大秦重載鐵路75kg/m的12號道岔動力性能測試數據與分析

李燁峰

摘 要：大秦線大量開行了萬噸、兩萬噸重載列車，導致道岔傷損嚴重，縮短了道岔的使用壽命。為了進一步延長道岔的使用壽命，研究設計了75 kg/m的鋼軌12號軌型道岔，從鋼軌的材質、平面線型、結構等方面綜合考慮了尖軌和轍叉的耐磨性，并專門設計了重載道岔用岔枕和轉換設備，從總體上提升了重載道岔的使用性能。此外，為了充分驗證道岔的綜合性能，對該道岔進行了動力性能測試。

關鍵詞：重載鐵路；道岔；振動加速度；安全性指標

中圖分類號：U213.66 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.088

大秦線共鋪設了75 kg/m道岔205組。為了滿足重載運輸的需要，在大秦線大量開行萬噸、兩萬噸重載列車后，2015年，其年通過總重達到了4.0×108 t。然而，隨著萬噸、兩萬噸重載列車的開行和運輸密度的增大，大秦線道岔的傷損更加嚴重，大大縮短了其使用壽命。為了進一步延長道岔的使用壽命，研究設計了75 kg/m的鋼軌12號軌型道岔。該道岔的運營條件為靜軸重小于等于270 kN，運行速度貨物列車直向速度小于等于90 km/h，側向速度小于等于45 km/h。使用壽命是重載道岔研發的關鍵點。該道岔于2013-04-25鋪設于大秦線遷安北站17號岔位，目前已在線運行3年。為了充分驗證道岔的綜合性能，對該道岔進行了動力性能測試。

1 測試綜述

通過測試既有貨物列車通過12號道岔時系統的動力響應，驗證了重載道岔的安全性、穩定性以及道岔部件的承載強度和設計合理性，主要包括安全性指標、道岔部件的變形情況、振動加速度、道岔部件的強度等。測試車輛為HX機車牽引的C80運煤專用車，共取得31次直向有效數據和5次側向有效數據。

2 道岔動力性能測試的數據分析

2.1 輪軌力參數

岔位為大秦線正線道岔，直向通過年運量約為1.5×109 t，側向通過的年運量約為1×108 t。道岔輪軌力測試斷面布置在尖軌尖端和側向導曲線處。

2.1.1 直向通過

脫軌系數實測最大值為0.29，平均值為0.04～0.06，且脫軌系數最大值隨速度的加快有增大的趨勢。減載率實測最大值為0.23，平均值為0.04～0.08，減載率最大值隨速度的加快有增大的趨勢，但平均值隨速度的快加有略微減小的趨勢。輪軸橫向力實測最大值為52.6 kN，平均值為4.5～8.4 kN，輪軸橫向力最大值隨速度的加快有增大的趨勢，而平均值隨速度的加快有略微減小的趨勢。橫向水平力實測最大值為31.0 kN，平均值為4.1～5.1 kN，橫向水平力最大值隨速度的加快有增大的趨勢，而平均值隨速度的加快有略微減小的趨勢。

2.1.2 側向通過

脫軌系數實測最大值為0.72，平均值為0.10～0.11，脫軌系數最大值隨速度的加快有增大的趨勢。減載率實測最大值為0.20，平均值為0.04～0.05，減載率最大值隨速度的加快有增大的趨勢。輪軸橫向力實測最大值為43.2 kN，平均值為14.0～16.6 kN，輪軸橫向力最大值隨速度的加快有減小的趨勢。橫向水平力實測最大值為60.6 kN，平均值為8.3～9.1 kN，橫向水平力最大值隨速度的加快有增大的趨勢。

2.2 道岔區部件的變形值

2.2.1 直向通過

直向通過時道岔區部件變形的最大值為1.26 mm。曲基本軌軌頭橫向位移表現為雙方向，實測內、外雙方向變形的最大值為1.22 mm和1.08 mm，且隨著速度的加快，直曲基本軌橫移最大值有增大的趨勢。尖軌頂寬30 mm處直曲基本軌軌頭橫向位移表現為雙方向，直基本軌實測內、外雙方向的變形最大值為0.69 mm和0.59 mm，曲基本軌實測內、外雙方向最大值為0.37 mm和0.43 mm，且隨著速度的加快，直曲基本軌橫移最大值有增大的趨勢。護軌平直段軌頭橫向位移表現為朝向線路內側，主要受到輪背沖擊，實測變形最大值為1.04 mm，且隨著速度的加快有明顯增大的趨勢。

2.2.2 側向通過

側向通過時道岔區部件變形的最大值為2.96 mm。直基本軌軌頭橫向位移表現為雙方向，實測內、外雙方向的最大值為1.23 mm和1.16 mm。尖軌頂寬30 mm處直曲基本軌軌頭橫向位移表現為朝向線路外側，直基本軌變形最大值為1.63 mm，曲基本軌變形最大值為1.69 mm。導曲線斷面內、外軌軌頭橫向位移均朝向線路外側，實測外軌變形最大值為2.04 mm，內軌變形最大值為2.46 mm，側向護軌平直段軌頭橫向位移表現為雙方向，實測內、外雙方向變形最大值為0.74 mm和0.59 mm。尖軌尖端開口量實測變形最大值為1.54 mm。

2.3 振動特性

部件振動特性測點選擇在尖軌一動、二動處鋼軌和尖軌一動處軌枕。

2.3.1 直向通過

尖軌一動和二動位置處鋼軌實測振動加速度最大值為145.1g和145.8g，且隨速度的加快有明顯增大的趨勢。尖軌一動處軌枕實測振動加速度最大值為38.8g，且隨速度的加快有緩慢增加的趨勢。

2.3.2 側向通過

尖軌一動和二動位置處鋼軌實測振動加速度最大值為102.9g和155.8g，且隨速度的加快有明顯增大的趨勢。尖軌一動處軌枕實測振動加速度最大值為2.5g，隨速度的加快其變化并不明顯。

2.4 鋼軌部件的強度

道岔區鋼軌部件的強度測點布置在尖軌頂寬30 mm和50 mm處的曲尖軌。C80列車以16.2～23.8 km/h的速度側向、順向通過12號道岔時，曲尖軌30 mm、50 mm處斷面軌底應力實測最大值為129.2 MPa和150.5 MPa。

3 結論

3.1 安全性參數

C80列車以5～80 km/h的速度直向順向，以10～40 km/h的速度側向順向通過12號道岔時，脫軌系數實測最大值為0.72，小于良好限度0.8；減載率實測最大值為0.34，小于第二限度0.6；輪軸橫向力實測最大值為72.7 kN，小于25 t軸重要求的83.6 kN的標準值，橫向水平力最大值為106.9 kN。

3.2 道岔區部件的變形

C80列車以5～80 km/h的速度直向順向，以10～40 km/h的速度側向順向通過12號道岔時，尖軌尖端斷面、尖軌30 mm處斷面、側向導曲線斷面基本軌軌頭橫向位移實測最大值為2.96 mm，護軌平直段軌頭橫向位移最大值為1.28 mm。尖軌尖端開口量實測最大值為1.54 mm，小于4 mm的限值要求。