冶金坡道線路的升級改造與應用

魯琦行

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司運輸部，山東濟南 271104）

0 引言

據調查，在全國多家冶金工礦企業中，鐵路運輸組織工務部門許多鐵路線路布局困難、線路坡度較大、曲線設置多。隨著產能增加，大批大功率機車被引進運行，對有縫鐵路大坡道區段的日常養護帶來了難題。

1 冶金坡道線路的改造特點

冶金線路具有的特性，使它在升級改造中與國鐵線路有以下不同：

（1）大部分冶金企業在建廠時期，廠內貨運鐵路的建設布局都是在廠房投產后建設，由于前期未充分考慮到鐵路的建設空間，導致冶金企業線路普遍存在大坡道、小半徑等情況。較國鐵線路來說，這一狀況則剛好相反，國鐵線路鋪設力避小半徑和大坡道，這是冶金鐵路有別于鐵路行業規則的特點。

（2）國家鐵路在鋪設過程中，如遇大坡道、小半徑等問題，常采用延長豎曲線長度，擴大曲線半徑，鋪設無縫線路提高線路平順性等手段，而冶金線路因周圍條件限制不能采用此舉消除不良因素。

（3）冶金企業鐵路作為物資供應線，一般會考慮維保資金投入，應用國鐵先進技術改造線路，會使線路水平大幅提升，但也使冶金工務部門陷入資金投入巨大和保持現有狀態的兩難抉擇。

2 問題簡述

萊鋼鐵路不僅半徑普遍小，且個別區段坡度較大。以新鋼區爐后8#～54#道岔線路為例，坡度8‰，最新引進的和諧號機車持續速度較東風型低，為18.3 km/h，機車速度越低，牽引力越大。機車自坡底至坡頂低速持續加載，根據力的相互作用，則對鋼軌的壓力越大。

此前，該區段由25 m 長短軌鋪設，接頭為相對式接頭。線路在長期使用后發現，鋼軌沿縱向位移嚴重。以上坡方向為正方向，左股鋼軌在坡頂處軌縫較大，在坡底處軌縫擠死，說明左股鋼軌沿縱向向下位移；右股鋼軌在坡頂處軌縫較小，在坡底處軌縫較大，說明右股鋼軌沿縱向向上位移，這與機車爬坡加載和下坡減速有關。此外，在軌面有連續的、呈擦傷狀的鋼軌打傷痕跡，且深度在1～2 mm，說明鋼軌位移與輪軌局部應力有關。這些隱患導致以下問題：①機車動能損失嚴重，增加運行油耗。接頭對車輪的阻力影響機車爬坡力，動力系統為提供牽引力，燃油做功效率提升，不僅增加了機車油耗，而且使高溫卸載故障發生；②接頭翻漿加劇線路病害頻發，同時造成道床污染，影響環境美觀；③坡道區段因線路爬行形成的大軌縫，對周邊環境造成噪聲污染；④接頭處的頻繁沖擊，縮短鋼軌的使用壽命，加快材料消耗。

3 改造過程

3.1 利用力學模型進行分析

圖1 為車輪在鋼軌上局部應力模型分析，其接觸點稱為“接觸斑”。由此可知，以鋼軌為研究對象，鋼軌受到來自豎向、橫向、縱向3 部分力的作用。

圖1 局部應力分析

豎向力包括靜輪重、附加動力、豎向沖擊。該部分應力會造成鋼軌折斷、軌頭接觸疲勞、軌頭壓潰。

橫向力有車輛輪對的蠕滑力、車輪導向力、橫向沖擊力。該部分力是造成鋼軌側磨、車輛脫軌的主要因素。

縱向力含制動力和溫度力。制動力是來自機車車輛在牽引行駛或減速制動時對鋼軌施加的力，溫度力與鋼軌的生產制造有關。該部分的力會造成鋼軌爬行、線路失穩。

由此得出結論，若消除鋼軌爬行問題，就要從控制縱向力入手解決。

3.2 長軌條創新使用

通過無縫線路鋪設，項目人員發現無縫線路因扣件的扣壓力作用，受加載減速造成的鋼軌位移極小，鋼軌內部只存在溫度應力作用。而該坡道首尾皆為岔區，通過綜合考慮，進行如下改造：

