地铁小半径曲线钢轨磨耗的防治措施

- 81 -工艺设备科学大众·Popular Science2019年6月探析地铁小半径曲线钢轨磨耗的防治措施苏州市轨道交通集团有限公司运营分公司 崔振宇摘 要：如今，地铁已经遍及各大城市，成为市民们出行的便捷选择，而相关人员对于地铁的研究和完善也从未停止，力求让地铁的维保工作更加高效，为城市生活带来便捷。然而，调查研究发现，地铁线路中小半径曲线钢轨的磨耗问题，一直是普遍存在的，给地铁系统的工作寿命带来不利影响。文章旨在探寻合理高效的途径、减缓磨耗，从而保证地铁轨道的正常寿命，成为业内人士普遍关注的问题。关键词：地铁小半径曲线；钢轨磨耗；防治措施地铁的线路主要遍布于市区内，因此，设计过程中要充分考虑对周围环境的影响，力求将不利影响降到最低。出于这样的考虑，地铁系统中会使用较大强度的减振措施和隔音措施等，这样设计的轨道，往往采用的是小半径曲线，但会造成严重的磨耗情况。本文将根据对实际案例的研究，从多角度分析地铁小半径曲线钢轨磨耗产生的原因，并给出相关防治措施。1 地铁小半径曲线钢轨磨耗的特点要分析磨耗的特点，首先要了解磨耗是怎样产生的，物理依据是什么。车辆在途经倾斜路段时，车身会向一侧偏斜，该侧受力会相应增大。同理，地铁在行驶过程中，也会出现这样的情况，且在经过曲线时，内侧小半径曲线钢轨会由于向心力的缘故，受到更大的压力，根据物理理论，压力越大，则摩擦力越大，磨耗情况由此产生。磨耗造成的伤损特征主要有以下几点。1.1 侧磨明显由于现实环境条件的客观制约，大部分地铁线路都要采用小半径曲线的模式，且一经运营，各项参数基本都是固定的，这就会使得小半径曲线钢轨长期受到较大磨耗。钢轨侧磨对地铁钢轨的寿命有着关键的影响，通过对以往案例的分析可以发现，很多轨道更换的周期明显比正常情况要短，都是由于钢轨侧磨引起的[1]。比如上海地铁系统中，某线路由于钢轨侧磨的影响，轨道寿命最短也仅有5个多月，这与预期正常的寿命相比，是非常短暂的。钢轨侧磨带来的换轨工程，不仅耗费时间，耽误市民正常出行，还会大幅提高运行成本。1.2 波磨异常由于地铁线路的规划很多都是位于繁华的市区，人流量大、建筑物密集，因此，减振是地铁轨道设计者重点关注的问题。实际操作中，为达到充分的减振效果，钢轨上往往会使用大量减振型扣件，这会对钢轨的强度、稳定性带来一些不利的影响。例如广州地铁某段线路，由于途经市中心，使用了大量减振扣件，运营仅1个月左右，就出现了明显的波磨异常情况，引发了地铁行业的广泛关注。2 地铁小半径曲线钢轨磨耗的具体防治措施2.1 施加保护层施加保护层，使得材料之间无法直接进行接触，是降低摩擦的主要思路。对于地铁钢轨来说，延续这个思路，可以采用在轨道上涂摩擦调节剂等其他润滑物质的方式。根据各地采用涂摩擦调节剂方式后取得的成效来看，涂摩擦调节剂是一个直接有效的方法。数据显示，施加了保护层的小半径曲线路段，与未采取措施的相比，达到同等程度的钢轨侧磨速率降低了70%~80%，且对异常波磨也有一定的阻止作用，效果十分可观。想达到预期的效果，就要严格按照标准进行涂摩擦调节剂操作，控制好摩擦调节剂量。实际操作中，摩擦调节剂量的控制是一项难度较大的工作，剂量太少达不到隔绝效果，磨耗情况依然不能得到有效控制，而过多则影响地铁列车的正常行驶。目前，由于涂摩擦调节剂的方式在我国地铁中属于新兴的手段，操作起来仍不够熟练，尚未得出一套成熟的理论来辅助控制油量，甚至还发生过因摩擦调节剂量过大而造成列车无法及时制动的危险事件。而在国外，很多国家都拥有成熟的技术，能合理控制摩擦调节剂量，并且及时监测轨道上的摩擦调节剂量情况，适时做出调整，因此，我国应当加快对这一领域的研究。2.2 理性选用减振型扣件为了治理振动和噪声，轨道减振已经从特殊措施渐渐转变为常用技术，现场测试和理论分析表明，减振型扣件因其刚度低，往往会致使钢轨产生较大形变，引起钢轨的异常波磨，这一情况已经引起了各方的高度重视。因此，在使用减振型扣件时要综合考虑减振、防磨和经济因素，合理确定其弹性和阻尼，不能一味追求低刚度，应适当采取扣件间距加密等措施[2]。一些地方已经出台了相关政策，规定在一定路段不可使用减振型扣件，这样的做法体现了相关研究人员对减振型扣件不利影响的关注。未来的轨道势必会采用更多创新的设计，跳出传统框架，削弱由减振设计带来的负面影响[3-5]。3 结语地铁作为日渐普及的出行工具，是城市建设中不可忽视的一环，地铁系统的修建和运营，也是需要极大投入的一项工作。地铁小半径曲线钢轨的磨耗问题，将直接压缩地铁轨道的工作寿命，降低地铁的实用意义。探究出科学有效的途径来减缓地铁小半径曲线钢轨地磨耗，是业内人士不懈追求的目标。在新型技术尚未出现的阶段，要达到这个目的，只能从现有的薄弱环节抓起，一一攻克。对钢轨施加有效保护层、设计过程中理性选用减振扣件，是目前最高效的两大途径。[参考文献][1]赵江伟.摩擦自激振动导致地铁小半径曲线钢轨波磨有限元分析及模型研究[D]成都：西南交通大学，2018.[2]赵江伟，赵晓男，陈光雄，等.地铁小半径曲线轨道扣件参数对钢轨波磨的影响[J].铁道标准设计，2018（12）：10-14.[3]陆云.地铁小半径曲线钢轨磨耗的防治措施[J].城市轨道交通研究，2018（1）：68-71.[4]章志平，许一凡.地铁小半径曲线钢轨磨耗分析及整治措施[J].科技与企业，2016（6）：235.[5]李福友.浅析小半径曲线钢轨磨耗的原因与整治措施[J].哈尔滨铁道科技，2012（1）：24-25.

