無縫線路曲線鋼軌病害原因分析及防治
2015-06-15
1.緒論
長久以來我國鐵路運輸在交通運輸系統(tǒng)中一直占據(jù)重要地位。高速度、重荷載運營是我國鐵路運輸?shù)幕咎攸c。通過提高列車行車速度、縮短發(fā)車間隔、改善設(shè)備承載能力等措施,不斷滿足日益增加的客貨流需求。但同時也加劇了對軌道結(jié)構(gòu)的破壞作用,減少了軌道部件的使用壽命,增加了養(yǎng)護維修成本。
我國地域遼闊，地形復(fù)雜，山區(qū)、丘陵地區(qū)占很大比例。特別是成都鐵路局地處中國西南地區(qū)，管轄鐵路幾乎都是處在山區(qū)、丘陵地帶，曲線較多且半徑較小，曲線成為了日常養(yǎng)護維修中難點，而曲線上直接承接輪對作用的鋼軌，其受力特點決定了鋼軌的損耗和病害的較為容易產(chǎn)生。嚴重的鋼軌病害消弱了鋼軌的強度，縮短了鋼軌的使用壽命，不僅浪費大量的資金，而且還干擾運輸秩序，影響行車安全。因此防治曲線鋼軌病害，減緩鋼軌更換的速率，從而延長鋼軌使用壽命對于我國鐵路具有重大的意義。
2、無縫線路曲線鋼軌主要病害及原因
2.1 主要鋼軌病害情況
鋼軌作為鐵路交通的主要承載部件,直接承受來自列車車輪的反復(fù)作用。在高密度、大荷載和快速的運輸條件下,鋼軌特別是頭部運行表面不可避免地會出現(xiàn)各種傷損。據(jù)統(tǒng)計鋼軌傷損主要包括裂紋、掉塊、光斑、碎裂、剝離、核傷、側(cè)磨和波磨等。其中鋼軌軌面疲勞裂紋、鋼軌波磨、小半徑曲線鋼軌的側(cè)磨和曲線鋼軌下股壓寬是曲線鋼軌傷損的主要類型。
這些鋼軌病害傷損如果處理不當(dāng),不僅會降低乘客乘車舒適度、產(chǎn)生輪軌噪聲、增加列車運行能耗、增加養(yǎng)護維修成本,嚴重的甚至?xí)饠嘬?危及行車安全。因此,必須重視對鐵路線路鋼軌傷損病害的防治和處理。
2.2 鋼軌病害的原因分析
俗話說“看病得對癥下藥”，對鋼軌的病害的防治和處理也得先找出“病癥”，究其原因。下面我們就談?wù)劅o縫線路曲線鋼軌的病害主要類型及原因：
2.2.1鋼軌側(cè)磨、垂磨過快
鋼軌在自然的作用以及列車的運營作用下不可避免地產(chǎn)生銹蝕、磨耗和損傷。但曲線上的鋼軌特別是處于小半徑曲線上的鋼軌，由于存在曲線鋼軌對列車輪對的導(dǎo)向作用，車輪與鋼軌產(chǎn)生相互間的黏著和滑動，輪軌的磨耗和損傷就會產(chǎn)生。當(dāng)離心力和向心力得不到平衡而造成的內(nèi)外軌偏載時，更加劇鋼軌的磨耗。因此就會產(chǎn)生鋼軌上股側(cè)磨過快或下股垂磨嚴重情況，通過長期的觀察研究，曲線鋼軌的不均勻磨耗和磨耗速率過快有下面幾個原因：①磨耗與養(yǎng)護維修有關(guān)，線路狀態(tài)越差磨耗越嚴重。②磨耗與曲線的平順有關(guān)，曲線不平順，磨耗速率增大。③牽引的重量越大，引起曲線磨耗越大。④磨耗與曲線半徑大小有關(guān)，曲線半徑越小，磨耗愈嚴重。⑤磨耗與超高設(shè)置有關(guān)，超高設(shè)置過大或過小，側(cè)磨、垂磨都可能過快。⑥磨耗與車速、坡度有關(guān)。⑦側(cè)磨與鋼軌材質(zhì)有關(guān)。