（1）在此坡道區段，鋪設總長約150 m 的長軌條，由廠制500 m 長鋼軌切割而成。長軌條自坡底貫穿至坡頂，首尾與岔區相接處使用高強夾板固定。鋪設時，按無縫線路鋪設要求進行，鋼軌設置統一鎖定軌溫。鋪設時，長軌條鋪設總結以下幾點：①冶金線路廠外線在鋪設時，可考慮使用再用軌，但其鋼軌磨耗量應在規定范圍內，如遇側磨明顯但在正常磨耗值內，左右股可調邊使用；②該鋪設方式為“有縫+無縫+有縫”，在首尾標準短軌線路中穿插鋪設長軌條，因此在長軌條卸車時，要充分計劃好軌條長度，在頭尾預留適當切割余量，以便設置夾板，鉆取螺栓孔；③鋪設坡道長軌條，應先固定長軌條區段，再固定首尾有縫區段，長軌條鋪設按照無縫線路鋪設原則，左右股之間鎖定軌溫不得大于5 ℃。在后期驗證中發現，該處鋼軌相對位移在連續運行1 年內，鋼軌無明顯位移變化，說明解決方法有效。

（2）本次鋪設軌為P60 軌型,冶金工礦線路在后期改造中，應逐步向重軌方向靠攏。P60 鋼軌與P50 鋼軌相比，斷面尺寸更大，更能保證足夠的強度、韌性、耐磨性、穩定性和平順性，力學性能方面能夠承受更高速度或軸重列車的沖擊。且鋼軌為全長淬火，相對于鋼軌端頭淬火而言，它是將普通鋼軌通長進行淬火處理，在鋼軌軌頭更多著重處理，適應抗接頭沖擊的需要，從而延長鋼軌使用壽命。

（3）在長軌條鋪設的曲線地段采用人工定期涂脂，脂質為長效潤滑脂，利用人力驅動噴涂小車噴涂在軌頂下方16 mm 范圍內，注意不可濺射在軌頭，防止機車出現蠕滑振動。

（4）與長軌條配套使用的Ⅱ型彈條螺母扭力矩為100～140 N·m，能有效保持每組扣件的縱向扣壓力，防止鋼軌位移。其性能彈性好，扣壓力較Ⅲ型彈條小，能保證軌下膠墊不發生過度變形。但在日常使用中要按規定扭矩檢查緊固，長軌條有別于溫度式無縫線路，其內部存在的溫度應力較小，在150～200 m 長度內，其溫度應力產生的鋼軌位移在2～3 mm。但扣壓力較小會引起局部道床塌砟，因此須重點關注。

4 改造效果

線路長軌化的實施，大大減少了爬坡區段接頭數量，使其病害得到有效控制。并且隨著接頭病害的減少，鋼軌縱向爬行量得以控制。

由圖2 可以看出，與去年同期相比，接頭病害數量由原來的最高12 次/月降到最高4 次/月，超過歷史最好水平，年病害數量總數34 次，改造效果對比優勢明顯。

圖2 2018 年，2019 年接頭病害時間序列圖

通過對坡道線路實施改造，機車油耗大幅下降，機車高溫卸載故障造成的列車停時顯著減少。此外，提高了線路的整體技術狀態，消除了接頭病害，降低噪聲19 dB。設備的整體狀態和環境質量都得到了顯著改善。

5 結語

長軌加短軌的鋪設形式對于目前的冶金企業來說，是解決坡道線路爬行的有效方法。長軌條的伸縮量極小，且鋪設不受地形限制，在冶金企業提倡精益檢修的設備管理中，具有一定的借鑒意義。