山区铁路小半径曲线钢轨养护技术

发表时间:2021/6/28   来源:《工程管理前沿》2021年第7卷6期   作者:王明星
[导读] 铁路山区小半径曲线地段钢轨伤损
        王明星
        中国铁路北京局集团有限公司北京西工务段
        摘  要:铁路山区小半径曲线地段钢轨伤损、磨耗等问题突出,从延长小半径曲线钢轨使用寿命的角度出发,本文针对丰沙线小半径曲线特点从钢轨选用、钢轨保护、钢轨养护等方面提出了相应措施,针对小半径曲线钢轨常见病害及原因分析不再赘述。
        关键词:铁路、小半径曲线、钢轨、养护
        丰沙线地处山区,自然环境恶劣,车流密度大,年通过总重约1.1亿吨,小半径曲线多,由于作用于小半径曲线钢轨上的横向、竖向及纵向等错综复杂的外界力的影响,加之不同种类钢轨母材的特点不同,曲线钢轨易发生侧磨、垂磨、波磨、鱼鳞掉块、压溃等一系列问题,半径越小,造成的影响越大,因此,要延长小半径曲线地段钢轨使用寿命,确保行车安全,就必须要对小半径曲线进行整治和精细养护。
        1.选用合适的钢轨
        目前,丰沙线使用的钢轨主要有U75V和PG4两种钢轨,现从两种钢轨的使用伤损情况和使用寿命做一下比较。
        2010、2011、2012年在丰沙上行线累计更换PG4新轨96.6km,在丰沙上行线上一个大修周期内使用U75V钢轨。将U75V钢轨和PG4新轨进行对比,发现U75V钢轨在一些方面使用性能较PG4钢轨更好,具体表现在,我段2011年大修换轨铺设PG4钢轨58km(丰沙上行线17km-49km,73km-99km),至2014年底,发生核伤162处,掉块3处,在同地段2004年铺设U75V钢轨,至2007年底,发生核伤123处,掉块33处,从数据可以看出,U75V钢轨发生核伤的几率小,在一定程度上与碳含量的高低有关系,U75V碳含量低于PG4,钢轨的韧性优于后者,硬度低于后者。钢轨上线3年后,U75V再用钢轨平均每公里发生核伤2.1处,PG4新钢轨平均每公里发生核伤2.8处,由此可以推断,U75V新钢轨和PG4新钢轨相比,钢轨发生核伤的处所更少。
        丰沙线在2010年以前全线为U75V钢轨,半径为600的曲线由于侧磨原因更换周期为36个月至40个月;2010年10月大修更换PG4钢轨后,在2012年3月采取车载式干式润滑涂覆措施后,同半径的曲线更换周期能延长至48个月至50个月,延长钢轨使用寿命达到30%。分析延长钢轨使用寿命有两个原因,一是涂油润滑减缓了曲线钢轨侧磨速率,通过车载式涂覆作业后,曲线钢轨与轮对摩擦掉下的铁屑明显减少了,年侧磨量减少2至3mm,取到了减磨的效果。二是PG4钢轨较U75V相比更耐磨,理由是在2013年2月份停止涂覆一个月,观测同半径曲线侧磨掉下的铁屑U75V较PG4钢轨明显增多,磨耗量U75V较PG4大0.3mm。
        通过以上观测分析表明,目前丰沙线使用的两种钢轨均存在一定的问题,U75V钢轨虽然韧性好,不易发生折断,但钢轨硬度不高,易发生剥离掉块,侧磨。PG4钢轨含碳量高,耐磨,虽然强度高,但是韧性差,易发生脆断。上述两种钢轨不适合在丰沙线上使用,而全长U75V热处理钢轨有足够的强度,能够减缓曲线侧磨速率,减少剥离掉块现象,在钢轨达到疲劳状态时,不易发生钢轨脆断。因此,对于丰沙线应使用U75V热处理钢轨。
        2.钢轨打磨
        钢轨预打磨。钢轨预打磨应在新钢轨上线使用后尽快进行,一般不宜超过10Mt通过总重,目的是去除脱碳层、除焊缝不平顺和运输、施工中产生的初始缺陷。钢轨顶面打磨量宜为0.2m-0.3mm。
        钢轨预防性打磨。钢轨预防性打磨是对钢轨进行的周期性打磨,目的是预防钢轨表面病害的产生,消除已产生的表面裂纹,延长表面裂纹再次产生和发展的周期,减缓曲线上股侧磨,预防波磨、剥离掉块、肥边等。根据丰沙线特点,应每6-12个月全面安排一次钢轨大机预防性打磨。


