淺談煤礦窄軌鐵路運(yùn)輸軌型的選擇

田瑞臣　王忠平　楊起　王政敏

摘 要：煤礦窄軌鐵路運(yùn)輸是礦井輔助運(yùn)輸?shù)闹饕M成部分，承載礦井生產(chǎn)所需要的材料、設(shè)備、矸石以及人員的運(yùn)輸。隨著綜采及綜掘設(shè)備的發(fā)展，設(shè)備重量的增加，要求煤礦窄軌鐵路鋼軌上運(yùn)行的車輛噸位越來越大，鋼軌的承載力就自然越來越大。文章通過對鋼軌選型依據(jù)的論述，對不同型號鋼軌線路允許運(yùn)行車輛載重進(jìn)行了計(jì)算，給出了不同車輛在線路上允許的載重值，以達(dá)到窄軌鐵路安全運(yùn)輸?shù)哪康摹?/p>

關(guān)鍵詞：窄軌鐵路；軌型選擇；重要性

前言

煤礦窄軌鐵路運(yùn)輸是礦井輔助運(yùn)輸?shù)闹饕M成部分，承載礦井生產(chǎn)所需要的材料、設(shè)備、矸石以及人員的運(yùn)輸。隨著綜采及綜掘設(shè)備的發(fā)展，設(shè)備重量的增加，要求煤礦窄軌鐵路鋼軌上運(yùn)行的車輛噸位越來越大，鋼軌的承載力就自然越來越大我國目前大多井工煤礦軌距多采用600毫米與900毫米兩種。牽引工具主要為蓄電池電機(jī)車。鋼軌軌型主要有24kg/m、30kg/m、38kg/m三種。隨著采煤機(jī)械化的發(fā)展，綜采設(shè)備單重越來越大，軌道的更新往往跟不上。不同類型的軌道上運(yùn)行多重的車輛，或多重的車輛應(yīng)鋪設(shè)哪種類型的軌道直接關(guān)系著軌道系統(tǒng)運(yùn)行的順暢與安全。

1 煤礦窄軌鐵路運(yùn)輸用軌道的分類

軌道類型是以每米長鋼軌重量的千克數(shù)來表示的，煤礦用窄軌軌道主要類型及參數(shù)如表1所示。

表1 煤礦窄軌軌道常用鋼軌類型及及主要尺寸表軌型

2 鋼軌型號選擇依據(jù)

2.1 軌道與速度的關(guān)系

行車速度對軌道的影響主要表現(xiàn)在動力作用方面。行車速度越高，機(jī)車車輛和軌道的振動強(qiáng)度越大，作用于軌道上的動荷載越大，軌道的幾何形位越難保持，軌道及其部件交變應(yīng)力幅度和振動加速度越大。所以，行車速度越高，軌道結(jié)構(gòu)及其部件破壞越快。

2.2 軌道與車輛軸重的關(guān)系

軸重是指一個(gè)輪對承受的機(jī)車或車輛重量。軸重反映了軌道承受的靜荷載強(qiáng)度，它決定了各部件交變應(yīng)力的平均應(yīng)力水平。軸重的一半稱為靜輪重。軸重越大，軌道承受的荷載也越大，各部件的交變應(yīng)力水平隨軸重增加而增大，所能承受的荷載循環(huán)次數(shù)大為減少，使用壽命縮短，軌道疲勞破壞速度加快。研究結(jié)果表明，由于各種疲勞現(xiàn)象而導(dǎo)致的鋼軌折損，以及軌道幾何形位的破壞，都與軸重有關(guān)。重載車輛，即使運(yùn)行速度不高，其對軌道的破壞往往要比一般的高速列車對軌道的破壞程度大。如果軸重與列車速度同時(shí)增加，鋼軌折損率的增長規(guī)律將更復(fù)雜。

2.3 軌道與運(yùn)量的關(guān)系

運(yùn)量常用車輛通過的總重量表示，它是車輛車輛軸重及其通過次數(shù)的乘積，是反映軸重、速度、行車密度的一項(xiàng)綜合指標(biāo)。行車速度和軸重決定了軌道結(jié)構(gòu)的負(fù)荷強(qiáng)度，以及各部件交變應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力；行車密度驚動了負(fù)荷和應(yīng)力作用的頻率。鋼軌的磨損和折損、軌道永久變形積累都和運(yùn)量有直接的關(guān)系：運(yùn)量大，行車密度大，列車負(fù)荷作用越頻繁，單位時(shí)間內(nèi)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)多，整個(gè)軌道的永久變形積累越快。滿足運(yùn)行條件的軸重、行車速度和運(yùn)量三個(gè)參數(shù)基本上和平均應(yīng)力、應(yīng)力幅度、循環(huán)次數(shù)這三個(gè)因素相對應(yīng)：軸重與平均應(yīng)力對應(yīng)；行車速度與應(yīng)力幅度對應(yīng)；運(yùn)量與循環(huán)次數(shù)對應(yīng)。為了提高運(yùn)輸能力，軌道只能從提高軌道整體強(qiáng)度和軌道平順性輛方面下手，另一方面在現(xiàn)有軌道線路上為保證運(yùn)輸安全，就必須在保證軌道平順性基礎(chǔ)上，對軸重、行車速度和運(yùn)量三個(gè)參數(shù)進(jìn)行合理選擇。

