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小半径曲线钢轨磨耗研究

发布时间: 2022-03-02 08:11:00 浏览:

随着我国铁路的全面提速以及重载铁路的发展,导致了工务设备状态恶化过程的加剧,直接影响到铁路运输的安全和效率。钢轨是重要的工务设备,铁路运量的增加和速度的提高,加剧了钢轨伤损情况的发生。钢轨的伤损主要包括锈蚀、磨耗和折断等,其中尤以钢轨磨耗严重。钢轨磨耗包括垂直磨耗和侧面磨耗,垂直磨耗一般情况下是正常的,侧面磨耗是我国现阶段最为突出的伤损类型,它属于塑性变形磨损、粘着磨耗和疲劳磨耗的综合机理,最终形态犹如切削。侧磨主要发生在小半径曲线上,由于钢轨对列车轮对的导向作用,车轮与钢轨产生粘着、蠕滑和滑动,造成曲线上股严重侧磨。在山区、丘陵地区,曲线铁路比例较大,且半径较小,而在山区大坡道小半径曲线上,钢轨的侧向磨耗就更为严重。这些地段,小半径曲线的换轨周期,完全由钢轨的侧磨来控制。根据调查资料,我国小半径曲线上的钢轨有98%是由于侧面磨耗超限而报废的。严重的钢轨侧面磨耗减小了钢轨的强度,加剧了钢轨的伤损,缩短了钢轨的使用寿命,不仅浪费大量的资金,而且还干扰运输任务的完成。因此减缓小半径曲线钢轨侧面磨耗的速率,从而延长钢轨使用寿命对于我国铁路具有重大的意义。

1 曲线磨耗造成的主要病害

(1)钢轨极易受伤,由轻伤发展到重伤。钢轨侧磨、波磨及接头伤损是小半径曲线常见的病害,尤其是侧磨,是小半径曲线最突出的伤损类型。

(2)轨道几何尺寸易超限,小半径曲线上高低,轨距、正矢相对其他线路容易发生变化,保持的周期短,特别是轨距扩大病害相当普遍,并且随着钢轨侧磨的增加而逐渐加剧。

(3)联接零件易松动,且破损率高,小半径曲线上联接零件承受的冲击力和横向作用力都比较大,在相同扭力距的情况下,小半径曲线联接零件容易松动,而且当冲击力和横向力达到一定值时,易造成夹板及接头螺栓折断,混凝土枕立螺栓失效、枕木道钉浮离、轨距杆折断、轨掌压裂、尼龙座挤碎,轨枕挡肩破损等病害。

(4)在高速、重载的运营过程中,线路极易造成单股钢轨爬行、串动,在无缝线路地段最易造成线路局部应力集中,在炎热的夏季超高温期间会发生胀轨跑道。

2 磨耗原因分析

侧磨主要发生在小半径曲线上股钢轨上,列车通过小半径曲线通常会出现两点接触的情况,轮轨间存在着较大的横向力作用,导致几何形状发生改变,有效截面减小,影响运营安全。另外,由于轨面几何尺寸不可能始终处于良好状态,特别是轨距、正矢(或曲线方向)不良,这对钢轨侧面磨耗影响很大,是引起不均匀侧磨的主要原因。不均匀侧磨长度一般3m~10m之间,长短不一,大者甚至间隔几十米。在磨耗形成的开始阶段,磨耗速率很小,约每月0.1mm~0.21mm,主要是轨面淬火层未被完全破坏,不均匀磨耗框架还小;列车蛇形运动对钢轨的冲击力较小;当磨耗达到4mm(PD3耐磨轨为8mm)以后,磨耗速率明显大,约每月0.4mm~0.55mm,轨面淬火被完全破坏,不均匀磨耗框架变大,列车蛇形运动对钢轨的冲动力增大;当速率达到0.55mm/月后,趋于平稳。曲线钢轨侧磨往往在多种原因的复合作用下形成,每一种原因只是引发磨耗的诱因,只是原因主次不同。

