毛 帥，韓清強(qiáng)

(1．中國(guó)鐵道科學(xué)研究院研究生部，北京 100081;2．上海鐵路局阜陽工務(wù)段，安徽阜陽 236000)

在《鐵路線路修理規(guī)則》［1］第3.6.1條中，對(duì)小半徑曲線保持軌距的強(qiáng)化措施提出了要求，其中對(duì)混凝土枕地段提出安裝軌距拉桿、軌撐或采用保持軌距能力較強(qiáng)的彈性扣件。規(guī)定對(duì)于已安裝彈性扣件的線路，可以不安裝軌距拉桿和軌撐;而對(duì)R≤450 m的曲線，每25 m鋼軌安裝10根軌距拉桿，以上規(guī)定對(duì)軌距拉桿在特定地段的安裝方式?jīng)]有具體規(guī)定。本文就運(yùn)營(yíng)小半徑曲線線路上安裝軌距拉桿進(jìn)行強(qiáng)化的效果和安裝的間距進(jìn)行研究。

1 小半徑曲線

阜北環(huán)到線是阜陽北站4場(chǎng)與1場(chǎng)間重要的聯(lián)絡(luò)線，運(yùn)量大;京九下行客車聯(lián)絡(luò)線是阜陽站連接京九線下行的客車徑入線。兩條線的軌道結(jié)構(gòu):鋼軌均為60 kg/m，長(zhǎng)25 m，普通線路，ω型彈條扣件，Ⅱ型混凝土枕(橋上帶護(hù)軌)，道床鋪設(shè)Ⅰ級(jí)優(yōu)質(zhì)道砟。兩線均為電氣化線路。側(cè)磨軌軌源均采用直線地段下道軌。兩條線路上分別有1條半徑為350 m(V允許=60 km/h)和400 m(V允許=75 km/h)的曲線，側(cè)磨特點(diǎn)是在每根25 m鋼軌的中部磨耗最大，長(zhǎng)度為0.5～3.0 m，然后從中部往兩端遞減，在接頭處達(dá)到最小，尤其以橋上線路更為明顯，見圖1。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，這兩條線路的結(jié)構(gòu)狀態(tài)滿足相關(guān)要求。但是由于軌距拉桿安裝不合理，使鋼軌產(chǎn)生了不均勻側(cè)磨，并引起橫向動(dòng)作用力。

圖1 曲線上股同根鋼軌端部與中部不均勻側(cè)磨對(duì)比

2 小半徑曲線不均勻側(cè)磨減磨措施

2.1 普通線路曲上股輪軌接觸狀態(tài)分析

車輛在曲線軌道運(yùn)行過程中，由于軌道游間的存在，有強(qiáng)制內(nèi)接、自由內(nèi)接、楔形內(nèi)接3種幾何內(nèi)接方式［2］。這些內(nèi)接方式有一個(gè)共性是轉(zhuǎn)向架外側(cè)最前位輪緣都與外軌軌距線接觸，形成輪軌間的兩點(diǎn)式接觸。同時(shí)，設(shè)置曲線超高時(shí)平均速度的選擇以及曲線半徑的大小都直接影響輪軌間的相互作用。橫向動(dòng)作用力的大小也直接影響輪軌間磨耗，特別是當(dāng)列車低速通過小半徑曲線地段時(shí)，車輛以強(qiáng)制內(nèi)接形式通過。對(duì)于同一轉(zhuǎn)向架來說，后輪內(nèi)側(cè)輪緣緊貼內(nèi)軌而前輪外側(cè)輪緣緊貼外軌，這是小半徑曲線地段外軌發(fā)生嚴(yán)重側(cè)磨的主要原因［3-4］。

普通線路上，曲線上股接頭處由于夾板剛度的強(qiáng)化，局部橫向剛度較大，向外的傾斜幅度較小，輪軌間的接觸壓力較小，側(cè)磨量就較小。而在每根鋼軌的中部，橫向剛度相對(duì)較弱，向外的傾斜幅度較大，且局部曲線半徑被減小，鋼軌與輪緣的接觸面增加，磨耗量相對(duì)接頭處要大得多。

目前常用來減磨的措施中，鋼軌潤(rùn)滑可以減小軌距角磨損，鋼軌打磨可以優(yōu)化鋼軌踏面形狀，研究新鋼軌與輪對(duì)接觸狀態(tài)可以同時(shí)降低接觸壓力與滑移系數(shù)。而對(duì)于普通線路小半徑曲線鋼軌不均勻側(cè)磨的產(chǎn)生是在材料系數(shù)基本相同的前提下發(fā)生的，只能與軌道條件的變化所引起的輪軌接觸壓力和滑移系數(shù)變化有關(guān)。

2.2 側(cè)磨原因分析

阜北環(huán)到線K2+305小半徑曲線側(cè)磨軌于2012年更換，使用 10個(gè)月圓曲線橋上鋼軌平均側(cè)磨量14.6 mm，平均側(cè)磨速率1.5 mm/月，嚴(yán)重處最大側(cè)磨量達(dá)到18.4 mm，已經(jīng)接近重傷，見圖2。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析，管理單位對(duì)安裝軌距拉桿等強(qiáng)化措施管理不到位，失效后沒整修，造成當(dāng)前軌距拉桿安裝零散，部分地段沒有強(qiáng)化措施。

