西南山区重载铁路钢轨磨耗探讨

西南山区重载铁路钢轨磨耗探讨 西南山区重载铁路钢轨磨耗探讨 蒋万军 (成都铁路局工务处四川成都610031) 工程技术 摘要:本文概述了西南重戴线路钢轨蠹耗情况,根据测量数据,分析了钢轨磨耗的 成因,针对不同的钢轨伤损,提出了相应的整治措施. 关键词:重或磨耗成因措施 中图分类号:TU7I文献标识码:A文章编号:1674—098X(201t)05(c)一0080—02 1前言 铁路钢轨在大自然的影响和列车作用 下,会因锈蚀,磨耗和伤损到一定程度而不 断更换,在曲线轨道,尤其是小半径曲线轨 道上,其磨耗更为严重.我局所管辖的西南 地区铁路中,钢轨伤损主要集中在重载铁 路.HDX机车是我局重载铁路的主要机车 类型,该类型机车轴重大,对线路轨道结构 破坏较大,线路几何尺寸变化较快.在近几 年对重载铁路的养护维修中,发现钢轨磨 耗相当严重,主要表现为垂直磨耗,钢轨飞 边,擦伤,剥落掉快和侧面磨耗,尤以侧面 磨耗严重,需经常换轨.因此,重载铁路钢 轨磨耗成为普遍关注的问题.如何有效的 减缓磨耗,直接关系到运营投入,具有极大 的经济效益. 2西南重载线路钢轨磨耗概况 根据工务处收集的各工务段定期测量 的数据来看,各工务段内线路钢轨伤损情 况各不相同.但钢轨伤损最严重的地方均 集中在重载区和小半径曲线区域.以成都 工务段的测量数据为例,遂成线的各项观 测点无变化,主要原因是遂成线为新建线 路,曲线半径大,加之开行的HXD大列货车 较少;北环线和达成线侧磨和垂磨较多以 及轨枕挡肩磨损,扣件和尼龙挡板座均有 不程度的失效现象,主要原因是开行的 HXD大列货车密度较大,小半径曲线地段 较多. 从表l可以看出,在达成线的这段曲线 线路上,侧面钢轨磨耗较为严重,而对于小 半径的曲线,钢轨磨耗最为严重.从其他工 务段的各线路数据上来看,也基本呈现这 样的规律. 各工务段在2010年观测的钢轨磨耗汇 总情况如表2所示. 从表2可以看出,绵阳工务段所管的宝 成线钢轨磨耗情况最为严重,侧磨垂磨均 无变化的点仅只有l1%,而最大侧磨量高达 l1.2ram.究其原因有两点:一是宝成线去 年开始由HXD机车牵引的5000吨大列货物 列车运输,运输频繁,导致曲线地段钢轨磨 耗较大,伤损轨增多;二是疏于对线路的养 护维修.成都工务段的达成线和成都北环 曲线地段钢轨的侧磨耗和波磨较为严重, 而由此产生的伤损轨数量也增多,这些伤 损大多发生在小半径曲线上.另外,西昌工 务段新上道的钢轨伤损非常严重,鱼鳞病 害情况较为普遍,导致线路设备变化较快, 修理周期短. 从收集资料上来看,曲线钢轨侧磨在 钢轨顶面下18mm左右最严重,并且在该处 形成了一条"凹槽".钢轨侧面磨耗和垂直 磨耗严重后导致线路晃车,破坏线路几何 尺寸,最明显表现在曲线轨距扩大,胶垫压 溃,方向不易保持,轨距顺坡率不易控制, 其他几何尺寸也随之受到破坏. 从综合观测结果分析可知,通过相同 总重的区间,小半径曲线钢轨的磨耗比较 表1达成线某段钢轨磨耗情况 序号观测区段里程观测点线路曲线半径(m)侧磨量(mm)垂磨量(mm) lK299+0oO70oOO 2K299+60o6oo10.5 3K3OO+10030o00O 4K300l+5o020oOOO 5K3O1+10055032 6K301+8004oo82.5 7K3O2+70080022 8K303+2O045073 表22010年各工务段测量数据汇总 大,几何尺寸变化也较快,扣件挡座磨损较 快.通过不同总重的区间,在相同的技术条 件下,总重大的区间钢轨磨耗和几何尺寸 变化要大一些 3钢轨磨耗的成因分析 钢轨磨耗的主要形式为波型磨耗,侧 面磨耗和垂直磨耗,三者共同限制着钢轨 的使用寿命.我局钢轨磨耗的主要特点是 速度快,数量大,针对所管重载铁路的钢轨 磨耗情况,重点分析占比重较大的钢轨侧 磨成因. 3.1车辆原因 1)由于西南地区小半径曲线较多,正线 最小半径为250m,而转8A,5E'V8P8B; M%t5D转8G,8d??n6V(一7.d5V鞍山 火车迷俱乐部转K2的机车,车辆在我局占 绝大多数,没有大量使用曲线通过性能强 的走行系统,到2005年年底,我国拥有货车 666046辆,主要使用的转向架为传统三大 件转向架,转8A有292976辆,5E'V8P8B{ M%t5D转8G有35285辆,8dn6V(一7'. d5V鞍山火车迷俱乐部转K2有169162辆, 占74.7%.近几年逐步开始淘汰,使用更先 进的径向及自导向转向架,但仍有大量传 统三大件转向架在使用中,传统三大件转 向架的轮轨作用方面存在以下弊端:(1)速 度较高时(大干70km/h),车辆稳定性差,在 直线上易产生蛇行运动;(2)曲线通过性能 差,会产生较大的横向力和曲线通过阻力. 