铁路曲线钢轨病害原因及防治措施研究

铁路曲线钢轨病害原因及防治措施研究

海彦龙 薛猛

中国铁路郑州局集团有限公司洛阳工务段 河南省洛阳市 471000

摘要：从郑州铁路局洛阳工务段管内各车间曲线线路养护维修的现状出发，对造成曲线钢轨伤损的原因进行了具体分析，有针对性地提出了预防整治措施，重点对曲线线路养护维修方面进行了论述，说明了加强线路养护维修管理工作是延长钢轨使用寿命的重要途径。

关键词：线路维护；曲线钢轨；使用寿命

1 钢轨在铁路养护维护中的重要性

钢轨是铁路线路的主要组成部分，它承受着机车车辆荷载，并传之于轨枕，起引导列车运行方向的作用。钢轨状态的好坏直接影响着铁路线路的质量、钢轨的使用寿命和行车人身安全。钢轨在大自然的作用以及列车的运营作用下不可避免地产生锈蚀、磨耗和伤损。在通常情况下，大自然的侵蚀作用远不及列车的运营作用所引起的钢轨磨耗严重，特别是一些小半径曲线上的钢轨，列车通过时，不匹配的轮轨关系，会使车轮与钢轨之间产生相互的黏着、蠕滑和滑动，导致钢轨十分严重的磨耗和损伤，突出表现在小半径曲线上股钢轨侧磨明显，钢轨几何形状发生改变，有效截面减小，严重时影响铁路运营安全。因此，我们必须在钢轨伤损达到一定限度前做好养护维修工作，确保线路质量，保证列车的运营安全。

2 曲线钢轨伤损原因分析

对于曲线钢轨伤损问题，郑州铁路局洛阳工务段曾多次组织人员进行现场调查和原因分析，认为造成钢轨伤损的主要因素有：

（1）运输形势的影响。近年来，25吨轴重列车逐渐被淘汰，取而代之的是30吨轴重列车，随着列车的更新换代和近年来的客货运量增加，每年线路通过总重不断攀升，造成曲线钢轨伤损加剧。

（2）钢轨材质问题。钢轨是由高锰钢制成的，钢轨的主要成分为铁，除此之外还有碳、锰、硅、硫、磷等物质。制造钢轨时随碳含量增高钢轨的强度增加，但过高的碳含量会使其塑性和韧性降低，适当提高高锰和硅的含量能在一定的范围内增加钢轨的强度、硬度和韧性，硫、磷为有害杂质，其剔除受施工工艺、经济成本等多重因素的影响，现不同钢厂生产的同一型号钢轨、同一钢厂生产的不同型号钢轨品质良莠不齐。根据日常观察发现，段管内曲线钢轨磨耗初期为鱼鳞伤损，逐步发展为剥落掉块，各曲线线路地段均有不同程度的磨耗，其中因钢轨材质引发的伤损问题也是我们需要考虑的一个因素。

（3）曲线钢轨超高设置不合理。曲线钢轨地段实设超高的过大或过小均会引起钢轨的偏载和轮轨的不正常接触。在曲线地段，因里外两股钢轨的长度不同，里外轮走行距离也不同，在运行中外轮沿外轨纵向滑动或里轮向后滑动，形成打空转的现象。如实设超高过大，列车的重量偏载于里股钢轨，使里股钢轨的垂直磨耗加大，出现辗压现象，此时当轨向不良、轨距变化时，易发生车轮在外轨纵向上的滑动，从而导致外轨的非连续性侧向磨耗；如实设超高不足，外轮紧贴外轨运行，将更易引发外轨的侧向磨耗。

（4）轨底坡设置不合理。在曲线钢轨轨道上，外轨长内轨短，只有外轮的滚动半径大于内轮的滚动半径时，转向架才有良好地通过曲线钢轨的性能，从而减少车轮在钢轨上的滑动摩擦距离。国内外许多实验研究和现场调研均表明调整曲线下股钢轨轨底坡可以改变轮轨接触点的位置，改善轮轨接触关系。当适当增大曲线钢轨下股轨底坡时，车轮的踏面接触位置外移，外轮的滚动圆半径增大，内轮的滚动圆半径减小，滑动摩擦距离随之减少。所以，适当增加曲线钢轨下股轨底坡，有利于减缓钢轨的磨耗。经过前人的大量研究和实践，现在现场一般采取在曲线下股钢轨设置1/40～1/20的轨底坡，但曲线下股钢轨的轨底坡并不是越大越好，轨底坡设置的正确与否，还要根据每一条曲线上下股钢轨的光带、曲线钢轨是否外撞等情况进行综合判断。

