鄢世林

（成都鐵路局重慶職工培訓基地，工程師，重慶 400030）

列車脫軌是一項長期困擾鐵路行車安全的難題。列車脫軌后因強大的慣性，脫軌車輛被繼續(xù)拖行或顛覆，致使車輛和線路遭到嚴重毀壞，事故現(xiàn)場混亂、復雜，加之開通線路是第一要務，救援起復工作爭分奪秒，留給事故調查的空間和時間非常有限，因此，對產生事故的真正原因很難得到全面系統(tǒng)的分析。歷年來，分析事故多用“排除法”，即對機車是否超速、貨物裝載是否超載或偏載、車輛旁承是否壓死等進行逐項排除。這些原因要么很直觀、很簡單；要么因為脫軌車輛已遭到破壞，已無法檢查出車輛的偏載和旁承的間隙。剩下的只有工務部門了，定責手段就是對脫軌地點前后一定長度范圍（2007年7月前為100 m）的線路設備進行檢查，在如此寬闊的范圍內，只要有一處超過臨時補修容許偏差管理值，工務部門就難逃其責。在列車脫軌事故中，工務部門往往顯得很無奈。

列車經過很長線路的運行均未脫軌，而恰好在某處線路脫軌，確實說明該處線路可能有問題；但是該處線路通過了許多列車均未發(fā)生脫軌事故，唯獨該趟列車脫軌，又可能說明該趟列車有問題。事實表明，列車脫軌事故的產生是各種不利因素綜合作用的結果。為此，必須對影響脫軌系數(shù)的因素進行分析，以便針對性地采取措施。

1 曲線脫軌分析

列車脫軌一般有以下特點：一是在直線上列車脫軌的情況極少，列車脫軌基本上發(fā)生在圓曲線和緩和曲線上，其中在小半徑曲線（R≤300 m）脫軌占整個脫軌事故的80%以上。二是脫軌車型多為平車、敞車和重心較高抗扭曲剛度較大的車輛，尤其空車居多。為此，首先應重點對曲線脫軌因素進行分析，且分析時應從輪軌之間的相互作用入手。

1.1 曲線脫軌條件與脫軌系數(shù)

1.1.1 曲線脫軌條件 當車輪輪緣貼靠曲線鋼軌且輪軌一點接觸時，車輪處于脫軌的臨界狀態(tài)，此時橫向導向力Y 與車輪荷載Q 均作用在此點上。如圖1所示。

圖1 輪軌作用力分析圖

車輪能否脫軌，要根據(jù)輪軌間的受力情況而定。通過輪緣與鋼軌接觸點并沿輪緣傾角線作基準線AB，若車輪在力的作用下沿AB 線上爬，必然使另一側車輪落下軌面造成車輪曲線脫軌。若車輪在力的作用下沿AB線下滑，由于軌頂?shù)闹巫饔眉傲硪粋溶囕嗇喚壍捻斖谱饔?，車輪就不會脫軌。因此，進行脫軌分析時，首先應分析各種力在AB線上分力的關系，以確定脫軌條件是否成立。

由圖1 可知，在輪軌之間的AB 滑動面上，可把橫向力Y 和垂直輪重Q 分別分解成垂于AB 線的正壓力和沿AB線的滑動力。根據(jù)力的平衡條件，要使車輪不沿AB線爬上鋼軌造成脫軌，就必須滿足下述條件：

Qsinβ-Ycosβ≥μ（Ysinβ+Qcosβ）

把上式進行適當變換后，車輪不脫軌的條件就成為

式中：Y為曲線軌道承受的橫向力；

Q為垂直輪重；

ū為輪軌間的摩擦系數(shù)

β為車輪輪緣傾角，我國機車車輪β=70°，車輛車輪β=65°～68°。

1.1.2 脫軌系數(shù)及臨界值 由式（2）可知，只要脫軌系數(shù)Y/Q小于或等于其臨界限值K，車輛就不會在曲線脫軌。因此在研究曲線脫軌的原因與機理時，要對影響曲線脫軌的Y、Q、K這3種因素進行分析。

1.2 造成曲線脫軌的因素

1.2.1 橫向力Y 橫向力Y 與行車速度、曲線半徑、轉向架結構狀態(tài)和曲線超高設置有關。

1）曲線半徑。曲線半徑越小，橫向力Y就越大，因此小半徑曲線列車脫軌的機率要大于大半徑曲線。當曲線不圓順時，意味著曲線上有的處所半徑變大，有的處所半徑變小。半徑變小的曲線處橫向力Y就會增大，必然會增加該處列車脫軌的危險。

2）列車運行超速。當列車運行速度超過機車車輛和線路容許值時，使列車的蛇形運動加劇，橫向力Y 值增大。特別是施工慢行地段，當速度超過一定值時，易使軌距發(fā)生變化造成脫軌。

