重载铁路小半径曲线地段钢轨波磨数值分析

重载铁路小半径曲线轮轨磨耗影响因素与减磨措施分析作者：陈凯来源：《海峡科技与产业》 2018年第6期摘要：为了使重载列车在小半径曲线上行驶时更加平稳和安全，并且减小对车轮和钢轨的磨耗，通过应用动力学仿真软件对重载铁路车辆建立精密的轨道动力学仿真模型。

在仿真模型中通过对个别参数进行变化，从而引起一系列的相关参数的变化。

通过对参数的变化规律进行总结，研究不同轴重火车下曲线半径以及重载铁路曲线超高对轮轨磨耗的影响以及减磨措施。

关键词: 小半径曲线；重载铁路；轮轨磨耗；减磨措施中图分类号：U29 文献标识码：A包神铁路(包头至神东)是国家能源集团铁路网主要干线,也是我国西煤东运战略通道的重要组成部分,近年来,随着我国经济的发展和“一带一路”伟大战略的实施，我国的进出口贸易活动变得越来越频繁，这就对货物的运输能力提出了越来越高的要求。

而在各种不同的运输形式之中，重载铁路运输有着其得天独厚的优势，例如成本更低、运量更大等。

在这种背景条件下，重载铁路运输得到了大力地发展，但是在高速发展的过程中难免会遇到一些问题。

如为了能够运输更多的货物，车辆的轴重变得越来越大，车辆的长度也在不断加长，同时车辆的行驶速度也在不断地加快[1]。

在这种情况下，轮轨磨耗损坏的现象变得越来越频繁。

而且这些现象往往都发生在车辆通过小半径曲线时。

所以，在对曲线的各项参数进行设置时，除了要保证重载火车能够安全而平稳地通过曲线，还要尽可能地减小车轮和钢轨之间的磨耗。

为此，本文利用计算机软件对重载铁路车辆建立了精密的轨道动力学仿真模型，对重载列车通过小半径曲线时的各项参数进行了重点分析，为减小轮轨磨耗提供数据依据。

1 不同轴重火车下曲线半径对轮轨磨耗的影响及减磨措施分析应用计算机软件建立轨道动力学仿真模型，其具体参数见表1。

利用动力学仿真分析软件得到的数据，总结出了以下规律。

当车辆的轴重分别达到25t和30t时，车辆的所有动力学的数据会依次下降。

小半径曲线钢轨磨耗分析及整治措施小半径曲线的换轨周期，主要由上股钢轨的侧面磨耗和波形磨耗来控制。

我国铁路行业小半径曲线上的钢轨有98％是由于侧面磨耗超限而报废的。

对于小半径曲线上的钢轨而言，轮轨的磨耗和损伤十分严重，具体表现在曲线上股钢轨侧磨加剧，导致几何形状发生改变，有效截面减小，影响运营安全。

因此，必须在钢轨磨损达到一定限度时就更换钢轨，以保证列车的运营安全。

严重的钢轨侧面磨耗减少了钢轨的强度，加剧了钢轨的伤损，缩短了钢轨的使用寿命，不仅浪费大量的资金，而且还干扰运营任务的完成。

因此，延长钢轨使用寿命对解决轨道交通因钢轨磨耗而出现报废的问题具有积极意义。

1 曲线钢轨磨损机理钢轨磨耗主要有垂直磨耗、侧面磨耗、鞍型磨耗和波形磨耗（简称波磨）等。

其中影响最大的是钢轨的侧面磨耗和波形磨耗，下面就这两种磨耗机理进行简单阐述。

波磨机理波形磨耗是指钢轨使用后钢轨顶面出现的波形不均匀磨耗。

按其波长分为短波（波纹形磨耗）和长波（波浪形磨耗）两种。

据研究，钢轨波形磨损形成的充要条件是轮轨接触点上的法向力和切向力联合作用结果，使旧钢轨轨头内产生2～7mm深的塑性区，并且在纵向负蠕滑率作用下，塑性区向上向前产生碾压变形基础单波，同时踏面经过不均匀磨耗和压宽，由单波发展成多波，从而导致波形磨损的发生和发展。

