小半徑曲線上股鋼軌磨耗分析及防治

張孝君

摘 要：隨著社會的進步和發展，鐵路運輸企業發展的如火如荼，為我國的經濟發展起到了重要的推動作用。但是，在鐵路發展的同時，也存在一些問題，其中，鐵路運輸過程中的小半徑曲線上股鋼軌磨耗現象給鐵路運輸的發展造成了不良的影響，甚至威脅到人們的生命安全，因此，文章就針對這個問題，對鐵路上的小半徑曲線上股鋼軌磨耗問題進行重點分析，并結合存在的問題，積極尋找防治之策，以促進鐵路運輸業的健康運行。

關鍵詞：鐵路；小半徑曲線；上股鋼軌；磨耗；對策

近年來，隨著經濟的發展，鐵路運輸業獲得了較快的發展，在發展的過程中，依然存在小半徑曲線上股鋼軌磨耗的現象，該問題的存在，不僅使軌道的交通安全性受到影響，也使軌道的使用壽命減少，從而使鐵路運輸管理部門投入大量的資金，造成金屬的耗費，增加了成本，阻礙鐵路運輸業的快速發展，因此，文章分析小半徑上股鋼軌磨損的原因，并提出相應的防治對策，以提高鋼軌的使用壽命。

1 鋼軌磨耗

1.1 基本情況

隨著鐵路建設規模的不斷擴大，鐵路上的小半徑曲線鋼軌磨損現象就逐漸顯現出來。現以圖琿線三級鐵路為例，圖琿線線路長度為56公里，曲線多、56公里內有55條，坡度大，山區小半徑曲線350米的有6條；運量大、年貨運量可達300萬噸以上。近年來，隨著鐵路軸重的不斷增大和運量不斷增加，小半徑曲線上股鋼軌磨耗現象也越來越嚴重。

對于鐵路線路而言，鋼軌是其直接承受來自沖擊和車輪荷載的重要構件，經常受到輪軌的共同作用，因此，磨耗的產生也是難以避免的。其中，小半徑曲線鋼軌受到各種輪軌應力的作用，更容易造成磨耗問題，鋼規磨耗不僅僅是鋼軌受損的表面現象，往往帶來更為實質的問題，經常受輪軌作用的影響，使鋼軌表面的材料出現壓潰裂紋，隨著時間的推移和輪軌的不斷作用，使得壓潰裂紋互相貫通，從而和鋼軌的表面產生剝離現象，漸漸的被車輪磨掉，這也可稱為一個磨耗周期，在此基礎上，下一輪周期的壓潰裂紋又開始出現，如此接連下去，就會造成鋼軌的不合格，進而不得不進行下線處理。

新鋼軌的磨損可分為初始磨合、穩定磨合、急劇磨損過程三個階段，其中，初始磨合過程車輪接觸鋼軌的面積較小，承受荷載也較大，使鋼軌磨損較快；穩定磨合過程的鋼軌在碾壓作用下，形成一層堅韌表面，具有耐磨能力，可使鋼軌的磨損程度減輕；急劇磨損過程在穩定磨合期后，疲勞度增加，輪緣和鋼軌作用邊接觸沖擊，造成鋼軌的嚴重磨損。

1.2 探析上股鋼軌磨損的原因

1.2.1 荷載應力

對于直線地段而言，依據理論進行設計，輪軌接觸點能夠落在軌面中部，由于受到軌道彈性作用，且弧半徑比較大，輪軌接觸的面積也就比較大；在曲線上股鋪設鋼軌之后，尤其是半徑很小的地段，受列車轉向的影響，在轉向架中，第一輪輪緣挨著軌頭內側，又因車輪和新軌道的形狀不完全吻合，使輪軌的接觸面在軌頭側頂面的弧面處，而不在軌面的中部位置，這就使得輪軌的接觸是半徑較小的兩圓柱的正交，面積小了很多，輪軌的接觸面積成倍的減小，進而造成荷載局部應力的不斷增大，從而形成曲線上股鋼軌磨耗問題，這是造成小半徑曲線上股鋼軌磨耗的主要因素。