2.2.2 鋼軌頂面疲勞裂紋
鋼軌接觸疲勞多發(fā)生于曲線上股鋼軌的軌距角、軌頂面以及下股鋼軌的軌頂面。這位置與輪軌接觸較為頻繁，由于強大的車輪荷載使得輪軌接觸區(qū)內(nèi)產(chǎn)生較大的輪軌接觸應(yīng)力。反復(fù)作用在鋼軌上的接觸應(yīng)力,就會引起鋼軌表面或亞表面萌生接觸疲勞裂紋。 在輪對的反復(fù)作用下,軌頭表面下出現(xiàn)微裂紋；當(dāng)裂紋在表面下發(fā)展幾毫米后,幾乎成水平裂紋；當(dāng)裂紋面積達到一定程度后,裂紋頂層在列車車輪碾壓下產(chǎn)生塑性變形,最后斷裂，使軌面出現(xiàn)剝落掉塊，最終影響鋼軌的使用壽命。
2.2.3 鋼軌波磨
鋼軌波磨一般出現(xiàn)在曲線地段，引起鋼軌波磨的原因主要是輪對在鋼軌軌面不平順滾動有關(guān),而機車狀況、軌道不平順、道床處理不徹底、道床厚度不足、臟污、板結(jié)翻漿等因素都會引起輪對運行中扭轉(zhuǎn)振動，造成鋼軌波磨的出現(xiàn)。
2.2.4 曲線下股壓寬
曲線下股壓寬即下股形成所謂的“胖子軌”，在山區(qū)鐵路小半徑曲線上并不少見的。這是由于曲線超高設(shè)置不合理，欠超高較大或下股膠墊壓潰、鐵墊板外口磨耗、使下股鋼軌外翻等情況造成的。
3、無縫線路曲線鋼軌病害的防治措施
3.1建立鋼軌探傷和鋼軌觀測制度
任何病害的產(chǎn)生和發(fā)展都有一定的過程，通過觀測檢查我們可以發(fā)現(xiàn)鋼軌存在的病害問題和嚴重程度，從而為后續(xù)的防治或整治措施提供依據(jù)。所以我們要加強鋼軌的探傷檢查和觀測，形成一個長效的鋼軌探傷和鋼軌觀測機制。
3.1.1加強鋼軌探傷檢查工作
通過制定曲線鋼軌探傷檢查辦法，對曲線鋼軌著重檢查。利用先進的鋼軌探傷儀器對曲線鋼軌一些表面不易發(fā)現(xiàn)和深層的問題進行檢查。通過縮短探傷周期，增加探傷次數(shù)，減緩探傷儀器的行走速度，增強探傷操作人員的業(yè)務(wù)水平等手段加強鋼軌探傷工作，及時發(fā)現(xiàn)鋼軌嚴重傷損，消除嚴重鋼軌傷損帶來的行車安全隱患。
3.1.2 加強曲線鋼軌的觀測
對曲線鋼軌所在工區(qū)、車間可以通過“三定”制度對曲線鋼軌進行定期、定點、定人觀測檢查，收集曲線鋼軌定期磨耗、傷損及變化等情況，建立曲線鋼軌觀測表，通過分析了解曲線鋼軌的病害傷損情況和嚴重程度等信息，利用長期觀測數(shù)據(jù)分析其發(fā)展變化規(guī)律，從而為下步防治或整治工作提供參考依據(jù)。
3.2 曲線鋼軌病害的防治措施
3.2.1 曲線鋼軌磨耗過快或下股壓寬的處理
