常曉東

（中國神華神朔鐵路分公司，陜西省神木縣，719316）

神朔鐵路北接包神鐵路、南連神延鐵路、東貫朔黃鐵路，自毛烏素沙漠邊緣的陜西神木縣，途徑陜西、山西兩省七縣 （市），跨越黃河，向東蜿蜒曲折266km 至山西朔州與北同蒲線接軌。神朔線全部為山區(qū)鐵路，自然環(huán)境惡劣，地形地貌復雜，不少地段高山峻嶺相連，峽谷河道不斷。橋隧占線路總延長的近30%，其中橋梁249座，500m 以上特大橋10 座，隧道61 座，最大牽引坡度12‰，最小曲線半徑400 m，是國家I級電氣化重載鐵路，也是我國繼大秦鐵路之后的第二條西煤東運大通道，主要承擔神府、東勝煤田的煤炭外運任務。神朔鐵路示意圖如圖1所示。

圖1 神朔鐵路示意圖

1 試驗背景

自2006 年2 月開始，隨著運量的顯著增長，在神朔鐵路眾多小半徑曲線上發(fā)現日益嚴重的鋼軌磨耗和滾動接觸疲勞 （RCF）傷損。這些鋼軌傷損嚴重影響行車安全，需要采取合理有效的措施，來減緩這些病害的發(fā)生，延長鋼軌的壽命。

摩擦控制技術是將輪軌界面 （軌頂和輪緣部位）的摩擦系數控制在預先設定的水平。大量實驗和實踐已經證明這樣的摩擦水平能夠在不影響列車牽引或制動性能的情況下，達到降低鋼軌磨損和橫向力的最佳效果。在類似于神朔鐵路的線路上，在采用摩擦控制技術后，測試數據表明可實現降低橫向力和降低鋼軌磨損的良好效果。

為了推廣摩擦控制技術在神朔鐵路的使用，量化神朔鐵路上使用軌頂加軌距面摩擦控制的效益，需要選擇曲線地段進行全面摩擦控制試驗并進行對比，同時開展試驗區(qū)段和試驗期間全面評估，以檢驗摩擦控制技術在神朔鐵路的使用效果。

2 試驗計劃

2.1 試驗段情況

摩擦控制試驗段位于大柳塔煤礦至神池南（221km）的線路上。此區(qū)段工況復雜，包含各種坡道 （-12‰至+12‰）和不同半徑曲線 （半徑400m 至5000m）。在此區(qū)間內有192個曲線，曲線總長度達到了90.62km。73%曲線 （131 個曲線，總曲線長66.5km）的半徑小于800m。重車線采用75kg／m 的無縫鋼軌和III混凝土軌枕。

此次試驗設置在重車線上，試驗區(qū)域分為兩段，一段為無摩擦控制的對比段，另一段為使用軌頂和軌距的全面摩擦控制區(qū)段 （簡稱摩控段）。兩個區(qū)段之間有9km 的 “緩沖”距離。對比段和全面摩擦控制段位置見圖2。

圖2 對比段和全面摩擦控制段位置

2.1 曲線地段選擇

試驗段區(qū)段分對比段和摩控段，線路信息如圖3。在這些區(qū)段選擇曲線半徑的時候，按照半徑大小相近、坡度最具有可比性的原則來選取，保證試驗的環(huán)境和線路情況基本相同，以提供有意義且準確的數據對比。對比段和摩擦控制區(qū)段線路信息見圖3。

圖3 對比段和摩擦控制區(qū)段線路信息

根據以上原則，在對比段和磨控段分別選擇了六個曲線作為試驗曲線，為防止摩擦控制劑或者潤滑劑對對比段的影響，對比段設置在磨控段之前。選擇曲線的信息見表1和表2。

表1 對比段 （無TOR／GF）內的曲線信息

實驗將每一條選中的曲線進行更加詳盡的現場調查來確認是否符合試驗所需的條件，并對對比段和摩擦控制段內6個相同類型的曲線進行監(jiān)控。

2.2 涂覆設備

摩擦控制區(qū)段采用14 套軌頂摩擦控制設備（TOR）和6套軌距潤滑設備 （GF），見表3。在每個TOR 安裝地點，將會使用一套Protector?IV TOR 軌頂涂敷器連同2根MC4-TOR ML 涂敷板 （每根鋼軌各安裝一根涂敷板），以提供道旁軌頂摩擦控制。軌距潤滑則會采用Protector?IV GF 軌距涂敷器以及2根MC4-XL的16孔涂覆板（每根鋼軌各安裝一根涂覆板）。每根軌距潤滑涂抹板會加裝GreaseGuide TM 部件以確保潤滑脂轉移到輪緣／涂覆板界面達到最佳效果。所有TOR／GF涂敷器使用360升型儲罐，供電方式可根據現場實際配電情況采用太陽能直流供電或交流供電。