3 煤礦常用軌型線路上允許運(yùn)行車輛載重計(jì)算

3.1 車輛允許軸重的計(jì)算

選擇鋼軌重量一般與機(jī)車車輛軸重和型式、運(yùn)行速度、運(yùn)量、服務(wù)年限、工作地點(diǎn)、線路上部構(gòu)造類型以及一個(gè)國家的鋼鐵產(chǎn)量質(zhì)量等因素有關(guān)。

3.1.1 前蘇聯(lián)對于鋼軌重量與軸重的關(guān)系的試驗(yàn)研究

前蘇聯(lián)在20世紀(jì)70、80年代關(guān)于鋼軌重量與軸重的關(guān)系進(jìn)行了過大量的試驗(yàn)研究工作，利用環(huán)行試驗(yàn)線對軸重為23噸與25噸的車輛進(jìn)行了運(yùn)營試驗(yàn)， 得出的結(jié)論如表2。

表2 前蘇聯(lián)研究實(shí)驗(yàn)鋼軌重量與貨車軸重關(guān)系

運(yùn)行維護(hù)情況在50kg/m線路上運(yùn)行軸重23噸車輛，能過安全運(yùn)行，但養(yǎng)護(hù)工作量增加。在65kg/m或75kg/m線路上運(yùn)行軸重為25噸車輛，需大大增加線路養(yǎng)護(hù)維修工作量及其費(fèi)用。

3.1.2 鋼軌重量與軸重的關(guān)系，參考國外現(xiàn)有一些經(jīng)驗(yàn)公式如下

日本：P=q/（2.5～3）

前蘇聯(lián)：P=（q/a）3/2

前西德：P=q/2

式中：q-鋼軌重量公斤/米；P-軸重噸；a-窄軌取5

考慮中國軌道軋制工藝水平及煤礦井下軌道鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，文章參考日本經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算不同軌型線路運(yùn)行車輛允許軸重，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 煤礦常用軌型線路條件下允許運(yùn)行車輛軸重

3.2 根據(jù)軸重合理選擇車輛載重

鐵煤集團(tuán)公司隨著采掘機(jī)械化的發(fā)展，采掘設(shè)備裝機(jī)容量越來越大，整機(jī)重量也越來越大，即使設(shè)備解體運(yùn)輸，往往最大不可拆部件的重量也很大，這就給軌道運(yùn)輸帶來很大壓力，尤其對運(yùn)輸線路上的軌道考驗(yàn)也越來越大，超載會增加養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，而且影響行車安全。這樣就必須根據(jù)軌型允許的車輛軸重計(jì)算出車輛允許載重，在日常礦井運(yùn)輸管理中，按照此標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格規(guī)范車輛裝載情況，嚴(yán)禁車輛超載運(yùn)行，這里的超載包括車輛本身限制載重，也包括運(yùn)輸線路軌道限制的車輛載重。鐵煤集團(tuán)公司現(xiàn)常用平板車有四種，平板車允許載重如表4所示。

表4 車輛允許載重值

4 結(jié)束語

鐵煤集團(tuán)公司通過加強(qiáng)軌道運(yùn)輸管理，嚴(yán)格規(guī)范軌道安裝及維護(hù)質(zhì)量，逐步提高礦井運(yùn)輸線路軌型標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)規(guī)范車輛裝載行為，嚴(yán)禁超載運(yùn)輸，使得礦井軌道運(yùn)輸呈現(xiàn)平穩(wěn)順暢的良好發(fā)展態(tài)勢，為公司整體快速發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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[2]方金陵.關(guān)于煤礦600毫米軌距輕軌的選型[J].煤礦設(shè)計(jì)通訊，1966.

[3]張鶴霄.論礦井窄軌鐵道的鋼軌軌型選擇與重軌鋪設(shè)[J].煤炭技術(shù)，2011.

作者簡介：田瑞臣（1969-），遼寧省西豐縣人，高級工程師，1998年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用于管理專業(yè)。現(xiàn)任鐵法能源公司生產(chǎn)技術(shù)部機(jī)電處副處長。