西南山區重載鐵路鋼軌磨耗探討

摘 要:本文概述了西南重載線路鋼軌磨耗情況，根據測量數據，分析了鋼軌磨耗的成因，針對不同的鋼軌傷損，提出了相應的整治措施。

關鍵詞:重載磨耗成因措施

中圖分類號:TU71文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(c)-0080-02

1 前言

鐵路鋼軌在大自然的影響和列車作用下，會因銹蝕、磨耗和傷損到一定程度而不斷更換，在曲線軌道，尤其是小半徑曲線軌道上，其磨耗更為嚴重。我局所管轄的西南地區鐵路中，鋼軌傷損主要集中在重載鐵路。HDX機車是我局重載鐵路的主要機車類型，該類型機車軸重大，對線路軌道結構破壞較大，線路幾何尺寸變化較快。在近幾年對重載鐵路的養護維修中，發現鋼軌磨耗相當嚴重，主要表現為垂直磨耗、鋼軌飛邊、擦傷、剝落掉快和側面磨耗，尤以側面磨耗嚴重，需經常換軌。因此，重載鐵路鋼軌磨耗成為普遍關注的問題。如何有效的減緩磨耗，直接關系到運營投入，具有極大的經濟效益。

2 西南重載線路鋼軌磨耗概況

根據工務處收集的各工務段定期測量的數據來看，各工務段內線路鋼軌傷損情況各不相同。但鋼軌傷損最嚴重的地方均集中在重載區和小半徑曲線區域。以成都工務段的測量數據為例，遂成線的各項觀測點無變化，主要原因是遂成線為新建線路，曲線半徑大，加之開行的HXD大列貨車較少;北環線和達成線側磨和垂磨較多以及軌枕擋肩磨損、扣件和尼龍擋板座均有不程度的失效現象，主要原因是開行的HXD大列貨車密度較大，小半徑曲線地段較多。

從表1可以看出，在達成線的這段曲線線路上，側面鋼軌磨耗較為嚴重，而對于小半徑的曲線，鋼軌磨耗最為嚴重。從其他工務段的各線路數據上來看，也基本呈現這樣的規律。

各工務段在2010年觀測的鋼軌磨耗匯總情況如表2所示。

從表2可以看出，綿陽工務段所管的寶成線鋼軌磨耗情況最為嚴重，側磨垂磨均無變化的點僅只有11%，而最大側磨量高達11.2mm。究其原因有兩點:一是寶成線去年開始由HXD機車牽引的5000噸大列貨物列車運輸，運輸頻繁，導致曲線地段鋼軌磨耗較大，傷損軌增多;二是疏于對線路的養護維修。成都工務段的達成線和成都北環曲線地段鋼軌的側磨耗和波磨較為嚴重，而由此產生的傷損軌數量也增多，這些傷損大多發生在小半徑曲線上。另外，西昌工務段新上道的鋼軌傷損非常嚴重，魚鱗病害情況較為普遍，導致線路設備變化較快，修理周期短。

從收集資料上來看，曲線鋼軌側磨在鋼軌頂面下18mm左右最嚴重，并且在該處形成了一條“凹槽”。鋼軌側面磨耗和垂直磨耗嚴重后導致線路晃車，破壞線路幾何尺寸，最明顯表現在曲線軌距擴大、膠墊壓潰、方向不易保持、軌距順坡率不易控制，其他幾何尺寸也隨之受到破壞。

從綜合觀測結果分析可知，通過相同總重的區間，小半徑曲線鋼軌的磨耗比較大，幾何尺寸變化也較快，扣件擋座磨損較快。通過不同總重的區間，在相同的技術條件下，總重大的區間鋼軌磨耗和幾何尺寸變化要大一些。

3 鋼軌磨耗的成因分析

鋼軌磨耗的主要形式為波型磨耗、側面磨耗和垂直磨耗，三者共同限制著鋼軌的使用壽命。我局鋼軌磨耗的主要特點是速度快，數量大，針對所管重載鐵路的鋼軌磨耗情況，重點分析占比重較大的鋼軌側磨成因。

3.1 車輛原因

1)由于西南地區小半徑曲線較多，正線最小半徑為250m，而轉8A、5 E' V8 P8 B;M% t5 D轉8G、8 d??n6 V(_7`.d5 V鞍山火車迷俱樂部轉K2的機車、車輛在我局占絕大多數，沒有大量使用曲線通過性能強的走行系統，到2005年年底，我國擁有貨車666046輛，主要使用的轉向架為傳統三大件轉向架，轉8A有292976輛，5E' V8 P8 B;M% t5 D轉8G有35285輛，8d n6V( _7`.d5V鞍山火車迷俱樂部轉K2有169162輛，占74.7%。近幾年逐步開始淘汰，使用更先進的徑向及自導向轉向架，但仍有大量傳統三大件轉向架在使用中，傳統三大件轉向架的輪軌作用方面存在以下弊端:(1)速度較高時(大于70km/h)，車輛穩定性差，在直線上易產生蛇行運動;(2)曲線通過性能差，會產生較大的橫向力和曲線通過阻力。導致輪緣與軌角產生嚴重的磨耗，特別是空車與重車混編時，列車制動的不一致性會增加輪軌間滑動機率。