3）轉向架結構狀態(tài)。轉向架的結構狀態(tài)不同其橫向力Y 也不同。為避免車輛嚴重側傾，在車輛兩側車體與轉向架上裝有上下旁承。正常情況下上下旁承間應有空隙，靜態(tài)空隙最小不少于4 mm，車輛運行時允許為2～20 mm。上下旁承之間無間隙時稱為“旁承壓死”。當車輛由于偏載或狀態(tài)不良使其旁承壓死時，車體與轉向架剛性結合，車輛轉向不靈活，在惡劣條件耦合時，不能轉動自如地通過曲線，極易造成輪對脫軌。

4）風力。在風力較大地區(qū)，當風力正吹向曲線外側時，就會加大Y值。

5）曲線超高。曲線原有超高不恰當，即曲線存在欠超高或過超高時也會影響Y 值，同時也影響垂直輪重Q，因此，對脫軌系數(shù)Y/Q的影響不大。例如當曲線欠超高時，橫向力Y增大，但同時外軌承受的垂直輪重Q也增加，因而脫軌系數(shù)Y/Q變化不大；當曲線過超高時Y 和Q 都減小，Y/Q 值變化也不大，但要注意車輪減載帶來的危險。英國鐵路曾在曲線上有意造成225 mm、260 mm 和300 mm 的欠超高并測定脫軌系數(shù)Y/Q 的數(shù)值，結果上述3 種欠超高下的Y/Q 值均未超過限值。而美國鐵路則進行過“過超高值”的試驗，當曲線過超高為127～178 mm 時，發(fā)現(xiàn)車廂翻滾使車輛旁承一側壓死，造成車輪減載嚴重。而當過超高達381～419 mm 時車輛傾覆。因此，列車在曲線上運行時，欠、過超高嚴重并未增加脫軌系數(shù)，但會使車輪嚴重減載，存在脫軌危險。

1.2.2 垂直輪重Q 當列車在曲線上運行時，若貨物向車輛后端或向曲線里側偏載，將會使前轉向架第一軸外輪減載，脫軌系數(shù)Y/Q 加大，增加脫軌危險性。若偏載嚴重致使車輛旁承壓死，轉向架不能自由回轉，還會使Y值增大，更易導致曲線脫軌。

由脫軌條件可知，輪重Q 減小將使脫軌系數(shù)加大，增加脫軌危險。造成車輪減載的主要因素有：

1）車輛貨物偏心裝載。如果裝載貨物重心偏離車輛縱中心線的距離過大時，車輛一側負荷過重，就有可能壓死一側旁承，影響車輛轉向架通過曲線的轉向，而另一側車輪嚴重減載，脫軌系數(shù)和輪重減載率大大增加，最終導致列車脫軌。

2）貨物裝載超限。貨物超載增大了列車運行過程中輪軌間的橫向沖擊力，增加了脫軌概率。容易超載的主要是散裝貨物，這是由于多數(shù)車站沒有稱重計量設備，裝載散堆裝貨物依靠原始的以裝載高度算體積，然后乘密度確定重量的方法。這種方法受客觀條件的影響較大，如鐵礦粉因含鐵量的不同，以及不同選礦廠處理后含水率的不同，都會給貨物密度造成較大影響。與此同時，鐵路運營車輛的車體變形、側板外漲等常見因素的存在，如果仍按裝載高度來計算貨物重量，將造成貨物超載。

3）貨物裝載加固不良。裝車站未嚴格按裝載加固方案裝車造成貨物裝載加固不良，以致貨物在列車在運行中受到外力的影響，發(fā)生竄動、移位，造成貨物偏載或倒塌、墜落，導致列車脫軌。

4）線路中存在超限“三角坑”時，一個轉向架的4個車輪中有3個車輪正常壓緊鋼軌，另一個形成減載或懸空。如果恰好在這個車輪上出現(xiàn)較大的橫向力，將引起脫軌事故。

5）緩和曲線處車輪減載。當轉向架駛出圓曲線進入緩和曲線時，在圓緩（YH）點附近轉向架前軸外輪將浮起，造成外輪減載（見圖2）。當轉向架全部輪對都處于緩和曲線上時，則浮起車輪不再是前軸外輪，而是后軸內輪，造成后軸外輪減載（見圖3）。

圖2 轉向架駛出圓曲線進入緩和曲線時

圖3 轉向架全部輪對都處于緩和曲線上時

2 防止列車曲線脫軌的技術措施

如前所述，列車在曲線上脫軌是各種不利因素綜合作用的結果。因此，在采取防止曲線脫軌的技術措施中也應全面考慮。

2.1 鋼軌涂油 從影響脫軌系數(shù)臨界值K 的因素分析，由式（1）可知，為減少曲線脫軌的可能性，不但應減少Y 值，加大Q 值，而且應注意加大K 值。K 值越大，則越不易脫軌。由K的定義可知

