地铁小半径曲线钢轨磨耗分析及整治措施

地铁小半径曲线钢轨磨耗分析及整治措施

陈超

苏州轨道交通运营有限公司运营二分公司  江苏苏州 215000

摘要:本文结合研究背景及意义，对小半径曲线钢轨磨耗类型进行分析，提出了一些避免发生小半径曲线钢轨磨耗的若干建议供大家参考。

关键词:地铁小半径曲线；钢轨磨耗分析；整治措施

在当今社会城市快速发展背下下，汽车也越来越多。城市中出现了大量的交通堵塞现象，这对城市居民出行生活及城市经济发展带来了很大的冲击和影响。为了解决目前我国大、中、小规模的交通问题，很多大城市都在大力发展轨道交通网，并对其进行了深入研究。在整个地铁钢轨中，最易遭受磨耗破坏的是小半径曲线，列车通过其曲线钢轨时，列车通过其自身的巨大惯性作用，将对其形成强烈的撞击，从而导致钢轨变形，引起钢轨横向磨耗和波磨，如果不采取有效的处理方法。

一、研究背景及意义

地铁项目以地下为主体，采用了隧道的构造方式，在运行的时候可以搭载更多的乘客，并且因为钢轨的特殊性，它在运行的时候具有很高的正确性，不会造成车流拥堵的情况。目前，国内很多大城市都在大力发展着，把轨道交通的规划和建设与原来的地面公交系统相结合起来，可以让城市公交变得更为便捷，进而对城市的经济发展起到了积极的推动效果。在城市轨道地铁建筑施工中，街道、居民楼等诸多原有建筑均会对工程产生不同程度影响，因此，在轨道布设上缺失不了精心的规划设计，无法实现如同地面铁路般的工程设计那样应用到大范围的轨道半径曲线，而是会出现大量的小半径的曲线。除此之外，在进行地铁钢轨的设计和施工时，还必须要注意与其它的地面公共交通的有效对接，这对钢轨的设计也会产生一定的影响。因此，在实际规范建设中，钢轨的设计要比地面的常规钢轨要大很多，而且，根据列车行驶的作用，在地铁项目的小半径曲线部位，更易产生强烈的摩擦，从而造成钢轨的损坏。钢轨是牵引列车运行的主体，它不可避免地要承受着从车轮上传来的载荷，这就导致了车轮与钢轨之间的摩擦力，在这种持续的摩擦力下，钢轨表面会出现一些磨损。

二、小半径曲线钢轨磨耗类型分析

（一）小半径曲线钢轨侧磨问题分析

对于小半径曲线钢轨而言，最为常见的磨损问题则是侧磨问题，其产生原因是由于钢轨本身的原因。与直线型轨道交通相比,在曲线段的钢轨交通中,钢轨容易与地铁的车轮产生打滑现象,就需曲线型设计的钢轨交通而言，曲线型钢轨设计对于地铁减速有一定积极作用，从而造成钢轨与车轮的摩擦加剧,但是上述过剧烈的摩擦势必会缩短钢轨的使用年限。当曲线段钢轨设计中还一句实际需求设计了一定的坡角，则会导致小半径曲线钢轨出现侧摩擦,设置过高的轨底坡度角度将会减少钢轨对车辆撞击的耐受性,进而对小半径曲线钢轨的耐磨性产生直接的作用,从而会对小半径曲线段的钢轨结构产生不利的影响。另外,通过对铁路钢轨的长期追踪,我们还发现,在不同的轨底坡度的大小下,小半径曲线的轨底坡度将会不同于不同的轨面接触,进而引起轨面承载力的变化,因而,通过合理的轨底坡度率调控,实现了钢轨轨头的横向摩擦的缓解作用。钢轨两侧的车轮将以不同形式的摆动方式移动,这种方式将极大地影响钢轨的稳定,而钢轨间距过大则可能造成列车的脱轨。

（二）小半径曲线钢轨波磨问题分析

小半径曲线钢轨上经常出现的另外一种损害形式是钢轨的波磨，适当的道床刚性可以使钢轨的波磨得到很好的抑制。针对轨道面不光滑的钢轨而言，为其配置适宜弹性的道床刚性，其弹性效应的价值则可实现有效发挥，能够显著的缓解列车给予轨道的附作用力，从某种角度上来看，有效降低到了钢轨波磨程度。就钢轨所匹配的板床刚性与其不相匹配之际，轨道交通工作进行中，本身车轮同钢轨间就会存在振动，不匹配的情况下，振动频率也会出现异常，自然所造成的钢轨波磨更严重。床道铺设之际，通常借助高密度、优质的颗粒级配，进而使得道床阻力得到一定的改善，而道床的弹塑性较差，则会增大不平顺时对铁路产生的弹性能力，长期运行将产生累积效应，加剧钢轨波磨问题。另外，曲线半径的差异，也会对钢轨的波磨状态产生影响，曲线半径较小，则会增大车轮与钢轨之间打滑的概率，进而会增大波磨损坏的强度。此外，由于地理条件的差异，造成了在潮湿的地区，轮胎与钢轨的粘性降低，从而增大了轮轨间的粘滑性，从而加重了钢轨的波磨问题。

