重载快速区段固定型提速道岔转辙部位直股钢轨侧磨的研究

1 转辙部位直股钢轨侧磨的几何特征

逆向、顺向道岔侧磨位置分别见图1、图2。

(1)转辙部位直股(直尖轨所在的一股)钢轨作用边形成一个连续的侧磨波形侧磨量由小变大再由大变小。而其对股(直基本轨)无侧磨。

(2)每个侧磨波形中磨耗量(幅值)最大处的位置相对固定：逆向道岔为转辙机第二牵引点(以下简称二动)顺向道岔为曲基本轨弯折点。

(3)每个侧磨波形长度相对固定：逆向道岔侧磨波长7.5～12m平均长度为10.7m顺向道岔侧磨波长8.5～11.5m平均长度为9.9m。

2 转辙部位直股侧磨的分布情况

2.1 侧磨发生率调查

通过对津浦线10个站83组道岔进行全面调查发现在83组道岔中发生侧磨的有82组未发生侧磨仅1组侧磨发生率为98.8％。

2.2 侧磨发生与发展规律

(1)对于同一组道岔随着年通过总重增加侧磨幅值加大。根据对46组的侧磨道岔的测量和计算平均侧磨速率为0.0092mm·Mt^–1。道岔通常在通过120Mt 总量后才会发生侧磨。

(2)不同组道岔间的侧磨速率不完全相同。

3 产生侧磨的原因分析

3.1 原因调查

(1)尖轨与基本轨间竖切状态对侧磨的影响通过调查转辙部位直股最大磨耗点在二动位置的17组逆向道岔其二动不密贴均值达到2.132mm超过提速道岔工电车联合整治验收标准(2mm)。第一牵引点(以下简称一动)不密贴均值为0.1823mm；最大磨耗点在曲基本轨弯折点位置的14组顺向道岔其二动不密贴均值达到1.67mm虽未超过提速道岔工电车联合整治验收标准但一动不密贴均值为0.271mm约是逆向道岔的1.5倍。

可以推测两牵引点处及其之间尖轨与基本轨不密贴值较大(一般大于1mm)尤其是二动不密贴较大是造成道岔转辙部位直股钢轨侧磨的直接原因之一。

(2)转辙部位前后直线钢轨侧磨情况(以下简称钢轨侧面平顺)对其侧磨影响对转辙部位直股最大磨耗量在0～3mm 范围的12组道岔和最大磨耗量在4～7mm 范围的18组道岔进行钢轨侧面不平顺分类调查具体见表1。

表1 转辙部位前后50m钢轨侧磨情况调查

调查结果分析道岔前及道岔前后钢轨侧磨的组数之和占全部比例的73.3％。

可以推测道岔钢轨侧面不平顺是造成道岔转辙部位直股侧磨的另一直接原因。

(3)道岔及其前后的轨道几何尺寸对侧磨的影响

通过对发生侧磨的46组道岔的调查道岔及其前后无明显的轨道几何尺寸偏差(无明显的组合偏差)可以推测道岔轨道几何尺寸不是导致转辙部位直股侧磨的直接原因。

(4)其他结构状态不良对侧磨的影响

通过调查对比道岔岔枕螺栓失效、胶垫压溃等其他结构状态不良与道岔的转辙部位直股侧磨无明显的直接对应关系。

3.2 理论分析

(1)尖轨与基本轨不密贴(尤其是二动不密贴)造成道岔转辙直股钢轨侧磨的理论分析若尖轨二动部位静态不密贴值为2mm在列车通过时动态下二动部位“被迫”密贴则动态下尖轨在二动位置有2mm 的横向位移S_尖。

F＝L²/8R推出R＝L²/8F。

假定尖轨尖与基本轨密贴第一顶铁与尖轨顶死。

以固定型提速道岔为例。

从尖轨尖到第一顶铁位置L＝7.20m，F＝S_尖＝2mm＝0.002m，则R＝(7.20)²/8×0.002＝3240m。这样尖轨形成了一个最大半径约为3240m 的“曲线”。

若二动部位静态不密贴值为4mm则动态下尖轨形成一个最大半径约为1620m 的“曲线”。当列车进入逆向道岔前列车运行相对平稳进入后经过转辙部位这种“曲线”时轮缘挤压摩擦尖轨。

当列车通过顺向道岔时除受离心力作用造成尖轨侧磨外侧磨值最大点转移到基本轨弯折点。转移的原因是基本轨弯折点相对这一“曲线”来说为“曲线头”的反弯点列车顺向通过时对基本轨弯折点冲击较大。

因此得出结论1两牵引点及之间不密贴是造成道岔转辙部位直股侧磨的直接原因之一。

(2)钢轨侧面不平顺造成道岔转辙部位直股侧磨的理论分析

道岔转辙部位前后50m 存在直股钢轨侧磨引起机车车辆运行的不平稳列车横向摇晃加大同时这种摇晃随着惯性会延伸到道岔转辙部位。机车车辆的这种摇晃产生了列车车轮对钢轨的附加横向冲击力在这种附加横向力的作用下车轮轮缘与道岔钢轨摩擦造成道岔转辙部位直股钢轨侧磨。

因此得出结论2钢轨侧面不平顺是道岔转辙部位直股钢轨侧磨的另一直接原因。

当两大原因同时存在相互迭加道岔侧磨加剧。

4 整治和预防

4.1 整治措施、标准

(1)控制道岔区段前后钢轨侧磨的发展

①对道岔前后已发生连续3个单侧侧磨波形及以上且侧磨量大于4mm 的直线钢轨侧磨采取抽换钢轨或钢轨调边的方式切断列车摇晃源头。

②改变轨底坡。对波数少且侧磨量小的情况从进入道岔的前方从第一个直线侧磨的单波开始在轨底垫1:40的楔形胶垫并向前后各延伸半个波长增大轨底坡为1:20改变轮轨接触面。