在轮轨系统中，影响钢轨波磨形成的因素很多，大致分为两类：一是轮对的扭转粘滑振动的强度，它决定了是否会形成钢轨波磨；二是在车辆运行条件下，钢轨波磨是否会进一步发展，是加速还是减缓波磨的发展，则取决于轨道弹性和阻尼、机车车辆及其走形部构造特性、曲线半径、轮轨间粘着系数及轮轨蠕滑力特性曲线、轨道不平顺等因素(见图1)。

图１波磨示意图侧磨机理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。

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。

地铁小半径曲线钢轨磨耗分析及整治措施摘要:本文结合研究背景及意义，对小半径曲线钢轨磨耗类型进行分析，提出了一些避免发生小半径曲线钢轨磨耗的若干建议供大家参考。

关键词:地铁小半径曲线；钢轨磨耗分析；整治措施在当今社会城市快速发展背下下，汽车也越来越多。

城市中出现了大量的交通堵塞现象，这对城市居民出行生活及城市经济发展带来了很大的冲击和影响。

为了解决目前我国大、中、小规模的交通问题，很多大城市都在大力发展轨道交通网，并对其进行了深入研究。

在整个地铁钢轨中，最易遭受磨耗破坏的是小半径曲线，列车通过其曲线钢轨时，列车通过其自身的巨大惯性作用，将对其形成强烈的撞击，从而导致钢轨变形，引起钢轨横向磨耗和波磨，如果不采取有效的处理方法。

一、研究背景及意义地铁项目以地下为主体，采用了隧道的构造方式，在运行的时候可以搭载更多的乘客，并且因为钢轨的特殊性，它在运行的时候具有很高的正确性，不会造成车流拥堵的情况。

目前，国内很多大城市都在大力发展着，把轨道交通的规划和建设与原来的地面公交系统相结合起来，可以让城市公交变得更为便捷，进而对城市的经济发展起到了积极的推动效果。

在城市轨道地铁建筑施工中，街道、居民楼等诸多原有建筑均会对工程产生不同程度影响，因此，在轨道布设上缺失不了精心的规划设计，无法实现如同地面铁路般的工程设计那样应用到大范围的轨道半径曲线，而是会出现大量的小半径的曲线。

除此之外，在进行地铁钢轨的设计和施工时，还必须要注意与其它的地面公共交通的有效对接，这对钢轨的设计也会产生一定的影响。

因此，在实际规范建设中，钢轨的设计要比地面的常规钢轨要大很多，而且，根据列车行驶的作用，在地铁项目的小半径曲线部位，更易产生强烈的摩擦，从而造成钢轨的损坏。

钢轨是牵引列车运行的主体，它不可避免地要承受着从车轮上传来的载荷，这就导致了车轮与钢轨之间的摩擦力，在这种持续的摩擦力下，钢轨表面会出现一些磨损。

二、小半径曲线钢轨磨耗类型分析（一）小半径曲线钢轨侧磨问题分析对于小半径曲线钢轨而言，最为常见的磨损问题则是侧磨问题，其产生原因是由于钢轨本身的原因。

小半径曲线钢轨磨耗原因分析及整治措施作者：李平辉来源：《中国科技博览》2016年第20期[摘要]通过小半径曲线钢轨磨耗分析，提出相应整改措施。

结合开远工务段曲线磨耗进行了系统的总结、分类和评述，对影响因素和变化规律进行了进一步的探索。

针对开远工务段管内线路钢轨磨耗的现状，提出了预防和整治曲线磨耗的措施。

[关键词]钢轨曲线磨耗曲线钢轨横向水平力中图分类号：U213.23 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）20-0037-02开远工务段所管昆河线为昆明至河口的米轨铁路，简称滇越铁路，滇越铁路建设于1910年，因地理条件、设计技术、设计背景等原因修建的铁路等级较低，全线共463.919km，其中曲线3293个，曲线全长272.204km占全长的58.7%，其中半径小于300m的曲线2791条，占总数量的84.8%，半径不大于100m的曲线1048条，占总数量的31.8%，每年在对曲线进行病害检查、曲线病害诊治方面需要投入大量人力和资金，曲线主要病害有垂磨、侧磨、波纹型钢轨较严重，曲线正矢不良、Ⅱ型混凝土枕扣板断裂较多，Ⅰ型混凝土枕炸裂失效较多等病害，下面主要是针对曲线钢轨磨耗问题进行探讨：一、曲线钢轨磨耗原因分析：（见图1）曲线地段由于车体的蛇形运动和摇摆，车体运行时轮对与钢轨发生相对滑动，形成钢轨的垂直磨耗，钢轨内外股曲线半径不一，列车通过曲线时内股钢轨存在打滑现象，造成曲线波浪形磨耗，在小半径曲线上尤为明显；在曲线地段由钢轨控制列车运行走向改变，列车轮对与钢轨存在一个冲击力，列车曲线运动需要一个向心力，曲线超高设置是按照平均速度设计的，在列车速度大于或小于超高设置时的平均速度时，设置超高后重力分相离心力过大或不足，造成钢轨侧磨。