2.1曲线超高设置不合理的影响

曲线超高设置应根据实际通过的列车对数和实际通过的车速来确定。而事实上车速和通过对数是在不断变化的,超高数值的合理性很难确定。超高偏大,车轮在向心力作用下撞击磨擦下股钢轨,从而逐渐形成下股钢轨侧磨;超高偏小,车轮在离心力作用下撞击磨擦上股钢轨,上股钢轨磨逐渐形成。

2.2线路结构状态及轨面几何尺寸不良的影响

线路结构状态不良是指:道床板结、翻浆;轨枕失效、空吊;扣件离缝、扭矩不足;钢轨打疤、掉块、低头、擦伤、鞍磨等。轨面几何尺寸不良是指:线路上存在着大的方向、高低、轨距、水平、正矢等超限处所。上述病害如集中于曲线地段,就会加速磨耗的形成发展。

2.3轨底坡的影响

轨枕预留轨底坡是1/40,用于直线地段是合适的,而在曲线地段,由于超高的作用,使车轮踏面与钢轨顶面未全部接触,车体荷载就集中于钢轨内顶接触面,对钢轨破坏很大,容易形成磨耗。只有增大轨底坡,方可消除偏载作用。

2.4车体本身的影响

车轮面对钢轨的冲击摩擦,使其踏面形成不均匀磨耗,从而使列车进行蛇形运动,冲击钢轨,助长磨耗的形成。另外,车体与车体,车体与轮对之间连接不牢固,增加列车的晃动,也会助长磨耗的形成。

3 曲线磨耗整治措施

3.1合理设置曲线超高

每年根据春季测速资料,夏季结合综合维修对超高进行调整,特别对钢轨出现伤损异常的曲线要做重点测速。为克服过去人工测速误差大的问题,可与机务段联系,调用其机车监控议的速度数据,既省力、省时,又保证了采集数据的准确性。凡是发现钢轨不正常磨耗、曲线撞道严重地段,马上派人深入现场测速。设置超高时充分考虑曲线现场的实际状况,尽量接近于计算超高。

3.2做好曲线的拨道工作,保持正矢不超限,消灭“鹅头”及“反弯”

如果曲线方向不良,就会形成这样一种循环:方向不良-钢轨不均匀磨耗-曲线横移、撞道-扣件松动失效-轨距及变化率超限-加剧方向不良。为保证曲线方向处于良好状态,必须用绳正法计算拨道量。在拨道时首先将曲线及两端的轨缝均匀,并将头尾的直线方向拨直,其次要对所有曲线重新排正矢点,排点时由曲线中央向两侧对称排点,不设辅助点,对于曲线头尾位置有变化,现场与原始资料不符以及曲线头尾有大鹅头的地段由技术人员准确测量出曲线的偏角,根据现场情况重新确定曲线要素。

3.3加强曲线的日常保养,保持曲线圆顺,减少车轮对钢轨的冲击力

(1)保持曲线的几何尺寸不超限。(2)整治、更换、补充联结零件及扣件,加强两个扭矩,防止线路爬行。(3)矫直钢轨硬弯,消灭钢轨接头“支嘴”。(4)提高捣固质量,特别要注意捣固均匀一致、捣垫结合,消灭低接头硬小腰或高接头低小腰以及暗坑吊板。(5)彻底整治接头病害,及时清筛翻浆冒泥接头,并换成小石碴以增加其稳定性,接头错口及大轨缝及时整治,打磨接头钢轨倒角以减少钢轨揭盖掉块。

3.4适当改变轨底坡,增加轮轨接触面积

当曲线上股钢轨主要表现为侧磨时,应在曲线下股垫以10/14mm的坡形胶垫,减少下股钢轨外倾量,防止因钢轨外倾造成的轨距扩大和冲击角的增加。

3.5对小半径曲线进行技术加强

(1)按《修规》规定安装轨距杆或轨撑时,可根据曲线的实际情况采用增加轨距杆,或采取轨距杆与支撑配合使用方法加强。(2)在小半径曲线上铺设合金轨和Ⅲ型轨枕及相应的扣件是小半径曲线技术:加强的发展方向。

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