Ｎｏ．１６，２０１０现代商贸工业ＭｏｄｅｒｎＢｕｓｉｎｅｓｓＴｒａｄｅＩｎｄｕｓｔｒｙ２０１０年第１６期

论小半径曲线钢轨磨耗原因及防治

韩冰（辽源矿业（集团）铁路运输公司，吉林辽源１３６２０１）

摘要：针对铁路运输小半径曲线轨道钢轨磨耗严重，危及铁路行车安全的问题。阐述了钢轨磨耗产生的机理，分析了导致铁路曲线钢轨磨耗严重的原因，介绍了相应的防治措施。关键词：力；小半径；曲线钢轨；磨耗；影响；防治措施中图分类号：Ｕ２文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－３１９８（２０１０）１６—０３５５—０２

ｌ前言铁路钢轨在大自然的影响和列车作用下，会因锈蚀、磨耗和伤损到一定程度而不断更换。在曲线轨道，特别是在小半径曲线轨道上，磨耗更为严重。我们辽源矿业集团铁路运输公司始建于１９３１年，钢轨型号复杂，设备陈旧老化，小半径曲线多，坡度大，钢轨磨耗更为严重。在养护维修中，近几年发现二百半径处钢轨磨耗远比其它处严重，表现为踏面磨耗、钢轨飞边、擦伤、剥落掉快和侧面磨耗，尤以侧面磨耗严重，需经常换轨。而换轨大修费用十分昂贵，且浪费工时，人员劳动强度大，成本消耗大。２钢轨磨耗产生的机理和影响因素机车车辆在轨道上运行时，会产生各种复杂地振动，导致复杂地作用与轨道上的荷载，产生各种各样的力。行驶中的机车车辆作业于钢轨上的力是非常复杂的。大体可分为垂直于轨面的竖向力，垂直于钢轨的横向水平力和平行于钢轨的纵向水平力三种。轨道在这些力的作用下，产生各种各样的应力和变形。这些力或由于机车车辆与轨道之间的相互作用，或由于轨道本身温度变化或其它原因而产生，对钢轨产生不同影响。２．１竖向力的影响竖向力是指作用于钢轨的车轮荷载。竖向力包括静轮重和附加动压力两部分，随行车速度的增加而增加，过大可以造成钢轨压溃现象。影响竖向力的主要原因有：（１）车轮踏面因制动或其它原因被擦伤而形成扁瘢。有扁瘢的车轮每转动一周要撞击钢轨一次，产生具有冲击性质的轮载，使动力附加值增加。（２）车轮轮箍和轮心因圆周不同心而形成偏心。有偏心的车轮在行驶过程中对钢轨施加冲击力，犹似蒸汽机车的过量平衡锤一样，使动力附加值增加。（３）机车车辆通过曲线轨道时，因未被平衡的外轨超高而产生的轮载偏载，使一股钢轨上的轮载增加，另一股钢轨上的轮载减小。（４）机车车辆通过钢轨接头时，由于轨缝、错牙和折角的影响而产生的冲击附加力。（５）机车车辆通过轨道不平顺时，由于簧上结构（轮对弹簧装置以上部分）和簧下部分（轮对弹簧装置以下部分）作复杂的空间振动，使作用于轨道上的动轮载有所增加。（６）机车车辆通过钢轨顶面有类似擦伤一样的短波长单独不平顺时，产生与扁瘢车轮完全相同的冲击性轮载，使动力附加值增加。（７）机车车辆通过曲线轨道时，作用于转向架上的横向力，使同一轮对上左右两车轮的轮载偏载。２．２横向水平力的影响横向水平力是指车轮轮缘作用于轨头侧面上的力，是由未被平衡的离心力，线路不平顺及车辆摇摆的动力作用以及转向架、轮轴间相互作用所引起的力。