其次，同為圓曲線地段，路基地段平均側(cè)磨量11.7 mm，橋梁地段平均側(cè)磨量14.6 mm。機(jī)車車輛在小半徑曲線上時(shí)，雖然橋上曲線輪軌橫向相互作用力的作用機(jī)理與路基上相似，但橋上軌道橫向剛度相對(duì)較小，車輛通過時(shí)與輪軌間的相互作用時(shí)間更長(zhǎng)，滑移系數(shù)更大，使得輪對(duì)踏面與鋼軌軌距角部位的接觸角度更大［5］。因此，橋上曲上股鋼軌中部的側(cè)磨較路基上更明顯。

2.3 軌距拉桿強(qiáng)化措施

普通線路接頭處的剛度較大，為減小由于剛度不均勻而產(chǎn)生的作用力，需要對(duì)接頭前后的橫向剛度進(jìn)行適當(dāng)強(qiáng)化，以提高軌道整體的剛度。在每25 m軌上加密的拉桿數(shù)量(即提高軌道剛度的點(diǎn)數(shù)量)還要與軌道在車輛動(dòng)力作用下所必須的柔性一致，而增加軌道剛度點(diǎn)數(shù)量的多少與曲線的半徑、機(jī)車轉(zhuǎn)向架型號(hào)以及線路設(shè)計(jì)速度等有關(guān)。適度地增設(shè)軌距拉桿對(duì)提高線路的穩(wěn)定性與橫向剛度、減緩曲線的側(cè)磨，效果顯著［6］。

為使路基與橋梁結(jié)合部位軌道剛度平順過渡，應(yīng)對(duì)橋梁順車輛運(yùn)行方向最初一定長(zhǎng)度(如一根標(biāo)準(zhǔn)軌長(zhǎng)度)的鋼軌進(jìn)行重點(diǎn)強(qiáng)化，如小半徑曲線路基段拉桿數(shù)量為6根/25 m，橋梁上應(yīng)為8根/25 m，過渡段應(yīng)達(dá)到10根/25 m，見圖3。

在每一根鋼軌上安裝軌距拉桿時(shí)，建議采用不等距安裝方式，即軌距拉桿間的間距從接頭處往中部逐步縮小，在接頭處不安裝。每25m安裝6根軌距拉桿的安裝方式見圖4。

軌距拉桿這樣分層次不等距安裝，可以使車輛盡可能平順地從橫向剛度較大的路基地段過渡到橫向剛度較小的橋梁地段，從而減少不均勻側(cè)磨的產(chǎn)生速率［7］。

2.4 減磨效果

在2013年3月份對(duì)阜北環(huán)到線K2+305曲線的側(cè)磨嚴(yán)重地段更換鋼軌前，對(duì)整條曲線的線型、車輛運(yùn)行速度等全面調(diào)查后，確定了采用軌距拉桿分層次強(qiáng)化方案。即在圓曲線路基地段6根/25 m，過渡地段(橋上第1個(gè)25 m鋼軌)10根/25 m，橋上其它圓曲線地段8根/25 m，在兩端緩和曲線連接圓曲線部分適當(dāng)長(zhǎng)度每25 m安裝4根軌距拉桿作為剛度的緩沖。具體見表1。安裝時(shí)，每根鋼軌采用不等距安裝方式。

經(jīng)過7個(gè)多月的跟蹤觀測(cè)，強(qiáng)化后的曲線不但增長(zhǎng)了軌距擋板等線路設(shè)備的使用壽命，而且對(duì)鋼軌不均勻側(cè)磨有了一定程度的改善，其中路基圓曲線地段平均側(cè)磨量7.6mm，平均側(cè)磨速率由強(qiáng)化前的1.17 mm/月降至 1.09 mm/月，側(cè)磨速率減小了6.8%;尤其是橋上圓曲線地段平均側(cè)磨量9.1 mm，平均側(cè)磨速率由強(qiáng)化前的1.46 mm/月降至1.30 mm/月，側(cè)磨速率減小了10.9%，最大側(cè)磨量為10.9 mm。

表1 阜北環(huán)到線K2+305曲線軌距拉桿強(qiáng)化方案

3 結(jié)論

1)在普通線路小半徑曲線上，采用軌距拉桿進(jìn)行合理強(qiáng)化，不但能夠保持動(dòng)態(tài)軌距的穩(wěn)定，增長(zhǎng)軌距擋板等線路設(shè)備的使用壽命，而且可以減小側(cè)磨速率。尤其在橋梁上，可有效改善曲上股的不均勻側(cè)磨。

2)對(duì)普通線路曲線進(jìn)行強(qiáng)化時(shí)，軌距拉桿的數(shù)量要根據(jù)地段與線型的不同進(jìn)行合理調(diào)整，分層次不等距安裝可使車輛在軌道不同區(qū)段運(yùn)行時(shí)整體剛度均勻，從而減少輪軌間額外的動(dòng)作用力，有效減緩鋼軌磨耗。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部．鐵運(yùn)［2006］146號(hào) 鐵路線路修理規(guī)則［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2006．

［2］李成輝．鐵路軌道［M］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2010．

［3］王開云，翟婉明，劉建新，等．提速列車與曲線軌道的橫向相互動(dòng)力作用研究［J］．中國(guó)鐵道科學(xué)，2005，26(6):38-43．

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［7］王小韜．軌道過渡段動(dòng)不平順分析［D］．成都:西南交通大學(xué)，2007．