K是輪軌摩擦系數(shù)μ和輪緣傾角β的函數(shù)，可從μ和β 這2 方面來分析影響K 值的因素。輪軌間的摩擦系數(shù)μ值越小，脫軌系數(shù)的臨界值K 值就越大，就越不易發(fā)生曲線脫軌事故。因此，曲線鋼軌涂油減少其摩擦系數(shù)，不但可以減輕輪軌的磨損病害，而且可明顯減少曲線脫軌的危險性，有利于行車安全。

2.1.1 安裝機車曲線涂油器 條件許可時應安裝機車曲線涂油器，減少輪軌摩擦系數(shù)，減緩曲線脫軌危險性。

2.1.2 人工涂油 小半徑曲線上若機車不涂油，工務部門要組織人工進行涂油，以減少輪軌間的摩擦系數(shù)。

2.2 機車車輛方面應采取的防范措施

2.2.1 平穩(wěn)操縱列車 司機應熟悉所牽引區(qū)段的線路平縱斷面情況，嚴格按標準控制速度，提高平穩(wěn)操縱技能，盡量減少緊急制動，特別是曲線區(qū)段。當列車行駛在下坡曲線上，各種條件都出現(xiàn)不利情況但尚未造成曲線脫軌時，若司機進行緊急制動剎車，列車往往會脫軌，特別當列車中部掛有空車和小車時，更易出現(xiàn)脫軌事故。因為這時會出現(xiàn)所謂“前堵后擁”現(xiàn)象，造成車輪減載和外軌輪軌橫向作用力增加（見圖4 所示）。因此，列車司機的正確操作對預防列車曲線脫軌也是至關重要的。

圖4 列車在曲線或下坡緊急制動而出現(xiàn)“前堵后擁”

2.2.2 加強機車車輛走行部的維護 加強機車車輛走行部的檢查與維修養(yǎng)護，保持轉向架的良好狀態(tài)，杜絕貨車在正常裝載情況下旁承壓死的現(xiàn)象。

2.3 運輸部門應采取的防范措施

2.3.1 杜絕貨物嚴重偏心裝載貨物裝載應按《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》“貨物重心縱方向位移時，每個車輛轉向架所承受的貨物重量不得超過貨車標記載重量的二分之一，并且2個轉向架承受重量之差不得大于10 t；車輛橫向偏載時，貨物重心偏離車輛中心線的距離≤100 mm?！钡囊笱b車。

2.3.2 合理進行列車編組 進行列車編組時，避免1 輛空車的前后均為成組重車和列車尾部掛1 輛空車的情況；回送的長大貨物空車（基本記號為D）必須掛于列車尾部5輛之內；長車（換長≥1.7）必須成組，禁止長車夾短車。其目的是防止列車運行中互相發(fā)生嚴重沖撞。

2.4 工務部門應采取的防范措施

2.4.1 正確設置緩和曲線的超高順坡 通常情況緩和曲線的超高順坡率i≤1‰，困難條件下也應使i≤2‰。

2.4.2 保持線路良好的幾何狀態(tài) 對線路“三角坑”超限處所及時處理。

2.5 細化脫軌事故地點的檢查測量范圍

2.5.1 明確脫軌地點的線路設備檢測范圍 《鐵路交通事故調查處理規(guī)則》第三十七條規(guī)定：“脫軌事故發(fā)生后，應對事故地點前后一定范圍內的線路設備進行檢查測量”。作者認為，“一定范圍”是一個無起止界限的范圍，可以一直檢查到軌道有超過臨時補修容許偏差管理值的地方為止，只要列車脫軌，工務部門都會擔責，這對工務部門有失公平、公正。

2.5.2 細化涉及事故的機車車輛檢測范圍 《鐵路交通事故調查處理規(guī)則》第三十七條規(guī)定：“脫軌事故發(fā)生后，對脫軌列車中有關的機車車輛進行檢查測量”。作者經歷過多起列車脫軌事故搶險救援工作，脫軌后的機車車輛一般都遭到了破壞，難以進行檢查測量。這也應該像檢查線路設備那樣，檢查脫軌車輛前后一定范圍（10個車輛）貨物裝載和列車編組情況等，以此作為定責依據(jù)，只有這樣才顯出公平，才能讓各個部門切實加強安全生產的責任心。

3 結束語

在曲線地段造成列車脫軌的原因很多，防范列車脫軌需要機務、車務、工務、電務、車輛相關部門抓好日常安全基礎工作，要不斷提高職工的業(yè)務素質和工作責任心；另一方面，要進一步提高設備質量和裝備水平，充分發(fā)揮設備保安全的作用。