2)車輪鋼的硬度一般321～363HBW，而高強度鋼軌的表面硬度在330～390HBW，珠光體鋼軌的最大硬度大約為400HBW，貝氏體鋼軌硬度可以達到500～550HBW。由于車輪鋼的表而硬度一般小于鋼軌表面硬度，軌輪踏面在使用過程中形成凹面，在未及時整修前，輪軌作用產生兩點接觸，在曲線上時，由于輪緣接觸及橫向蠕滑的存在，兩點接觸會產生大的滑動和磨耗，我局寶成線曲線鋼軌磨耗便是典型范例。

3)由于輪對懸掛裝置的彎曲偏差迫使兩輪對產生一個永久性的反向搖頭角，對軌角引起較大的周期性磨耗和應力;而輪對懸掛裝置的剪切偏差(輪對剪切剛度過大造成)會使車輪在運行過程中產生橫向錯動，導致車輪與鋼軌不對稱磨耗和高的接觸應力。

3.2 輪軌的幾何形位

1)經驗表明，曲線上軌距加寬不得超過10～12mm，否則會加速外軌側磨及輪緣磨耗，進而引起軌角處的新一輪輪軌不良接觸。

2)鋼軌型面。

當鋼軌型面不對稱時，會引起輪對的橫向位移，導致輪緣與軌角的磨耗; 據統計，在寶成線半徑為450m以下的曲線上因欠超高過大，客貨混線，98%曲線側面磨耗在重載1年內達到了8mm以上，最大達到11.2mm，直接影響車輛的曲線通過能力，較大的橫向力顯著增加了鋼軌和車輪間的磨耗和應力。

3)鋼軌的磨耗形踏面。

如果輪軌踏面變形(輪軌接觸過程中使輪軌踏面材質塑性流動變形或磨損變形)，將會引起輪軌一點接觸或兩點接觸，輪軌接觸斑處于非正常狀態(接觸面積非常小)，在鋼軌上產生極高的接觸應力，加大了輪軌磨耗。

3.3 潤滑與摩擦管理

摩擦管理要求在輪緣和軌距角接觸界面上保持低的摩擦系數，在貨車車輪踏面與鋼軌頂部接觸界面上保持中等摩擦系數，在機車車輪踏與鋼軌頂部接觸界面上保持較高摩擦系數。而我們在輪軌摩擦改進劑的研究使用方面還比較落后，目前僅有的RGL軌側干膜劑在小半徑曲線也無法長時間保持有利的摩擦系數。我局山區鐵路在不同自然條件下使鋼軌處于較有利的摩擦系數更是十分困難，這就使輪軌磨耗、壓潰等病害加劇。

4 整治措施

重載線路的鋼軌磨耗主要集中在重載列車經過最頻繁的地段和小半徑曲線地段，因此，在這兩個地段應著重整治。

4.1 材料優化

鋼軌采用合金鋼、全斷面熱處理鋼、微合金鋼，硬度達到370HBW以上，車輪鋼材料采用含碳量與合金相似、熱硬化輪緣(等離子淬火、電弧沉積)的車輪鋼。

4.2 普及潤滑

對曲線外軌側面和輪緣處堅持實施潤滑，合理使用RGL干膜劑。

4.3 車輪、鋼軌型面的保持

建立并維護曲線和直線段輪軌型面的不同類型，滿足在相應區段的共形型面，成立專業打磨組打磨重點區段鋼軌，定期使用打磨車，合理周期對軌面進行全面打磨，降低接觸壓應力。

4.4 軌道結構的保持

根據直、曲線等不同區段設定最優的游間(輪緣與軌頭之間的間隙)，在降低接觸壓應力的同時控制好車輪的蛇行運動。

4.5 轉向架(車輛)結構優化

積極用先進的徑向、自導向轉向架淘汰傳統三大件轉向架;發展路旁測量系統，提高車輪動態檢測水平，及時檢測轉向架永久彎曲、剪切變形的最大矢量。

4.6 加強線路保養

對曲線地段的鋼軌磨耗區段，加強對高低、三角坑、水平、軌距、軌距變化率的控制、定期實施曲線撥道整治等，及時補充軌距拉桿、更換失效零配件，保持好線路幾何尺寸。

4.7 加強線路地面觀測

加強對長大坡道，小半徑曲線地段的觀測，掌握線路變化規律，針對病害原因，制定切實可行的處理方案，減少設備病害。

4.8 適時安排鋼軌更換

對磨耗特別嚴重區段及時更換新軌，如我局寶成線曲線區段在側磨達到6～8mm時，則立即采取上下股倒邊更換。

參考文獻

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