表2 磨控段 （TOR+GF）內的曲線信息

每套軌頂和軌距面Protector?IV 涂敷器都配備一個可以精確調節(jié)摩擦調節(jié)劑和潤滑劑分配量的數字控制器，從而優(yōu)化設備的使用效果。泵送時間可按每0.05秒調節(jié)，泵啟動間隔也可依據通過車軸數量予以調節(jié)。這兩個泵參數的調節(jié)可以使設備產生不同的涂覆率以適應不同的車輛運行情況。

2.3 摩擦控制劑

2.3.1 軌頂摩擦調節(jié)劑

本次試驗將使用兩種摩擦調節(jié)劑產品。

（1）KELTRACK ?道旁貨運夏季型：適用于氣溫≥-6℃。

（2）KELTRACK ?道旁貨運冬季型：適用于氣溫≥-15℃。

試驗區(qū)中使用的TOR Protector IV 軌頂設備的涂敷量設置，在上坡摩擦控制區(qū)段為每通過12軸泵送一次摩擦調節(jié)劑，在下坡摩擦控制區(qū)段為每通過8軸泵送一次摩擦調節(jié)劑。

2.3.2 軌距潤滑脂

本次試驗所用的LBF-FM 鐵路曲線優(yōu)質軌距潤滑脂適合全年氣候。

表3 摩擦控制區(qū)段 （K85～K117）軌頂和軌距涂覆器安裝位置

在全面摩擦控制試驗區(qū)的軌距潤滑GF Protector?設備的油脂涂敷用量，按照每通過16車軸泵送一次潤滑脂來設計。

2.4 數據采集

分別對試驗區(qū)內對比段 （無TOR／GF）和摩控段 （有TOR／GF）的鋼軌磨耗、橫向力以及滾動接觸疲勞增長的降低程度、鋼軌摩擦系數、試驗點例行檢查記錄、以及線路的月通過總重等數據進行對比分析，由此評價使用軌頂和軌距設備后的摩擦控制效果。

（1）鋼軌磨耗。鋼軌磨耗數據使用Greenwood 公司生產的MiniProf鋼軌輪廓曲線儀來測量，根據每個測試曲線長度布置測量點，每個測量點都包含上股和下股兩個位置。試驗過程中將對測量點進行周期性測量。并經過對所有曲線測得的數據進行整理得出每個區(qū)域的平均磨耗率。在試驗之前，將對所有用于鋼軌磨耗監(jiān)測的目標曲線全部更新，以確保最后測量結果的可靠性和準確性。

（2）橫向力測試。橫向力測量設備安裝于摩擦控制試驗區(qū)的K112+391處550m 半徑右旋曲線的中心上，至少需要兩個測試斷面來評測橫向力降低效果。

在選定的曲線位置安裝橫向力測量設備后，需要有一段2～4周間隔的標準基線監(jiān)測期（即：不使用TOR／GF），隨后啟動TOR 和GF設備，持續(xù)監(jiān)測因采用摩擦控制后橫向力降低狀況。記錄的數據進行適當的過濾以區(qū)分首軸、車重、車長等數據，以便利于進行有效的分析。

（3）滾動接觸疲勞。在對比段和摩控段內的每個磨耗測量點使用MiniProf收集鋼軌磨耗數據的同時，檢查鋼軌表面以確定是否有滾動接觸疲勞（RCF）及變化 （例如軌頭開裂，掉塊，剝離等）。所有被監(jiān)測的曲線／鋼軌在試驗前施行廓形打磨。如果打磨無法進行，存在明顯RCF 的鋼軌應該在試驗開始之前進行更換。

若試驗期間，發(fā)現RCF 有變化，采用照相和染料滲透的方法加以記錄?，F場以及附近可能影響輪軌界面的相關設備結構也需要記錄下來。如果可能，將使用SigmaScan圖像分析軟件對數碼圖像進行研究分析，以準確地確定RCF 增長的密度、范圍和構成的變化。

（4）月通過總重。記錄每月通過測試區(qū)間所有列車的總重。

3 實驗預期效果

摩擦控制技術是將鋼軌軌頂和軌距角部位的摩擦系數控制在預先設定的水平。大量的實踐已經證明這樣的摩擦控制，能夠在不影響列車牽引或制動性能的情況下，達到降低鋼軌磨耗和橫向力的效果。此次測試通過對在試驗段與未進行摩擦控制的對比區(qū)段實施全面摩擦管理后的各種潛在效果進行評估比較，量化神朔鐵路上使用軌頂加軌距面摩擦控制的效益。本試驗預期效果是：

（1）外軌的側面磨耗和內軌的垂直磨耗率下降30%～60%；

（2）橫向力降低20%～40%；

（3）延長鋼軌使用壽命30%；

（4）具有顯著的經濟效益和社會效益。

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