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小半径曲线钢轨磨耗研究

2013-08-15上海铁路局南京桥工段

上海铁道增刊 2013年2期
关键词:伤损轨距轨枕

吴 野 上海铁路局南京桥工段

1 引言

曲线是轨道三大薄弱环节之一,特别是半径小、坡道大的曲线随着列车运量的增大、速度的提高,小半径曲线外股钢轨侧面磨耗加快。为了适应铁路运输发展的要求,延长曲线更换磨耗钢轨的周期,减少养护维修的工作量,降低运营成本,分析及防治小半径曲线外股钢轨侧面磨耗,已成为线路维修工作中急需解决的重要课题之一。

钢轨的伤损主要包括锈蚀、磨耗和折断等,其中尤以钢轨磨耗最为严重。钢轨磨耗包括垂直磨耗和侧面磨耗,垂直磨耗一般情况下是正常的,侧面磨耗是我国现阶段最为突出的伤损类型,它属于塑性变形磨损、粘着磨耗和疲劳磨耗的综合机理,最终形态犹如切削。侧磨主要发生在小半径曲线上,由于钢轨对列车轮对的导向作用,车轮与钢轨产生粘着、蠕滑和滑动,造成曲线上股严重侧磨,在半径较小,坡道大的小半径曲线上,钢轨的侧向磨耗就更为严重。我段管辖的宁芜线及部分支正线小半径曲线,由于设计等级较低,线形条件不良,个别小半径曲线的换轨周期非常短,有的7~8 个月就得下道,而且这些换轨周期完全由钢轨的侧磨来控制。有资料显示小半径曲线上的钢轨有95%是由于侧面磨耗超限而下道的,严重的钢轨磨耗减小了钢轨的强度,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磨耗的速率,从而延长钢轨使用寿命具有重大的现实和长远意义。

2 曲线磨耗造成的主要病害

(1)钢轨极易受伤,由轻伤发展到重伤。钢轨侧磨、波磨及接头伤损是小半径曲线常见的病害,尤其是侧磨,是小半径曲线最突出的伤损类型。

(2)轨道几何尺寸易超限,小半径曲线上高低、轨距、正矢相对其他线路容易发生变化,保持的周期短,特别是轨距扩大病害相当普遍,并且随着钢轨侧磨的增加而逐渐加剧。

(3)联接零件易松动且破损率高,小半径曲线上联接零件承受的冲击力和横向作用力都比较大,在相同扭力距的情况下,小半径曲线联接零件容易松动,当冲击力和横向力达到一定值时易造成夹板及接头螺栓折断、混凝土枕立螺栓失效、枕木道钉浮离、轨距杆折断、轨掌压裂、尼龙座挤碎、轨枕挡肩破损等病害。

3 曲线磨耗原因分析

小半径曲线病害的产生与钢轨受力有着直接关系。当列车在曲线地段运行时,产生的力十分复杂。通过力的分析,可将列车作用于钢轨上的力分为3 个方向,即竖直方向、水平横向以及水平纵向。作用于钢轨上竖直方向分力的构成上,列车通过小半径曲线通常会出现两点接触的情况,轮轨间存在着较大的横向力作用,导致几何形状发生改变,有效截面减小。另外,由于轨面几何尺寸不可能始终处于良好状态,特别是轨距、正矢(或曲线方向)不良,这对钢轨侧面磨耗影响很大,也是引起曲线不均匀侧磨的主要原因。不均匀侧磨长度一般3 m~10 m之间,长短不一,大者甚至间隔几十米。在磨耗形成的开始阶段,磨耗速率很小,约每月0.1 mm 左右,主要是轨面淬火层未被完全破坏,不均匀磨耗框架还小;列车蛇形运动对钢轨的冲击力较小;当磨耗达到4 mm 以后,磨耗速率明显大,轨面淬火被完全破坏,不均匀磨耗框架变大,列车蛇形运动对钢轨的冲动力增大;曲线钢轨侧磨往往在多种原因的复合作用下形成,每一种原因只是引发磨耗的诱因,只是原因主次不同。

(1)曲线超高设置不合理的影响。曲线超高设置应根据实际通过的列车对数和实际通过的车速来确定。而事实上车速和通过对数是在不断变化的,超高数值的合理性很难确定。超高偏大,车轮在向心力作用下撞击磨擦下股钢轨,从而逐渐形成下股钢轨侧磨和垂磨出现,超高偏小,车轮在离心力作用下撞击磨擦上股钢轨,上股钢轨磨耗逐渐形成。

(2)线路结构状态及轨面几何尺寸不良的影响线路结构状态不良是指:道床板结、翻浆;轨枕失效、空吊;扣件离缝、扭矩不足;钢轨打疤、掉块、低头、擦伤、鞍磨等。轨面几何尺寸不良是指:线路上存在着大的方向、高低、轨距、水平、正矢等超限处所。上述病害如集中于曲线地段,就会加速磨耗的形成发展。