(2)降低摩擦因数

对道岔直尖轨、曲基本轨侧面实施定期涂油通过降低车轮与钢轨间摩擦因数而延缓侧磨速率。

(3)减小车轮与钢轨之间的横向附加力

①开展提速道岔基本轨与尖轨不密贴专项整治充分利用电务天窗修封锁点由工电两家对严重不密贴进行联合整治。

②更换磨耗的铁垫板和联结零件对失效的岔枕大螺栓套管进行改锚减少基本轨的横移。

③加强机械捣固做到每月1遍。由于提速道岔岔枕底宽300mm一般的手工捣固很难串实捣紧。

因此必须使用电动捣固棒进行捣固。

④补足转辙部位道碴。由于转辙部位捣固频繁因此转辙部位缺碴较普遍所以在实施电动捣固棒捣固的同时要在道心及岔枕端头按标准补足道碴。

⑤建议将提速道岔的基本轨内侧弹片扣压进行适当改造增大扣压力。在运营中提速道岔的基本轨内侧弹片弹性会衰减扣压力减小；另外滑床板销钉易脱落造成弹片吐出失去扣压力。基本轨内侧扣压力减小在横向力作用下会形成基本轨外翻造成横向力附加力加大加快钢轨侧磨。

(4)提高道岔区段道床弹性

对存在严重板结或翻浆冒泥的道床应及时进行清筛改善道床排水性能；同时进行起道整修起道量应不小于40mm以提高道岔道床弹性做到弹性均匀。

(5)同步更换侧磨严重的直尖轨、曲尖轨。

当尖轨、基本轨磨耗量大于一定数值量整治效果不明显必须进行更换。

建议更换标准(根据最大侧磨量)：120～140km /h区段侧磨量≥8mm。140km /h 以上区段侧磨量≥6mm。

4.2 预防措施、标准

(1)杜绝道岔前后钢轨侧磨的发生及时消灭提速道岔前后100m 范围存在的轨道原始不平顺如连续小轨向和钢轨硬弯等。

(2)对提速道岔Ⅲ型混凝土枕与Ⅱ型(69型)混凝土枕交接地段加强检查与养护补足道碴夯实道床做到扣件不松、不缺。

(3)改善道床排水性能清筛脏污道床、整治翻浆冒泥加强起道整修以提高道岔道床弹性做到道床弹性均匀。

(4)工务部门对提速道岔转辙部位框架不良曲基本轨弯折点不正确及时进行校正对岔心位置不正进行校正。

(5)车务部门应及时对道岔滑床板开展涂油消除因滑床板涂油不良而造成的道岔转换力阻力过大导致道岔不密贴的现象。

(6)电务部门应检查牵引点的动程对不满足第一牵引点动程160±3mm第二牵引点动程75±3mm时电务部门应及时调整。

(7)工电务部门应注重第二牵引点的密贴问题改变平时的不良作业习惯抓好平时的控制加大对第二牵引点的密贴值控制。

(8)注重顶铁的状态控制做到不顶死不离缝。顶铁顶死会造成二动难以密贴以及尖轨向内的侧弯恶化了尖轨平顺度；顶铁离缝较大(＞2mm)会造成尖轨自由长度加长尖轨由点位移转变为线位移尖轨、基本轨受横向冲击力增加转辙部位框架难以保持二动部位不密贴加大进而钢轨侧磨加大。

(9)增加转辙部位的横向阻力减少基本轨的横移。虽然提速道岔的整体框架刚度大大增加但往往由于转辙部位捣固不实特别是钢岔枕底面摩擦小和一动、二动位置转辙机动作杆、锁闭杆位于轨枕盒内无法捣固造成转辙部位空吊进而产生坍碴道床横向阻力减小。另外长期的尖轨与基本轨不密贴基本轨受到附加的有周期性的尖轨横向碰撞造成铁垫板的大螺栓孔磨大基本轨有横向的位移。这个位移和尖轨因不密贴的位移相迭加车轮轮缘对尖轨的横向附加力加大钢轨磨耗加剧。

(10)从制度上进行预防提高道岔结构状态验收标准。

5 整治实践及效果

在津浦线凤阳站2号道岔(逆向道岔)开展了侧磨整治通过近半年来的整治实践取得了一定的效果。

(1)产生了良好的社会效益。减少了因提速道岔转辙部位直股侧磨而造成的机车摇晃；并且通过开展整治有效延缓钢轨侧磨发展速率(该组道岔的侧磨速率从0.011mm·Mt^–1降至0.002mm·Mt^–1)大大提高列车运行的平稳度为第五次大提速后的列车平稳提供有力的保障。同时减少了因更换侧磨基本轨、尖轨对运输干扰提高列车正点率。

(2)产生了较好的经济效益。通过整治能够做到提速道岔转辙部位直股钢轨(直尖轨、曲基本轨)与整组道岔同寿命杜绝因磨耗而更换尖轨与曲基本轨各1根。以津浦线提速道岔为例道岔大修周期为7年通过整治平均每组道岔每年可节约5000元左右大大节约了工务生产成本。

6 结语

固定型提速道岔转辙部位直股钢轨侧磨是重载快速条件下产生的新型道岔病害需要在不断实践中对预防和整治措施加以完善并拓展到预防、整治其他类型道岔同样病害中去。

文章来源：

原文名称：重载快速区段固定型提速道岔转辙部位直股钢轨侧磨的研究

作者信息：左玉良（蚌埠铁路分局工务分处，蚌埠 233000）

期刊信息： 铁道标准设计 2005, (1)