导致轮缘与轨角产生严重的磨耗,特别是 空车与重车混编时,列车制动的不一致性 会增加轮轨间滑动机率. 2)车轮钢的硬度一般32l,363HBW, 而高强度钢轨的表面硬度在330, 390HBw,珠光体钢轨的最大硬度大约为 400HBW,贝氏体钢轨硬度可以达到500, 550HBW由于车轮钢的表而硬度一般小于 钢轨表面硬度,轨轮踏面在使用过程中形 成凹面,在未及时整修前,轮轨作用产生两 工务段观测点总数(个)侧磨垂磨均无变化点(个)侧磨无变化点(个)垂磨无变化点 (个)最大侧磨量(mm)最大垂磨量(mm) 成都5434383684 涪陵3oo2lO24022543.8 绵阳l0ol11916l1.25.8 遂宁4420272652 西昌】3296lo5lo343 80科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald 工程'技术ScienceendTechnologyInnova 点接触,在曲线上时,由于轮缘接触及横向 蠕滑的存在,两点接触会产生大的滑动和 磨耗,我局宝成线曲线钢轨磨耗便是典型 范例. 3)由于轮对悬挂装置的弯曲偏差迫使 两轮对产生一个永久性的反向摇头角,对 轨角引起较大的周期性磨耗和应力;而轮 对悬挂装置的剪切偏差(轮对剪切刚度过 大造成)会使车轮在运行过程中产生横向 错动,导致车轮与钢轨不对称磨耗和高的 接触应力. 3.2轮轨的几何形位 1)经验表明,曲线上轨距加宽不得超过 10,l2ram,否则会加速外轨侧磨及轮缘磨 耗,进而引起轨角处的新一轮轮轨不良接 触. 2)钢轨型面. 当钢轨型面不对称时,会引起轮对的 横向位移,导致轮缘与轨角的磨耗;据统 计,在宝成线半径为450m以下的曲线上因 欠超高过大,客货混线,98%曲线侧面磨耗 在重载1年内达到了8mm以上,最大达到 11.2mm,直接影响车辆的曲线通过能力, 较大的横向力显着增加了钢轨和车轮间的 磨耗和应力. 3)钢轨的磨耗形踏面. 如果轮轨踏面变形(轮轨接触过程中使 轮轨踏面材质塑性流动变形或磨损变形), 将会引起轮轨一点接触或两点接触,轮轨 接触斑处于非正常状态(接触面积非常小), 在钢轨上产生极高的接触应力,加大了轮 轨磨耗. 3.3润滑与摩擦管理 摩擦管理要求在轮缘和轨距角接触界 面上保持低的摩擦系数,在货车车轮踏面 与钢轨顶部接触界面上保持中等摩擦系 数,在机车车轮踏与钢轨顶部接触界面上 保持较高摩擦系数.而我们在轮轨摩擦改 进剂的研究使用方面还比较落后,目前仅 有的RGL轨侧干膜剂在小半径曲线也无法 长时间保持有利的摩擦系数.我局山区铁 路在不同自然条件下使钢轨处于较有利的 摩擦系数更是十分困难,这就使轮轨磨耗, 压溃等病害加剧. 4整治措施 重载线路的钢轨磨耗主要集中在重载 列车经过最频繁的地段和小半径曲线地 段,因此,在这两个地段应着重整治. 4.1材料优化 钢轨采用合金钢,全断面热处理钢,微 合金钢,硬度达到370HBW以上,车轮钢材 料采用含碳量与合金相似,热硬化轮缘(等 离子淬火,电弧沉积)的车轮钢. 4.2普及润滑 对曲线外轨侧面和轮缘处坚持实施润 滑,合理使用RGL干膜剂. 4.3车轮钢轨型面的保持 建立并维护曲线和直线段轮轨型面的 不同类型,满足在相应区段的共形型面,成 立专业打磨组打磨重点区段钢轨,定期使 用打磨车,合理周期对轨面进行全面打磨, 降低接触压应力. 4.4轨道结构的保持 根据直,曲线等不同区段设定最优的 游间(轮缘与轨头之间的间隙),在降低接 触压应力的同时控制好车轮的蛇行运 动. 4.5转向架(车辆)结构优化 积极用先进的径向,自导向转向架淘 汰传统三大件转向架;发展路旁测量系统, 提高车轮动态检测水平,及时检测转向架 永久弯曲,剪切变形的最大矢量 4.6加强线路保养 对曲线地段的钢轨磨耗区段,加强对 高低,三角坑,水平,轨距,轨距变化率的控 制,定期实施曲线拨道整治等,及时补充轨 距拉杆,更换失效零配件,保持好线路几何 尺寸. 4.7加强线路地面观测 加强对长大坡道,小半径曲线地段的 观测,掌握线路变化规律,针对病害原因, 制定切实可行的处理方案,减少设备病害. 4.8适时安排钢轨更换 对磨耗特别严重区段及时更换新轨, 如我局宝成线曲线区段在侧磨达到6, 8mm时,则立即采取上下股倒边更换. 参考文献 【l】韩冰.论小半径曲线钢轨磨耗原因及防 治.现代商贸工业,2010年第16期. 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