企業鐵路曲線護輪軌輪緣槽寬度的探討

李兆林

【摘 要】本文針對冶金企業鐵路多為小半徑曲線需安設護輪軌的現狀，對護輪軌輪緣槽的有效設置寬度進行了計算與探討。

【關鍵詞】冶金企業鐵路;曲線護輪軌;輪緣槽寬度探討

0 前言

冶金企業由于受地形限制，鐵路曲線多為小半徑。機車車輛通過小半徑曲線時，由于離心力的作用，迫使車輪緊貼外軌，增大了外軌軌頭的側面磨耗。如橫向力過大，可使外軌橫向移動。當曲線半徑更小時，根據輪軌間的內接條件，使加寬值超過一定界限，有可能使一側車輪1/10坡度段的輪踏面置于軌頭側面小圓弧處，在各種最不利條件存在時，就有可能引起車輪脫軌，影響行車安全。為避免上述情況發生，應在曲線里股側或曲線里股和外股的各自內側設置護輪軌，可防止脫軌和鋼軌過度磨耗，且安設護軌可增加線路的橫向鋼度，增加曲線行車的安全性。

1 曲線內護輪軌輪緣槽寬度的計算方法

1996年5鋼鐵廠總圖運輸設計手冊6第6.9.1.1條規定：半徑≦150m的曲線應鋪設護輪軌。

內側護輪軌的作用：機車車輛通過曲線時，車體離心力推動車輪向曲線外側移動，由于鋪設了內護輪軌擋住了內輪，就使得外輪輪緣不致緊貼外軌，從而減輕了外軌軌頭的側面磨損;當線路軌距擴大或其他不利情況發生時，可有效地防止脫軌。

確定內護輪軌輪緣槽寬度的條件：

（1）輪緣槽寬度應使沿外軌轉動的車輪正好與外軌工作邊相接觸，而不施橫向力于外軌，以防止外軌軌頭側面磨耗;

（2）輪緣槽應有必要的寬度，使所有沿內軌轉動的車輪輪緣與主軌和護輪軌工作邊正好接觸而不致卡住。

根據上述兩個條件建立輪緣槽寬度公式;

（1）滿足第一個條件，并結合圖1可列出關系式如下：M=s-t-h-E1-E2

由于關系式右側各參數均具有最大值和最小值，故其最不利的組合情況為：最大輪緣槽寬度（Mmax）為曲線段之最大軌距減去上式中后四項的最小值;最小輪緣槽寬度（Mmin）為曲線段之最小軌距減去上式中后四項的最大值。寫成公式為：

Mmax=（S+Sj+6）-tmin-hmin-E1-E2（1）

Mmax=（S+Sj-2）-tmax-hmax-E1-E2（2）

式中，S——標準軌距，即1435mm;

Sj——曲線段軌距加寬值;

6、2——分別為軌道軌距容許正、負差;

tmax、tmin——輪對內側距離（即輪背距）最大值和最小值;

hmax、hmin——輪緣厚度最大值和最小值;

E1——護輪軌工作邊磨耗值，最大值為2、最小值為0;

E2——軌道加荷載后，輪背距減少值或增大值，對內燃、電力機車和車輛的輪對此值為減小值，即E2=-2;對蒸汽機車輪對則為增大值，即E2=2。

圖1 內護輪軌輪緣槽的結構

當軌道加荷載后，鋼軌發生彈性擠開而引起的軌距擴大，只有起到減少磨耗的作用，且由于設置了護輪軌，軌道結構加強，鋼軌的彈性擠開量將很小，故忽略不計。

討論：令滿足第一條件設置護輪軌輪緣槽寬度為M1，

當M1

如M1>Mmax時，則護輪軌失去防止上股鋼軌磨耗的作用;當M1大于Mmax到一定限度時也起不到防止脫軌的作用。在具體選用輪緣槽寬度M1時，應盡可能使其接近且稍小于Mmin即M1

（2）滿足第二個設置條件列出的輪緣槽寬度公式可結合圖2來推導。

圖2 內護輪軌輪緣槽的結構

圖2為4軸車架在曲線中的位置。其中，P1、P2和Q1、Q2分別為車輪與線路軌和護輪軌工作邊的接觸點，考慮最不利因素組合情況下，護輪軌輪緣槽寬度為：

M2=f1+hmax-f2+S（3）

式中，f1——由Q1和Q2在護輪軌工作邊上形成的內矢距（取最大值）;

f2——由P1和P2在線路軌工作邊上形成的內矢矩（取最小值）;

Hmax——最大輪緣厚;

S——輪對內側距離的裝配誤差，取最大和最小輪背距差數之半。

為滿足第二個設置條件，所設置的輪緣槽寬度M應大于或等于M2。

綜上所述，為滿足設置內護輪軌的兩個條件而確定的輪緣槽寬度為：

M2≦M=M1（M1不大于Mmin）（4）

2 算例

設計條件：所設計的鐵路曲線半徑為120m，通行東風10D內燃調車機車和260t混鐵車。

計算要求：計算曲線半徑為120m的線路設置內護輪軌輪緣槽寬度，計算過程如下：

2.1機車車輛的輪對尺寸

機車車輛的輪對尺寸見表1。

表1 機車車輛的輪對尺寸

2.2 計算中用到的參數

（1）軌道加寬后的軌距：按技規規定，R=120m，軌距加寬值25mm，曲線段的軌距為S=1460mm。

（2）E1值：E1max=2;E2min=0

（3）E2值：內燃機車E2=-2;車輛E2=-2

（4）f1和f2為簡化計算，本算例略去車輪超前值，同時不考慮內、外軌工作邊的半徑不同，而僅以線路中心線半徑計算（即設計條件中規定的半徑）。

計算公式：

f1=L2/2R， f2=L2/2R2，

表2 R=120mm時的計算值f1、f2 （mm）

注：表內按f1、f2皆按靜力強制內接計算.

2.3 計算Mmax和Mmin

計算R=120m時，護輪軌輪緣槽寬度，表3表4是計算滿足第一個設置條件的輪緣槽寬度Mmax和Mmin計算公式為：

Mmax=（S+6）-tmin-hmin-E1min-E2，

Mmin=（S-2）-tmax-hmax-E1max-E2。

表3 Mmax的計算值（mm）

表4 Mmin的計算值（mm）

由此可見，為滿足第一個設置條件，輪緣槽的設置寬度應取M1=69mm。表5為計算滿足第二個設置條件的輪緣槽寬度M2=f1+hmax-f2+S計算公式，為滿足第二個條件，表為中應取較大值M2=49.5mm。

表5 滿足第三個設置條件的輪緣槽寬度

綜合考慮上述兩個設置條件，設計線路護輪軌輪緣槽寬M應滿足方程式：M2≦M=M1，實際值應為69mm。

3 效果

新鋼從2013年10月開始改造鐵路小半徑曲線時，按本文的計算方法計算的寬度值69mm設置護輪軌輪緣槽，效果很好。鐵路曲線外軌軌頭磨耗很少，延長了曲線外軌使用壽命，且沒有出現脫軌事故，保證了行車安全。

【參考文獻】

[1]傅永新，彭學詩.鋼鐵廠總圖運輸設計手冊[M].冶金工業出版社，1996.

[責任編輯：湯靜]