(3)轨底坡的影响。轨枕预留轨底坡是l/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内顶接触面,对钢轨破坏很大,容易形成磨耗。只有增大轨底坡,方可消除偏载作用。

(4)车体本身的影响。车轮面对钢轨的冲击摩擦,使其踏面形成不均匀磨耗,从而使列车进行蛇形运动,冲击钢轨,助长磨耗的形成。另外,车体与车体、车体与轮对之间连接不牢固,增加列车的晃动,也会助长磨耗的形成。

4 曲线磨耗整治措施

4.1 合理设置曲线超高

结合综合维修对超高进行调整,最好利用大机维修对曲线超高进行调整,调整前要对通过对数和列车通过速度进行统计,并对超高设置进行重新换算,特别对钢轨出现伤损异常的曲线要做重点测速,为克服过去人工测速误差大的问题,可与机务段联系,调用其机车监控议的速度数据,既省力、省时,又保证了采集数据的准确性。凡是发现钢轨不正常磨耗、曲线撞道严重地段,马上派人深入现场测速。设置超高时充分考虑曲线现场的实际状况,尽量接近于计算超高。

4.2 做好曲线的拨道工作,保持正矢不超限

消灭“鹅头”及“反弯”如果曲线方向不良,就会形成这样一种循环:方向不良一钢轨不均匀磨耗一曲线横移、撞道一扣件松动失效一轨距及变化率超限一加剧方向不良。为保证曲线方向处于良好状态,必须用绳正法计算拨道量。在拨道时首先将曲线及两端的轨缝均匀,并将头尾的直线方向拨直,如果拨量较大可在大机作业前根据绳正法计算的拨量进行粗拨道,然后再利用大机进行精拨,可以取得更好的整治效果。

4.3 加强曲线的日常保养

保持曲线圆顺,减少车轮对钢轨的冲击力(1)保持曲线的几何尺寸不超限。(2)整治、更换、补充联结零件及扣件,加强两个扭矩,防止线路爬行。(3)矫直钢轨硬弯,消灭钢轨接头“支嘴”。(4)提高捣固质量,特别要注意捣固均匀一致、捣垫结合,消灭低接头硬小腰或高接头低小腰以及暗坑吊板。(5)彻底整治接头病害,及时清筛翻浆冒泥接头,并换成小石碴以增加其稳定性,接头错口及大轨缝及时整治,打磨接头钢轨倒角以减少钢轨揭盖掉块。

4.4 适当改变轨底坡

增加轮轨接触面积当曲线上股钢轨主要表现为侧磨时,可在曲线下股垫以l0/14 mm 的坡形胶垫,减少下股钢轨外倾量,防止因钢轨外倾造成的轨距扩大和冲击角的增加。

4.5 对小半径曲线进行技术加强

(1)可根据曲线的实际情况采用增加轨距杆,或在曲线上股外侧增加混凝土轨撑的加强方法。(2)在小半径曲线上铺设淬火轨和Ⅲ型轨枕及相应的扣件是小半径曲线技术加强的发展方向。淬火钢轨具有较高耐磨强度和足够的硬度。对曲线上股轨枕外侧挡肩挤坏严重、动静态检查病害较多的曲线换铺Ⅲ型轨枕及相应的扣件。(3)坚持钢轨涂油。在曲线上利用钢轨侧面涂油的办法可以减缓钢轨磨耗特别是侧磨,延长钢轨使用寿命1/3 或更长一些。

5 结束语

通过以上分析,归纳起来,对防治小半径曲线钢轨的磨耗上,工务部门主要做好一下几个方面的工作:

(1)清理路肩,整修排水设备,使路基排水畅通。

(2)保持道床弹性和排水良好,根据曲线半径或线路横移情况,适当加宽曲线外侧碴肩宽度。无缝线路地段可根据需要堆高碴肩。

(3)更换接头失效轨枕,接头的四根轨枕下垫高弹胶垫。

(4)整修钢轨坍低接头,对马鞍形磨耗、波形磨耗等要进行打磨,侧面磨耗曲线应定期涂油。

(5)根据具体情况,增设轨距杆及轨撑,必要时增加防爬器及支撑,杜绝线路爬行。

(6)绝缘接头采用高强绝缘螺栓(扭力矩保持700 N·m)。

(7)加强捣固及时消灭空吊板、三角坑等,补足道碴填满夯实。

(8)按规定做好超高及其顺坡,使超高顺坡均匀曲线圆顺。

(9)对变化较快的曲线,应埋设永久性拨道桩。

(10)小半径曲线要尽量使用耐磨淬火轨。

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