三、避免发生小半径曲线钢轨磨耗的若干建议

(一)避免发生小半径曲线钢轨侧磨的若干建议

当前，对轨道外形进行修整的方法有两种，一种是包络法，另一种是线型法。包络式打磨在修复性打磨和预防性打磨中都有广泛的应用，而轮廓式打磨则在预防性打磨中得到了广泛的使用，与轮廓式打磨相比较，包络式打磨在单程中的去除厚度更大，可以将更严重的缺陷进行清除，然而，在这一过程中，很可能会造成钢轨的损坏，因为在打磨的过程中，因为控制系统的复杂性，所以打磨的效率会比较低下。在曲线钢轨路段,使用高品质的铁轨(如合金钢或硬化钢),来改善钢轨对车路的磨损，进一步实现对车路摩擦耗能的改善。为降低钢轨与车轮间的摩擦力,就需要检测人员定期地对轨道的高度进行测量,并以列车的真实载荷为依据,对曲线段的轨道高度依据设计需求加以调整,进而使得侧磨损情况能够得到有效缓解。就相应的规范标准还需有关工作在实践工作中进行检验，尽可能让车轮的中心点位于轨道中央,增大钢轨与车轮的接触面。另外,还应针对钢轨与车轮的磨耗状况,定期涂以润滑油,以降低轨道与车轮的摩擦力,从而提高钢轨的使用寿命。从当前车轨的应用状况来判断,车轨的侧磨损伤是无法避免的,而要防止由于钢轨损坏过度而导致的行驶安全事故,就需要工作人员制订出一套严谨的操作规范,并对轨道的磨损状况展开全面的检查,并对磨损严重的轨道进行及时检修和更换。

(二)避免发生小半径曲线钢轨波磨的若干建议

根据丰富的实践经验和实验的结论，新轮与新轨之间的表面粗糙，接触区域小，二者在接触时，会产生应力集中的几率很大。由于铁路运行年限长，轨道面所受的外力作用会导致轨道材料产生塑性形变，而在实际接触面扩大至足以承载法向载荷后，这种塑性形变就会停止，从而降低轨道段波磨、鱼鳞开裂等问题，并进而改善轨道与轨道之间的接触面，从而延长轨道服役寿命。在小半径曲线区内,由于钢轨的力学特性,钢轨间距、超高、钢轨走向等参数必须合理设置,而钢轨的不平顺性又会使钢轨的波动变得更加剧烈,为此,必须针对不光滑内钢轨进行一定处理。要领钢轨承力度好，必须要对钢轨的弹性和阻尼进行有效地增加,最为有效的解决手段是垫板的增加，依据实况控制调整垫板质量，减少轮轨之间的粘滑振动发生的几率,提高了轨道的使用寿命。为改善钢轨受的切向作用力,调节钢轨受的振荡,降低钢轨的波磨量,可以采用润滑涂油的方法来调节轨面间的摩擦系数。此外,通过对钢轨进行有限度的研磨,还可以调节钢轨受力,使钢轨与车轮保持在一个最佳的接触状态,从而降低钢轨的波磨破坏程度。

四、结语

综上所述,由于其部位比较特殊，所以与小半径曲线钢轨具有差异性，所以它更容易由车轮的摩擦力引起的。小半径曲线是钢轨结构强度中最脆弱的部位，所以在实际的运用过程中，它很容易被各种摩擦力所影响。在对我国的一条小半径曲线钢轨展开了追踪调查之后，它对其容易发生的各种磨耗进行了全面的研究，并简单地对其产生的各种磨耗进行了剖析，并在此基础上有计划地制定一些可以降低小半径曲线钢轨磨损程度的具体方法，从而达到提高其使用寿命，确保其能够保持一个良好的运行状态。在钢轨的使用过程中，出现的较为常见的情况就是，在对这两种问题的原因进行了深入的研究之后，再根据这两种问题产生的机理，并在检修时采取相应的保养措施，能够有效地延长钢轨的使用寿命，从而减少了公司的保养费用。但是就当前的形势现状而言，无法实现绝对性规避钢轨磨损这一问题，因此，还需要有关工作者在工作实践中不断进行经验总结，制定更为高效的 小半径曲线上的钢轨保养维护计划，从而使得工作质量的进一步提升。

参考文献：

[1]孙国瑛，刘学毅，万复光.  小半径曲线上的钢轨磨耗[J].   西南交通大学学报，2021(19)：165-170.