在前面我們已經(jīng)知道鋼軌磨耗速率過快或下股壓寬，引起的原因都有可能是超高設(shè)置不合適；軌距變化率較大；線路養(yǎng)護維修不當(dāng)?shù)纫蛩?。對此整治措施有：①根?jù)實測行車速度，每年根據(jù)全年客貨車平均速度，重新檢算設(shè)計超高，并根據(jù)現(xiàn)場外軌側(cè)磨和內(nèi)軌壓潰情況及時調(diào)整曲線超高；②及時更換壓潰橡膠墊板，修正軌底坡，使輪軌接觸面積增大。③合理定期安排鋼軌調(diào)邊使用。④養(yǎng)護曲線采用高標(biāo)準(zhǔn)，保持曲線圓順度，定期檢查，從預(yù)防的觀點出發(fā)，治小治早。⑤采用曲線上股鋼軌側(cè)面涂油，可有效減少鋼軌側(cè)面磨耗。
3.2.2鋼軌波磨的處理
波磨的出現(xiàn)一般與道床不平順和臟污有關(guān)，在波磨地段要加強日常養(yǎng)護，對線路進行搗固和清篩，尤其道砟不足和道床臟污地段，通過搗固、清篩，改善軌道彈性：①對道床厚度嚴重不足，線路爬底的曲線地段進行補砟抬道。②清篩道床臟污石砟，補填潔凈石砟，恢復(fù)道床彈性。③更換失效大膠墊、尼龍底座，對于歪斜、串出、缺少的全部整治、歸位。④打磨鋼軌，合理安排打磨周期，做到道床清篩、鋼軌打磨同步進行。
3.3.3利用大型鋼軌打磨列車進行鋼軌的全面整修
利用大型鋼軌打磨列車可以對大區(qū)段、大量的曲線鋼軌病害進行打磨處理。大型鋼軌打磨機主要是通過打磨列車對鋼軌頭部表面的打磨，以消除去除鋼軌瑕疵，其中包括：剝離掉塊、波浪磨耗、鋼軌肥邊、高低焊縫 、鋼軌擦傷等，從而實現(xiàn)消除鋼軌表面疲勞層缺陷或減緩其發(fā)展、提高鋼軌表面平滑度，減小車輛軌道系統(tǒng)的振動，降低波浪磨耗與噪聲，保持鋼軌的最佳廓面形狀，從而進一步達到改善旅客乘車舒適度，延長鋼軌使用壽命的目的。
大型鋼軌打磨機主要有三種打磨模式：矯正性打磨、保養(yǎng)性打磨和預(yù)防性打磨。矯正性打磨主要是針對較嚴重的鋼軌病害，去除嚴重鋼軌瑕疵和深度塑性流動，去除深度波浪磨耗。保養(yǎng)性打磨主要是去除疲勞破壞的初始裂紋和淺層塑性流動，去除早期的波浪磨耗。預(yù)防性打磨主要是去除鋼軌軋制中出現(xiàn)的瑕疵 ，去除新鋼軌的脫碳層和去除在鋼軌頭部裂紋擴展前的萌生區(qū)。
矯正性打磨需要多次往返打磨，打磨時間長，打磨掉的鋼軌金屬量較多，而保養(yǎng)性打磨和預(yù)防性打磨只需打磨一兩遍，打磨時間短，打磨掉的鋼軌金屬量少。因此在日常的鋼軌打磨中，應(yīng)該多采用預(yù)防性打磨和保養(yǎng)性打磨，降低打磨的成本，也減少因打磨對鋼軌使用壽命的影響。
結(jié)束語
曲線鋼軌是整個無縫線路鋼軌中的重難點，加強對曲線鋼軌病害原因分析和防治可以有效地延長鋼軌壽命,減少鋼軌更換數(shù)量，降低鋼軌和車輪傷損的發(fā)生,并可以節(jié)約車輛和鋼軌的維修成本,減少列車運行能耗,降低輪軌振動和噪聲。而從安全上來看加強對曲線鋼軌病害原因分析和防治可以消除了曲線鋼軌病害帶來的安全隱患，降低了因鋼軌傷損帶來安全事故的發(fā)生概率，極大的提高了列車在曲線上運行的安全性。
