無(wú)縫線路曲線鋼軌病害原因分析及防治
2015-06-15
1.緒論
長(zhǎng)久以來(lái)我國(guó)鐵路運(yùn)輸在交通運(yùn)輸系統(tǒng)中一直占據(jù)重要地位。高速度、重荷載運(yùn)營(yíng)是我國(guó)鐵路運(yùn)輸?shù)幕咎攸c(diǎn)。通過(guò)提高列車(chē)行車(chē)速度、縮短發(fā)車(chē)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(shí)也加劇了對(duì)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(hù)維修成本。
我國(guó)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(guó)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(hù)維修中難點(diǎn)，而曲線上直接承接輪對(duì)作用的鋼軌，其受力特點(diǎn)決定了鋼軌的損耗和病害的較為容易產(chǎn)生。嚴(yán)重的鋼軌病害消弱了鋼軌的強(qiáng)度，縮短了鋼軌的使用壽命，不僅浪費(fèi)大量的資金，而且還干擾運(yùn)輸秩序，影響行車(chē)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(zhǎng)鋼軌使用壽命對(duì)于我國(guó)鐵路具有重大的意義。
2、無(wú)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(lái)自列車(chē)車(chē)輪的反復(fù)作用。在高密度、大荷載和快速的運(yùn)輸條件下,鋼軌特別是頭部運(yùn)行表面不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種傷損。據(jù)統(tǒng)計(jì)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(lèi)型。
這些鋼軌病害傷損如果處理不當(dāng),不僅會(huì)降低乘客乘車(chē)舒適度、產(chǎn)生輪軌噪聲、增加列車(chē)運(yùn)行能耗、增加養(yǎng)護(hù)維修成本,嚴(yán)重的甚至?xí)饠嘬?危及行車(chē)安全。因此,必須重視對(duì)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(shuō)“看病得對(duì)癥下藥”，對(duì)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(wú)縫線路曲線鋼軌的病害主要類(lèi)型及原因：
2.2.1鋼軌側(cè)磨、垂磨過(guò)快
鋼軌在自然的作用以及列車(chē)的運(yùn)營(yíng)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(duì)列車(chē)輪對(duì)的導(dǎo)向作用，車(chē)輪與鋼軌產(chǎn)生相互間的黏著和滑動(dòng)，輪軌的磨耗和損傷就會(huì)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(shí)，更加劇鋼軌的磨耗。因此就會(huì)產(chǎn)生鋼軌上股側(cè)磨過(guò)快或下股垂磨嚴(yán)重情況，通過(guò)長(zhǎng)期的觀察研究，曲線鋼軌的不均勻磨耗和磨耗速率過(guò)快有下面幾個(gè)原因：①磨耗與養(yǎng)護(hù)維修有關(guān)，線路狀態(tài)越差磨耗越嚴(yán)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(yán)重。⑤磨耗與超高設(shè)置有關(guān)，超高設(shè)置過(guò)大或過(guò)小，側(cè)磨、垂磨都可能過(guò)快。⑥磨耗與車(chē)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(qiáng)大的車(chē)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(huì)引起鋼軌表面或亞表面萌生接觸疲勞裂紋。 在輪對(duì)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(dá)到一定程度后,裂紋頂層在列車(chē)車(chē)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(duì)在鋼軌軌面不平順滾動(dòng)有關(guān),而機(jī)車(chē)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(huì)引起輪對(duì)運(yùn)行中扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，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(jiàn)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(wú)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(cè)制度
任何病害的產(chǎn)生和發(fā)展都有一定的過(guò)程，通過(guò)觀測(cè)檢查我們可以發(fā)現(xiàn)鋼軌存在的病害問(wèn)題和嚴(yán)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(qiáng)鋼軌的探傷檢查和觀測(cè)，形成一個(gè)長(zhǎng)效的鋼軌探傷和鋼軌觀測(cè)機(jī)制。
3.1.1加強(qiáng)鋼軌探傷檢查工作
通過(guò)制定曲線鋼軌探傷檢查辦法，對(duì)曲線鋼軌著重檢查。利用先進(jìn)的鋼軌探傷儀器對(duì)曲線鋼軌一些表面不易發(fā)現(xiàn)和深層的問(wèn)題進(jìn)行檢查。通過(guò)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(qiáng)探傷操作人員的業(yè)務(wù)水平等手段加強(qiáng)鋼軌探傷工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼軌嚴(yán)重傷損，消除嚴(yán)重鋼軌傷損帶來(lái)的行車(chē)安全隱患。
3.1.2 加強(qiáng)曲線鋼軌的觀測(cè)
對(duì)曲線鋼軌所在工區(qū)、車(chē)間可以通過(guò)“三定”制度對(duì)曲線鋼軌進(jìn)行定期、定點(diǎn)、定人觀測(cè)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(cè)表，通過(guò)分析了解曲線鋼軌的病害傷損情況和嚴(yán)重程度等信息，利用長(zhǎng)期觀測(cè)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(guò)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(guò)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(hù)維修不當(dāng)?shù)纫蛩?。?duì)此整治措施有：①根據(jù)實(shí)測(cè)行車(chē)速度，每年根據(jù)全年客貨車(chē)平均速度，重新檢算設(shè)計(jì)超高，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)外軌側(cè)磨和內(nèi)軌壓潰情況及時(shí)調(diào)整曲線超高；②及時(shí)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(hù)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(diǎn)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(qiáng)日常養(yǎng)護(hù)，對(duì)線路進(jìn)行搗固和清篩，尤其道砟不足和道床臟污地段，通過(guò)搗固、清篩，改善軌道彈性：①對(duì)道床厚度嚴(yán)重不足，線路爬底的曲線地段進(jìn)行補(bǔ)砟抬道。②清篩道床臟污石砟，補(bǔ)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(duì)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(jìn)行。
3.3.3利用大型鋼軌打磨列車(chē)進(jìn)行鋼軌的全面整修
利用大型鋼軌打磨列車(chē)可以對(duì)大區(qū)段、大量的曲線鋼軌病害進(jìn)行打磨處理。大型鋼軌打磨機(jī)主要是通過(guò)打磨列車(chē)對(duì)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(shí)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(chē)輛軌道系統(tǒng)的振動(dòng)，降低波浪磨耗與噪聲，保持鋼軌的最佳廓面形狀，從而進(jìn)一步達(dá)到改善旅客乘車(chē)舒適度，延長(zhǎng)鋼軌使用壽命的目的。
大型鋼軌打磨機(jī)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(duì)較嚴(yán)重的鋼軌病害，去除嚴(yán)重鋼軌瑕疵和深度塑性流動(dòng)，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(dòng)，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(kuò)展前的萌生區(qū)。
矯正性打磨需要多次往返打磨，打磨時(shí)間長(zhǎng)，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(shí)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(duì)鋼軌使用壽命的影響。
結(jié)束語(yǔ)
曲線鋼軌是整個(gè)無(wú)縫線路鋼軌中的重難點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)曲線鋼軌病害原因分析和防治可以有效地延長(zhǎng)鋼軌壽命,減少鋼軌更換數(shù)量，降低鋼軌和車(chē)輪傷損的發(fā)生,并可以節(jié)約車(chē)輛和鋼軌的維修成本,減少列車(chē)運(yùn)行能耗,降低輪軌振動(dòng)和噪聲。而從安全上來(lái)看加強(qiáng)對(duì)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(lái)的安全隱患，降低了因鋼軌傷損帶來(lái)安全事故的發(fā)生概率，極大的提高了列車(chē)在曲線上運(yùn)行的安全性。