在曲线地段，特别是在小半径曲线地段，横向水平力一般要大出直线地段好几倍。横向水平力受机车车辆、轨道结构类型、曲线半径、轮轨摩擦系数和轨道侧向刚度等众多因素的影响。机车车辆轮缘作用于钢轨上的横向水平力等于车轮通过曲线时的导向力与车轮循转向架转动中心转动时轮轨间摩擦力之差或之和，随车轮的转动方向而定。导向力根据转向架通过曲线时作用于其上的离心力、向心力、摩擦阻力的平衡条件计算求得。横向水平力能使钢轨的侧面磨耗加大．影响横向水平力的主要因素有：（１）机车车辆在方向不平顺的轨道上时（方向错乱，接头死弯，道岔上尖轨、辙岔翼轨和护轨等处所），因车轮轮缘或车轮内侧面冲击钢轨而引起的。（２）机车车辆通过有未被平衡外轨超高的曲线轨道时，因离心力与向心力不能相互抵消而引起的的，能引起外轨或内轨的偏载。（３）机车车辆通过曲线轨道时，因车架或转向架转向，使车轮轮缘作用于钢轨侧面上，这是产生横向水平力的主要原因。２．３纵向水平力的影响产生纵向水平力的主要因素有：轨道纵向爬行时的爬行力，坡道上列车重力的纵向分力，制动力，摩擦纵向力，因轨温变化而在钢轨内部产生的温度力。３产生钢轨磨耗的原因３．１钢轨的位置不正确钢轨的位置不正确是造成钢轨磨耗的主要原因。由于钢轨位置不正确，使里外股钢轨受力不均匀，发生钢轨偏压，列车行车不平稳，产生附加力打击钢轨而加速轨面磨耗。（１）超高度不适合。超高过大或过小都会引起钢轨的偏载和轮轨不正常的接触。超高过大，则列车的重量偏载于里股钢轨，使里股钢轨的垂直磨耗加大，出现碾压现象，同时对外轨的侧面磨耗也不利。超高过小，列车外轮紧贴外轨运行，对钢轨的侧向磨耗也不利。因此说，超高度不适合，就能产生里外股钢轨偏载和轮轨的不正常接触，从而加剧钢轨的磨耗。（２）钢轨轨底坡不正确。钢轨轨底坡不合适使钢轨顶面与车轮踏面不相吻合，钢轨顶面受偏压，会加速钢轨的磨耗。曲线钢轨均是外侧钢轨长，内侧钢轨短，不能满足轮轨受力关系的要求。曲线内侧钢轨和车轮的接触面没有位于钢轨的轴心，而在钢轨外侧，钢轨受力不合理，从而造成内侧钢轨轨面外侧磨耗以及外侧钢轨轨面不均匀磨耗现象。只有当外轨的滚动半径大于内轨的滚动半径时，机车车辆的转向架才能顺利通过曲线钢轨，车轮在与钢轨的滑动摩擦距离得以减少。通常情况下，可以对曲线里股钢轨增大轨底坡，以减缓钢轨侧面磨耗。轨底坡设置是否合理，可根据钢轨顶面上的由车轮碾磨形成的光带位置来判定。若光带偏离轨顶中心向内，说明轨底坡设置不足，若光带偏离轨顶中心向外。说明轨底坡设置过大，若光带偏离轨顶中心居中，说明轨底坡设置合适。

地铁小半径曲线钢轨侧面磨耗分析及整治措施

摘要：列车在轮载作用下不可避免会出现曲线地段的钢轨磨耗问题，研究钢轨曲线磨耗的现状、成因及发展趋势，针对性的提出钢轨的侧面减磨措施，对于提高线路的运行品质，减少养护维修的工作量，保证列车运营安全，具有十分重要的作用。