（1）超高不合适。

由于超高过大或过小都将引起钢轨的偏载和轮轨间的不正常接触，如果超高过大，列车的重量偏载于内股钢轨，会加大内股钢轨垂直磨耗，同时也会增加外股钢轨的侧磨；曲线内、外股钢轨因曲线半径不等、长度不相同，当车轮箍导向车轮轮缘靠外股行走时，可以利用轮缘踏面锥形坡度来弥补一部分，但在后轴上，一般内股轮缘紧贴内股，使内、外股钢轨行程差值相对较大，只有靠外轮沿纵向滑动或内轮向后滑动或打空转来调整，导致外轨的侧向磨耗。

城市轨道交通小半径曲线波磨整治探析摘要：随着我国城市轨道交通建设的重载化、高速化发展，小半径曲线波磨问题日趋严重，不仅引发钢轨低塌、压溃等诸多设备病害，增加维修成本，还对列车行车安全造成威胁，必须予以及时、高效整治。

本文对钢轨波磨进行简要分析，并给出了一些城市轨道交通小半径曲线波磨整治建议，以期对同仁有所助益。

关键词：轨道线路；小半径曲线；波磨；波磨整治随着我国城市轨道交通的大规模提速，钢轨波磨问题日趋严重，尤其是小半径曲线地段，曲线半径越小，钢轨磨耗速率越快。

据不完全统计，当前我国小半径曲线轨道上近98%的钢轨因磨耗超限而报废，对行车安全带来严重影响。

基于此，对既有轨道线路尤其是小半径曲线线路的改造迫在眉睫，广大城市轨道交通工作者们应充分重视小半径曲线波磨整治，积极采取有效措施来较少曲线钢轨波磨，充分保障行车安全，延长设备使用寿命，降低维修工作量，节省经济成本。

一、钢轨波磨分析所谓钢轨波磨，通常认为是钢轨沿着纵向表面所出现的一种似波浪状的、周期性的不平顺现象。

钢轨波磨多发生于小半径曲线的下股钢轨上，波长具有很大的随机性。

结合实践经验和调查结果，不难发现，钢轨波磨易发现于下列轨道线路地段，如表一所示。

表1 钢轨波磨发生地段分析通常认为，小半径曲线波磨主要如下危害：①曲线钢轨波磨地段道床的上部荷载作用增大，道碴粉碎度加剧，容易出现道床脏污、板结、泛白以及翻浆冒泥等现象，道床的弹性、减振吸噪性变差，轨道的几何尺寸保持性较差，轨道线路的清筛周期变短，轨道日常保养工作量增大；②曲线钢轨波磨地段轨枕的上部受力不均匀，轨枕失效速率加快；③曲线钢轨波磨地段联结零件所受作用力增大，联结零件失效速率加快，增大维修成本。

二、某地铁波磨区段概述某地铁一期工程自2008年开通运营近十年，二期工程开通近三年，钢轨左右股工作边呈现出不同程度波磨。

不仅曲线区段，直线地段钢轨也发现波磨痕迹，致使列车经过时有明显震感。

某地铁钢轨波磨主要分布在小半径曲线轨道（半径在600米以下）、进出站直线地段、长大坡道直线地段、车速较高地段、减振类道床和扣件等地段。

重载铁路小半径曲线钢轨磨耗分析摘要本文通过对大准线曲线钢轨磨耗客观原因进行分析，结合具体情况，提出了重载铁路减少小半径曲线地段钢轨磨耗的一些具体办法。

关键词大准铁路；小半径曲线；磨耗大准铁路为I级干线单线电气化铁路，东起大同东站西至准格尔旗薛家湾站，是处于西煤东运北通道上的一条重要运煤专用铁路。

通过近几年的扩能改造施工，年通过总重120Mt，已达到重载铁路标准，沿线通过地段大多属于山区，小半径曲线较多。

随着近两年列车牵引质量和机车轴重不断增加，小半径曲线地段钢轨磨耗速率加大，大大增加了铁路的运输成本。

1 曲线长轨条更换现状自2006年大准线铺设无缝线路以来，全线共有60条曲线由于钢轨磨耗严重进行了更换，其中有59条是半径R≤600m曲线，占更换总数的98.3%；占全线小半径曲线（全线半径R≤600m曲线共87条）总数的67.8%。

