三、调研内容及过程：

（一）概述

我国地域辽阔，地形复杂，山区、丘陵地区占很大比例。特别是山区，曲线铁路占有很大的比例，而在山区大坡道铁路小半径曲线上，钢轨的侧向磨耗就更为严重。这些地段，小半径曲线的换轨周期，完全由上股钢轨的侧磨来控制。根据调查资料，我国小半径曲线上的钢轨有98%是由于侧面磨耗超限而报废的。严重的钢轨侧面磨耗削弱了钢轨的强度，加剧了钢轨的伤损，缩短了钢轨的使用寿命，不仅浪费大量的资金，而且还干扰运输任务的完成。因此减缓小半径曲线钢轨侧面磨耗的速率，从而延长钢轨使用寿命对于我国铁路具有重大的意义。

曲线是轨道结构强度中的薄弱环节。当机车、车辆进入曲线后，车体受机车牵引随惯性向前运行，轨道迫使机车、车辆转弯，这样势必形成车轮冲击轨道，造成轨道变形，轨道和车轮同时受到磨耗。当离心力和向心力得不到平衡而造成的内外轨偏载时，更加剧钢轨的磨耗。因此如何减缓曲线上的钢轨的磨耗，延长其使用寿命，降低维修成本，保证行车安全，成为工务工作的一项重要内容。

牡丹江工务段管辖滨绥线381km+900m-583km +000m，地处山区，线路基础大部分还是日、俄时期修建的，线路设计标准低，大多顺山铺设。曲线多、半径小、坡度大。形成线路条件、质量先天不足。该段线路共有曲线215条、延长132.65km，其中半径在650m以下的曲线有139条/80.82km，半径在350m以下的曲线有42条/12.53km，最小半径240m，最大坡度15‰。曲线上股钢轨的使用寿命一般为24～36月，按先用钢轨50kg/m钢轨计算成本投资每公里约60万元，仅小半径曲线每年需要更换钢轨12km，钢轨费用投入约660万元。

随着使用内燃以来、列车的运行速度、机车车辆轴重、行车密度都大大提高，使得轨道各部件的受力增加，曲线钢轨的侧磨成为一个比较突出的矛盾。据调查统计，宾绥线R ≤350m的曲线上，钢轨平均寿命为1～2年，最短的仅为7～8个月。我段管内的山区铁路，在半径R≤600m的曲线上，钢轨的平均寿命仅为2～3年。2007年又开行了重载货物列车。半径＜600m的曲线外股钢轨侧磨加剧，这样不仅给养护维修带来许多工作，而且大大增加

了运营的成本和对运输的干扰。

（二）钢轨侧磨的主要原因

金属材料磨耗是一种很复杂的现象，引起钢轨磨耗的原因也是很多的。钢轨侧磨是在列车运行、轮轨摩擦的过程中产生和发展的。近年来随着机车车辆轴重和车速的提高，曲线上股钢轨的磨耗表现为磨蚀和剥离同时发生，交替进行，使得轨面变窄。线路上钢轨的磨耗，在直线地段由于车体的蛇形运动和摇摆，车轮对钢轨发生相对滑动形成钢轨的垂直磨耗。在曲线地段除上述原因造成磨耗外，呈现不同程度的侧面磨耗，半径越小、行车速度越高、曲线状态越坏，磨耗越严重。

为了找到引起侧磨的主要原因及切实可行的预防措施，通过观察和测量，发现钢轨侧面磨耗主要因素有以下几点：

1、半径

曲线半径是轨道形态变化的主要标志，它的改变直接影响机车车辆通过曲线时的形态和轮轨相互作用的方式。曲线半径是决定钢轨侧磨量的关键因素，加大曲线半径对于减少钢轨的侧磨是十分有力的。曲线半径过小，由于离心力的作用，运行中的列车对外股钢轨的侧向推力加大，造成内股钢轨压溃，而且还存在不同程度的波磨，外股钢轨产生严重的侧磨，轨距、水平、方向也不宜保持。根据我观测，半径小于600m以下的曲线外股钢轨均有不同程度的侧磨，半径愈小，磨耗愈大。

我对调查地段近几年的换轨可以证实：半径在500m以下的曲线平均更换的周期为24～36月，半径大于500m的曲线平均更换周期则为4～5年。

2、轨距

轨距是影响曲线钢轨磨损地重要因素。理论计算与现场试验都表明，适当减小轨距，可以改善机车车辆通过曲线的条件，使机车通过曲线时的轮轨导向力和冲角都相应减少，车辆通过曲线时，轨距减小车体横向摇摆幅度减弱，轮轨导向力也适当减小，因此，曲线轨距适当减小，对于曲线钢轨磨损是有利的。对同一曲线来说，如果曲线轨距在动态下扩大过大，轮轨间的游间也相应增大，轮轨间的冲击角增大，导向力必然增加，列车在通过曲线时蛇形运动加剧，容易产生不均匀侧面磨耗，而不均匀侧磨又会加剧冲角的增大和变化，进一步使轮轨磨耗加剧，形成恶性循环，对钢轨侧磨合行车安全极为不利。

3、超高

超高通常是根据列车通过曲线的平均速度来设置的，因此，多数列车通过曲线时不是出现欠超高就是出现过超高，由于超高直接引起导向力和冲角的变化，所以也就直接影响钢轨轨头侧磨速率的大小。设置过超高，由于向心力的作用，导向力减少，但转向架在小半径曲线运行时，转向架前轴外轮轮缘紧贴外轨引导转向架沿曲线运行，而后轴则在向心力作用下向曲线内侧移动，从而增大了轮轨冲角，而有欠超高时转向架承受离心力的作用，转向架后轴向曲线外侧移动，导向力虽然增大，但轮轨冲角却减少。如前所述，为减轻曲线钢轨侧磨，希望影响钢轨侧磨的主要因素导向力和冲击角都减少，但当曲线行车出现过超高时，导向力值减少而冲击角值增大，而出现欠超高时则是导向力值增加而冲击角值减小，在这种情况下要判断是欠超高对减缓曲线钢轨侧磨有利还是过超高有利。得不到平衡，势必也增大横向力，也同样导致曲线外股钢轨的侧面磨耗。

4、轨底坡

轨底坡从轮轨接触几何学的研究可知，轨底坡大小对轮轨几何接触点的位置及轮轨之间的受力大小有明显的影响。在曲线轨道上，外股长、内股短，只有轮对外轮的滚动半径大于内轮的滚动半径时，转向架才有良好的通过曲线性能，从而减少车轮对钢轨的滑动摩擦距离。曲线下股轨底坡较小时，车轮踏面接触位置内移，滚动半径增大，内外轮滚动半径差减少，滑动摩擦距离增大，从而加剧曲线外股钢轨的侧面磨耗。