1.2.2 離心力和導向力

離心力：在鐵路運行過程中，曲線上股往往會受到列車曲線運行產生的離心力作用，作用點在軌頭內側的頂角面和軌頭的側邊，從而對接觸面的局部應力產生一定的影響。

導向力：受曲線導向的關系，曲線上股會受導向力的影響，作用點是軌頭側面，在理論上與輪軌主應力保持一定的距離，依然會對鋼軌面造成影響。

1.2.3 鋼軌靜態彎曲應力

生產的鋼軌都是直線形的，在曲線上鋪設直線形的鋼軌，就必須要將直線形的鋼軌整彎，整彎后的鋼軌會存在彈性變形，也存在彎曲應力，所以，即使不受列車的荷載作用，曲線上的鋼軌也一直存在靜態的彎曲應力，靜態彎曲應力與各種應力在小半徑曲線上進行綜合的作用，造成鋼軌塑性變形，這也是造成下道鋼軌在縱向呈現弧形的原因，通過相關的計算可知，鋼軌的靜態彎曲應力和半徑成反比，靜態彎曲應力隨著半徑的增大而減小。

1.2.4 滑動摩擦力

曲線上、下股鋼軌的絕對半徑不相同，輪對是固定的軸連接，這就使得下股運行的車輪比上股運行的車輪少走一段距離，因此，上股車輪要憑借滑行去克服這段距離，進行滑行就會產生滑動摩擦力，在越小的半徑曲線上滑行，滑行的距離就越大，就會產生較大的摩擦力，而且這個力作用在輪軸的接觸點上。

1.2.5 其他力

新軌偏心受壓附加應力：曲線上股換新軌后，通過觀察第一趟列車的軌頂壓痕線，可以發現，輪軌作用點靠向內側，偏離軌面中線，進而使鋼軌受到偏心受壓附加應力的作用，該應力同彎曲應力一樣，在軌頭內側和荷載應力進行疊加。

牽引力：曲線上股換成新軌后，輪軌的接觸面較小，進而造成牽引力的成倍增大。

1.2.6 未做好養護工作

確保鋼軌質量及運行安全的重要措施就是加強小半徑曲線上股鋼軌的養護工作，其中，對于鋼軌曲線狀態的養護情況直接影響鋼軌的磨損程度，但在實際的工作中，依然存在一些問題，例如：緩和曲線超高遞減距離不夠，使列車行進到緩和曲線處極易產生搖晃、沖擊和振動現象，造成鋼軌磨耗現象；由于坡度的不準確等問題的影響，也會造成鋼軌的磨耗。

2 解決對策

鐵路交通運輸業發展迅速，因此，解決上股鋼軌磨耗問題勢在必行，現階段，主要采取外股鋼軌潤滑、調整曲線超高、更換磨耗嚴重的鋼軌等辦法，就目前的運用情況來看，取得了良好的效果。

2.1 強化曲線養護工作

確保曲線平縱斷面技術狀態，進而促進鋼軌壽命的延長；為了提高軌道的整體穩定和強度，要在保證曲線縱面平穩過渡超高和平面圓順的前提條件下，合理增加軌撐和軌距桿，同時，還要對上股邊坡作相應的加高、加寬處理。

2.2 適當添加潤滑劑

為了更好地解決小半徑曲線鋼軌磨耗的問題，可在輪軌間添加適量的潤滑劑，有利于上股鋼軌車輪快速轉向通過，使各種應力的時間縮短，并使鋼軌產生塑性變形的可能性減小。

2.3 調邊倒換鋼軌

根據相關的技術規范要求，在鋼軌磨損未達到輕傷標準的時候，可以將上下股的鋼軌進行相應的調換，從而可有效延長鋼軌的使用壽命。

3 結束語

鐵路運輸業的發展，對我國經濟的發展具有重要的意義，因此，對于鐵路小半徑曲線上股鋼軌磨耗問題要引起相關人員的高度重視，文章將曲線上股鋼軌的基本情況作為切入點，并分析了曲線上股鋼軌磨耗的原因，最后簡單闡述了解決該磨耗問題的對策，希望可以為相關鐵路管理者提供一些借鑒經驗，以提高鐵路鋼軌的使用性能，促使鐵路事業向著安全性、高效性和可靠性的方向發展。

參考文獻

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