其中，有4条曲线已进行两次更换，分别是K19+487—K20+097，半径500m，K24+370—K25+342，半径500m，K25+875—K26+634，半径400m，K78+790—K79+711，半径400m。

2 大准线曲线钢轨磨耗情况分析曲线钢轨磨耗是不可避免的，结合实际情况分别从以下几个方面对钢轨磨耗作出分析。

2.1曲线钢轨磨耗客观原因曲线是轨道结构强度中的薄弱环节，当列车运行进入曲线后，车体受机车牵引，随着贯性向前运行，轨道迫使车辆转弯，这样必然行成车轮冲击轨道，造成轨道变形，车轮和钢轨同时受到磨耗，当离心力和向心力不平衡时，更加剧钢轨的磨耗，导致曲线上股内侧圆弧段至顶面1/3处连续性鱼鳞剥落掉块，下股踏面中部连续麻点，并且发展扩大。

随着磨耗的日益加重，当钢轨状态不能满足列车运行要求时，则必须对曲线钢轨进行更换。

工务段对小半径曲线共先后更换63次，其中有62次是更换的曲线上股，再次证明了曲线上股是钢轨最易磨耗的部位。

2.2大准线曲线钢轨更换时间在更换过得59条小半径曲线中，其中2008年共更换16条，春季更换3条，秋季更换13条；2009年更换32条，春季更换16条，秋季更换15条（有1条是第二次更换）；2010年更换15条，春季更换12条，夏季更换3条（有3条是第二次更换）。

小半径曲线上股钢轨磨耗分析及防治随着社会的进步和发展，铁路运输企业发展的如火如荼，为我国的经济发展起到了重要的推动作用。

但是，在铁路发展的同时，也存在一些问题，其中，铁路运输过程中的小半径曲线上股钢轨磨耗现象给铁路运输的发展造成了不良的影响，甚至威胁到人们的生命安全，因此，文章就针对这个问题，对铁路上的小半径曲线上股钢轨磨耗问题进行重点分析，并结合存在的问题，积极寻找防治之策，以促进铁路运输业的健康运行。

标签：铁路；小半径曲线；上股钢轨；磨耗；对策近年来，随着经济的发展，铁路运输业获得了较快的发展，在发展的过程中，依然存在小半径曲线上股钢轨磨耗的现象，该问题的存在，不仅使轨道的交通安全性受到影响，也使轨道的使用寿命减少，从而使铁路运输管理部门投入大量的资金，造成金属的耗费，增加了成本，阻碍铁路运输业的快速发展，因此，文章分析小半径上股钢轨磨损的原因，并提出相应的防治对策，以提高钢轨的使用寿命。

1 钢轨磨耗1.1 基本情况随着铁路建设规模的不断扩大，铁路上的小半径曲线钢轨磨损现象就逐渐显现出来。

现以图珲线三级铁路为例，图珲线线路长度为56公里，曲线多、56公里内有55条，坡度大，山区小半径曲线350米的有6条；运量大、年货运量可达300万吨以上。

近年来，随着铁路轴重的不断增大和运量不断增加，小半径曲线上股钢轨磨耗现象也越来越严重。

对于铁路线路而言，钢轨是其直接承受来自冲击和车轮荷载的重要构件，经常受到轮轨的共同作用，因此，磨耗的产生也是难以避免的。

其中，小半径曲线钢轨受到各种轮轨应力的作用，更容易造成磨耗问题，钢规磨耗不仅仅是钢轨受损的表面现象，往往带来更为实质的问题，经常受轮轨作用的影响，使钢轨表面的材料出现压溃裂纹，随着时间的推移和轮轨的不断作用，使得压溃裂纹互相贯通，从而和钢轨的表面产生剥离现象，渐渐的被车轮磨掉，这也可称为一个磨耗周期，在此基础上，下一轮周期的压溃裂纹又开始出现，如此接连下去，就会造成钢轨的不合格，进而不得不进行下线处理。