（5）轨距超限。在曲线钢轨地段，轨距存在不同程度地轨距扩大现象。由于轨距超限，导致车轮与钢轨的内接状况不好，阻力增加，行车摇晃，引发钢轨磨耗。现场由于缺少大调量扣件的运用，另现在车间渐显人力不足，曲线钢轨轨距超限的病害不能得到及时有效的整治，造成曲线钢轨侧磨→轨距超限→侧磨加剧→轨距扩大的恶性循环。

（6）道床方面的因素。由于人力投入不足，造成道床不洁、捣固不良。线路上有三角坑、暗坑和空吊板等病害或线路翻浆冒泥，线路质量不均衡，都会加速钢轨的磨耗。

3 曲线钢轨伤损预防整治措施

曲线钢轨伤损和轨道其他永久变形一样，是不可避免的，但通过合理的维修养护工作，减缓曲线钢轨伤损是有可能的。如何减缓曲线钢轨伤损，延长钢轨使用寿命，经过车间多年的现场实践和经验总结，认为采取以下措施有利于减缓曲线钢轨的伤损：

(1)做好改善道床状态的工作。加强道床整治改善道床状态，尤其是对小半径曲线地段严格要求，必要时进行清筛道床、回填道碴、起道整平线路,全面改善道床状态。同时，加大对管内道床翻浆冒泥地段的整治工作，结合每年进行清筛、机捣工作，对翻浆冒泥地段进行重点整治，确保线路质量。

（2）做好曲线钢轨维修养护工作。段和车间要将整治曲线钢轨伤损作为一项重点工作来抓。段在进行阶段性验收时，对车间管内的曲线钢轨状态进行重点检查，督促车间定期实测现场正矢，认真计算，及时进行拨道、改道，保持曲线钢轨圆顺性。此外，车间在日常养护维修时需结合运用大调量扣件及时将个别轨距改正到允许范围内，防止轨距扩大和冲击角的增大，从而减少钢轨磨耗。

（3）加强对钢轨轨面不平顺的修理。从轮轨关系作用理论来看，轮轨系统的激抗是引起轮轨相互动力作用的根本因素，没有激抗就不会产生振动与冲击。从国内外运用机车车辆与轨道垂直相互作用仿真软件VICT的系统研究发现，对轮轨动力影响最为敏感的系统激抗是脉冲不平顺，如轨面的擦伤剥落、接头错牙、焊缝不平及其他局部凹凸不平顺。即使微小的凹凸不平顺也可能导致较为剧烈的冲击振动，而且随着不平顺值( 如错牙高度、擦伤深度) 的增加，这种冲击力将迅速加剧。因此，为了确保轮轨系统长期处于低动力作用状态，对各种脉冲型不平顺值的大小加以限制，就显得十分重要。可以探索采用以下方法进行钢轨修理：一是打磨，运用钢轨打磨的手段来修理钢轨的断面轮廓，改善轮轨的接触状态；二是焊补，为解决钢轨轨面的擦伤、剥落、掉块等病害，我们可以采用钢轨焊补的方法，对伤损钢轨进行焊修，另对马鞍型接头则需利用打磨与焊补相结合的办法来进行综合整治；三是直轨，通过对死弯轨的矫直工作，可改善钢轨的平顺性，减少轮轨间冲击力。

（4）充分对曲线钢轨进行定期给油。通过对钢轨进行充分给油，减小轮轨间的摩擦系数，可以改善轮轨接触状态，减缓曲线钢轨的侧面磨耗。根据实践数据统计，给油不足地段的曲线钢轨磨耗要比给油正常的钢轨磨耗严重。另外国内外也曾做过大量关于钢轨涂油减缓曲线钢轨伤损的相关试验，结果均表明合理涂油对减小曲线钢轨磨耗很明显。在曲线钢轨的养护维修中需坚决执行涂油制度，减少曲线外轨侧面的摩擦系数，达到减缓曲线钢轨伤损的目的。

4 总结

曲线钢轨的伤损整治工作是一项复杂的系统性工作。需要运用多种手段、多种方法进行综合整治才能取得较好的效果。车间在日常养护维修时需进一步做好曲线线路的养护维修工作，合理设置曲线钢轨轨道参数，积极采用新理念、新技术、新材料、新工艺，不断完善养护维修方法，提高整治工作的科技含量，提升线路设备的质量，确保铁路线路的安全稳定。

参考文献：

[1]陈鹏、高亮、郝建.铁路曲线上轮轨磨损影响参数仿真研究[J].中国铁道科学. 2007(05).

[2]孙琦、王午生、寿采和.曲线钢轨侧面磨损研究 [J].铁道学报.1991(02).

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