关键词：侧面磨耗；养护维修；涂油；钢轨打磨

1 前言

地铁运行的全程轨道中小半径曲线段最容易受到磨损危害，当车辆行驶至曲线段时轨道的弯度迫使机车转弯，由于高速行驶的车辆拥有较大的惯性，因此会对曲线段的轨道产生强大的冲击力，当此冲击力过大时就容易使轨道发生形变，同时对轨道造成侧磨的危害，当轨道长期没得到合理的措施就会对轨道的内外轨造成偏载，这就会加剧钢轨的磨损程度，造成车辆行驶的震荡，在严重时甚至会使行车的安全造成威胁。

2 钢轨侧磨分析

钢轨侧磨发生在小半径曲线的外股钢轨上，是目前曲线上伤损的主要类型之一。列车在曲线上运行时，轮轨的摩擦与滑动是造成外轨侧磨的根本原因。当机车车辆在直线轨道上运行时，一般轮轨间仅为一点接触，但列车通过小半径曲线时，外轮缘与外轨的轨距线相互贴靠，产生两点接触现象，并在该点上产生钢轨对车轮的导向力。与此同时，轮轨接触点上的轮对运行方向与轨距线的切线方向形成一个冲角α，轮缘将缘着切线方向对轨头边缘不断削磨，产生侧磨。侧磨的大小可用导向力与冲角的乘积即磨耗因子来表示。因此，导向力和冲角是决定钢轨侧磨大小的两个主要因素。

经过长期对广州地铁小曲线半径路段的跟踪研究发现轨底坡的大小也会影响小半径曲线钢轨发生侧磨的程度，轨底坡角度的不同会直接改变钢轨与车轮的几何接触点，从而改变了轨道的受力大小，因此调节好轨底坡的大小可以有效缓解对钢轨轨头的磨耗。当曲线段钢轨被安置角度超高时，会加重钢轨发生磨损的程度，安置超高的钢轨会降低钢轨对列车冲击力和冲击角的承受程度，直接影响到小半径曲线段轨头的磨耗程度，导致小半径曲线段使用寿命降低。另外，钢轨轨距的大小不合理也会直接导致钢轨侧磨问题的产生，车轮在行驶的过程中与钢轨之间会存在一定的间隙，当轨距调节不合理时，车轮就会相对于线路中心发生偏离，两个车轮就会在钢轨上发生不同形式的摆动，会使车轮在轨道上发生蛇行运动，该种形式的运动会严重破坏车轨的稳定性，当车轨间距过大时甚至会引发列车脱轨事故。

地铁小半径曲线钢轨磨耗分析及整治措施

作者：戴姝婷

来源：《名城绘》2020年第12期

摘要：本文研究的主要目的是在国家交通基础设施网络快速发展的背景下，明确地铁小半径曲线钢轨磨损病害的严重性与整治养护的必要性。通过分析钢轨磨损区域，研究钢轨磨损因素，进而提出相应的整治措施，以提升国家轨道交通建设质量，进而推动国家基础设施完善，提高人民生活水平。此次研究选用的是文献研究法，通过对相应文献的查找，为文章的分析提供一些理论基础。

关键词：地铁;小半径曲线;钢轨磨耗

前言：地铁网络是为城市交通服务的交通网络，受到城市功能分区与原有地下建设工程的影响，在保障轨道交通的安全性减振设计的同时增加了钢轨的磨损压力，使得地铁小半径曲线钢轨的磨耗成为地铁钢轨病害的主要问题。由于我国地铁建设工程起步晚，地铁轨道养护治理的经验与理论尚未形成，亟须总结现有问题并寻找解决方案。因此，本文此次研究的内容和提出的策略对国家轨道交通现代化建设具有理论性意义，对完善城市基础设施、满足人民需要具有现实意义。

1地铁小半径曲线钢轨磨耗原因

地铁钢轨为列车正常运行提供支撑与依托，作为城市交通网络的重要组成部分，地铁轨道铺设环境复杂、运营时间长、列车间隔时间短且在载客数量较为庞大的同时又具有时间差异性，因此在运营过程中，地铁钢轨的磨耗受到多方作用力与环境因素影响。从物理力学角度来看，钢轨的损耗受到轨道半径的影响，越小的轨道半径将为地铁轮对与钢轨之间提供更大的活动空间。另外钢轨的损耗也与钢轨自身的刚度有关，刚度越强的钢轨其结构形变空间与反弹空间就越小，在面对惯性加持的列车时，强大的冲击作用会造成钢轨磨耗，此外为了速度与降噪考虑所使用的低阻尼材料在复杂物理作用下会形成的钢轨波磨，也会造成钢轨磨耗。从运营功能角度来看，钢轨的磨损与所承载列车的速度、间隔、载客量等功能因素相关。地下轨道的专业性较强，基本不存在列车混跑的现象，这种长期专一的运营功能会加剧钢轨波磨与钢轨磨耗。