        钢轨修理性打磨。根据丰沙线小半径曲线地段钢轨特点,在钢轨出现表面的波磨、擦伤、肥边和表面裂纹等病害时,安排进行修理性打磨,严重时安排大机铣磨。
        3.润滑涂覆
        钢轨润滑是定期对钢轨的作用边涂覆润滑剂,改善轮轨接触关系,减小轮轨间的摩擦系数,是减缓曲线钢轨磨耗的一个重要手段,尤其是对半径小于600米的曲线。
        目前,丰沙线安排对半径800m及以下曲线进行润滑涂覆,2018年,选取了丰沙下行线2条半径、超高相同曲线,一条继续涂油,一条停油,通过后期磨耗观测数据表明,涂油曲线的钢轨磨耗速度约为未涂油曲线钢轨磨耗速度的1/2。
        4.合理设置曲线超高
        列车由直线进入曲线时所产生的离心力的大小,取决于列车运行的速度和曲线半径。速度越高,半径越小,则离心力就越大,作用在外轨上的力也越大,外轨磨耗加剧,钢轨向外挤。为克服离心力对车辆的影响,应该有一个与离心力相反、大小相等的向心力。这就需要将曲线外轨抬高(即设置超高),使车体内倾产生一个向心力,来平衡这个离心力。超高应设置合理,不能太小或太大,超高太小离心力的影响大于向心力的影响,造成曲线上股钢轨磨耗加快,设置太大车辆重量集中于曲线下股,会加快曲线下股钢轨垂磨速度,甚至造成下股钢轨的顶面压溃
        5.更换楔形胶垫
        轨枕预留轨底坡是1 /40,用于直线地段是合适的,而在曲线地段,由于超高的作用,使车轮踏面与钢轨顶面未全部接触,车体荷载就集中于钢轨顶面内侧,形成偏载,有时轮缘挤压钢轨头部内侧作用边,形成应力角,造成应力集中,对钢轨破坏很大,容易形成磨耗,且易发生由钢轨轨头内侧产生的伤损。
        在曲线地段安装楔形胶垫,增大轨底坡,可起到减缓偏载的作用,目前,丰沙线半径800m及以下曲线地段均已安装楔形胶垫,从近2年的伤损数据来看,轨头内部作用边的核伤数量明显减少。
        6.安装加强型轨距挡板
        加强型轨距挡板,是指上边长105mm,下边长165mm,厚度及其他各部尺寸与弹条Ⅱ型扣件挡板截面尺寸相同的一种轨距挡板,该轨距挡板呈等腰梯形,受力面积大且横向受力均匀,解决了普通轨距挡板支撑扣压力小和轨枕受力面积小、应力集中的问题,在丰沙线600m半径曲线上股外口安装后,不仅有效提高了小半径曲线轨道结构的稳定性,更有效的缓解了钢轨对轨枕承轨槽的冲击力,延长了钢轨及轨枕的使用寿命。
        7.小周期换轨
        由于小半径曲线钢轨磨耗速度发展很快、伤损多,常常产生通过总重还没达到大修周期,但钢轨侧磨已达重伤标准的情况,这种情况一般采用更换曲线磨耗钢轨的方法来解决,这样既节约了成本,又保证了设备质量。丰沙线在钢轨大修周期间隙,根据不同的曲线半径,制定不同的曲线钢轨更换周期,对曲线地段钢轨,特别是上股钢轨进行更换。
        综上所述,根据丰沙线列车对数多、通过总重大、曲线半径小的特点,对丰沙线小半径曲线地段钢轨应多措并举,通过多种途径不断优化丰沙线钢轨使用,延长钢轨使用寿命,确保运输安全。
参考文献
[1] 高彦嵩.钢轨基础知识及实用技术[M].中国铁道出版社,2018.
[2] 姚峰.关于延长钢轨使用周期的探讨[J].北京铁道科技,2016,(1).
        
        
        
        
投稿 打印文章 转寄朋友 留言编辑 收藏文章
  期刊推荐
1/1
转寄给朋友
朋友的昵称:
朋友的邮件地址:
您的昵称:
您的邮件地址:
邮件主题:
推荐理由:

写信给编辑
标题:
内容:
您的昵称:
您的邮件地址: