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干货小半径曲线钢轨磨耗原因及防治

发布日期:2022-06-03 15:45   来源:未知   阅读:

  小半径曲线段是钢轨结构强度最薄弱的部分,在实际应用中容易受到病害的干扰。当车辆到达曲线段时,轨道的曲线迫使机车转弯。由于高速车辆的惯性大,对弯道路段的轨道会产生很大的影响。当冲击力过大时,容易造成履带变形,对履带造成横向磨损破坏。如果长时间不采取合理的措施,就会使轨道内外的荷载发生偏转,加剧轨道的磨损程度,引起车辆行驶的振动,甚至威胁车辆行驶的安全。

  当轮对通过半径较小的曲线时,由于曲线轨道的外轨道比内轨道长,所以轮对轨道需要在内轨道上滑动才能平稳运行,这通常会导致轨道的垂直磨损。为了保证列车通过曲线轨道时能够减少垂直磨损,必须严格设计轨道的曲线半径,如轨道的曲线m,以减少磨损;乘用车轨道曲线m,以避免轨道内侧竖向磨损,降低轨道压力块或接头块。

  由于列车运行时曲线内外的距离差,往往会造成曲线轨侧磨,尤其是外轨侧磨更为严重。列车运行时,轮缘对外轨的压力较大,轮轨摩擦较大。

  列车通过小半径曲线时,轮对的扭转共振产生交变纵向力,导致轮对与钢轨之间发生纵向滑动和波状磨损。钢轨的波磨损还与小半径曲线的曲率以及轮轨的粘着状态有关。波浪磨损的具体过程如下:当列车通过小半径曲线轨道时,由于车轮碰撞角的变化,轮轨的纵向剪切力超过轮轨,轮轨与轮轨之间的纵向滑动产生波谷,滑动后的累计能量被释放,减少轮轨磨损,产生波峰。重复胶粘滑动时,轨面会产生波浪形磨损。

  铁路弯道上钢轨磨损的原因受多种因素的影响。根本原因是钢轨承受着来自车轮的力,导致曲线外轨的横向磨损和纵向磨损。根据力和反作用力的原理,弯曲轨道必须提供与弯曲外轨道垂直研磨和侧向研磨的离心力和重力相反的力。综上所述,弯曲钢轨的磨损主要是由于钢轨应力角的减小引起的。对现场的实际应用主要包括以下几个方面。

  钢轨位置不正确是造成钢轨磨损的主要原因。钢轨位置不正确,内外钢轨受力不均匀,会造成钢轨偏置,列车运行不稳定,额外的力撞击钢轨,从而加速钢轨表面磨损。

  (1)超高度不适合。过高或过大或过小都会造成钢轨偏斜和轮轨接触异常。如果钢轨高度过高,列车的重量会向内轨偏移,增加内轨的垂直磨损,造成滚动。列车的外轮靠外轨运行,不利于外轨的横向磨损。因此,不应采用超标高,否则会使轨道内外产生偏心载荷,轮轨接触异常,加重轨道磨损。

  (2)钢轨轨底坡不正确。钢轨底坡的大小对轮轨几何点的位置和轮轨与钢轨之间的应力有明显的影响,进而影响弯曲钢轨头的磨损。钢轨底坡不合适。钢轨顶面与车轮踏面不一致。钢轨顶面的偏心压力会加速钢轨的磨损。弯曲导轨的外长和内长均较短,不能满足轮轨应力关系的要求。曲线内侧的钢轨与车轮的接触面不在钢轨轴线上,而在钢轨外侧,对钢轨的受力不合理。当外轨的滚转半径大于内轨的滚转半径时,转向架可以顺利通过弯轨,减少车轮与钢轨之间的摩擦距离。改变钢轨底坡就是通过调整钢轨顶坡改变轮轨接触点,有利于轮对曲线或蠕变引导的轮对曲线,从而减小轮轨之间的导向力。实际上,可以在曲线上的钢轨上增加钢轨底坡,以减少钢轨的侧面磨损。

  通过砂轮在钢轨顶面形成的光带位置判断钢轨底坡的设置是否合理。若光带偏离轨道顶部中心,则底部斜坡设置不足。如果光条偏离轨道顶部的中心,则底部坡度设置过大。

  (1)轨距超限。由于轨距超限,轮轨内部连接差,阻力增大,车辆失稳,侧向力增大,导向力和冲击角增大,导致行驶车辆滚动,钢轨磨损。

  (2)过渡曲线没有足够的超高下降距离。由于地形的限制,过渡曲线的长度不能满足沿边坡递减速度的要求,过渡速度过大。

  (3)方向不圆顺。为了使轨道移动方便,轨道经常向上拉,使误差集中在过渡曲线的头部,导致曲线头部和曲线方向不光滑。当列车通过曲线轨道时,由于导向力和碰撞角的不同,横向磨损对曲线轨道的影响也不同。理论计算表明,弯曲轨道法向量的变化与导引力和碰撞角成正比。如果曲线钢轨鹅头的形状或方向不光滑,列车就会摇晃,加速钢轨的磨损。

  (4)轨道床、压实差、线路上有三角坑、暗坑等病害或线路泥、线路质量的变化都会加速钢轨磨损。

  (5)曲线在坡道上,坡度较差,机车和车辆在各种力作用下的轨道磨损会增加。

  (1)钢轨本身硬度不够或钢轨维修不及时。钢轨接头低,弯曲硬,增加了车轮对钢轨的冲击力。

  (2)防滑设备、枕木、接插件数量不足或无效,固定钢轨不稳定也会加剧钢轨磨损。

  (3)曲线轨道下轨头坍塌的主要原因是轨道轮接触点接触应力过大,磨损的车轮踏面边缘出现半径小的反向法兰。

  (4)钢轨波磨是由经过小半径曲线的轮对粘滑效应造成的。钢轨材料对钢轨波磨的形成和发展有很大的影响。

  (5)过载。轨头损伤几乎都是疲劳损伤,主要是超载引起的。即使重载货运列车的速度不高,对轨道的损害也比普通高速列车大。我公司主要负责煤炭及其配套产品的装卸运输。自己的电车超载增加了,钢轨损坏也增加了。

  (6)机车车辆保养不及时,造成机车车辆轮对尺寸超过限制,轮胎和车轮中心因周长不同或轮毂磨损而偏心。车轮踏面会增加对钢轨的冲击,从而增加钢轨的磨损。

  为了减小钢轨与轮对之间的磨损,需要减小钢轨与轮对之间的摩擦系数。因此,可以在轨道和车轮之间添加润滑材料,在轨道和车轮之间形成油膜,避免金属之间的直接接触。将机车涂装与手工涂装相结合,小半径曲线每周干涂两次。涂层后几乎没有轨屑,但未涂层的轨道通过列车后可以清晰地看到一层轨屑。估计涂油后的钢轨使用寿命将延长2倍以上。因此,在钢轨边缘涂油是降低钢轨磨损的一种经济有效的方法。

  钢轨接触几何是通过磨削建立的接触应力与轧制半径差之间的最佳平衡。首先,降低了钢轨表面的疲劳率;另外,减少轨头一侧和曲线边缘的磨损。对于外轨,在磨轨头后,加大外轮的滚动半径。对于内轨,滚动磨轨后减小内轮半径,从而增大内轮与外轮滚动半径的差值,提高轮对的自导向性能,减少轮缘与轨的磨损。外轨内侧抛光,避免车轮与弧部接触,改善车轮与钢轨接触状态,减少钢轨磨损。

  在铁路的实际运行中,有关部门的主管单位应当根据弯道钢轨磨损小的原因开展防治工作,提高钢轨的使用性能和质量安全。做好铁路养护工作,促进地方铁路高效、安全、舒适、可靠发展。