１９８ 西部探矿工程 ２０１０年第８期 铁路曲线钢轨磨耗及减缓措施 王开杨 ，张艳君，崔自波，张慧君 （天津市铁路集团工程有限公司，天津３０００６０） 摘要：钢轨的磨耗一直是铁路部门的一个棘手问题。随着机车车辆结构的改变，列车牵引重量的增 加和速度的提高，轮轨磨耗的问题就更加突出了。工务部门采取各种措施减缓钢轨的磨耗，在曲线段 彰显突出，尤其是在小半径曲线中磨耗更为严重。在科技经济飞速发展的今天，提高铁路运量，保证 铁路运输安全是头等大事。曲线的磨耗问题值得铁路施工及工务人员的关注。 关键词：铁路；曲线；磨耗；减缓措施 中图分类号：Ｕ２１文献标识码：Ｂ文章编号：１Ｏ０４—５７１６（２Ｏ１Ｏ）０８一Ｏ１９８—０３ 铁路曲线的钢轨磨耗和机车车辆的车轮磨耗是一 压，列车行走不平稳产生附加打击钢轨而加速轨面磨 耗。 个较为复杂的问题，涉及到轮轨之间的作用力、钢轨的 化学成分、机械性能、金相组织等。铁路曲线钢轨侧磨 是一个比较现实的问题，既有共性，也有个性。根据不 （１）超高不合适；（２）轮箍踏面的斜度和钢轨轨底坡 不正确。 １．２养护不良 同的情况选取合理的减缓措施。降低钢轨侧面磨耗的 速率和减少轨道部件的伤损，延长钢轨使用寿命，从整 体上提高铁路运输的经济效益。 １磨耗成因分析 我国在２０世纪８０年代以前大量使用蒸气牵引，虽 蒸气机车固定轴距较长，但由于列车运行速度相对较低 和导向轮的作用，所以在半径大于６００ｍ的曲线上钢轨 曲线状态的好坏，对钢轨磨耗也发生直接的影响。 养护不良的曲线，钢轨磨耗就大；反之，养护好的曲线钢 轨磨耗就小。曲线方向不圆顺有反弯或鹅头。 方向不圆顺：在拨道时为图方便省事，经常向上拨， 使误差都集中到缓和曲线头，造成曲线“鹅头”，曲线方 向不顺，使列车通过产生摇晃，这些都能加速钢轨的磨 耗。 侧磨问题还不十分突出。随着内燃、电力机车的使用， 列车牵引重量和机车车辆轴重的增加以及列车运行速 度的提高，除了钢轨、扣件、轨枕和其他一些伤损增加 外，曲线钢轨侧磨是一个突出的矛盾。 铁路钢轨在大自然的影响和列车的作用下，将因锈 蚀、伤损和磨耗而不断更换。在曲线轨道上，特别是在 小半径曲线轨道上，钢轨更换的主要原因是磨耗。根据 轨距超限：由于轨距超限，使车轮与钢轨的内接情 况不好，阻力增加，行车摇晃，造成钢轨磨耗。 缓和曲线超高度的递减不够，由于缓和曲线受地形 的限制，长度不能满足顺坡的要求，顺坡率过大，引起列 车在缓和曲线运行时发生振动、摇晃和冲击，加速钢轨 磨耗。 道床不洁、捣固不良，线路上有三角坑、暗坑和吊板 调查资料，我国小半径曲线轨道上的钢轨，有９８ 是由 于磨耗超过限度而报废。曲线轨道上的钢轨磨耗，主要 有：上股钢轨侧面磨耗、下股钢轨头部压溃、波形磨耗等 ３种不同形式。 １．１钢轨的位置不正确 钢轨位置不正确是造成钢轨磨耗的主要原因，由于 等病害或线路翻浆冒泥，线路质量变化，都会加速钢轨 的磨耗。 １．３曲线钢轨磨耗 曲线上钢轨的磨耗比直线上大，曲线外轨的磨耗又 比曲线内轨严重。外轨的磨耗大部分在头部内侧，因当 列车行经曲线时，外轨头部内侧受到轮缘剧烈的滑动摩 钢轨位置不正确，使里外股钢轨受力不均发生钢轨偏 ＊收稿日期：２００９—１２—２５ 第一作者简介：王开杨（１９７９一），男（汉族），山西吕梁人，助理工程师，现从事铁路、桥梁、市政、房屋建筑工程技术工作。 ２０１０年第８期 西部探矿工程 １９９ 擦。同时，因曲线内股轨线比外股轨线短，而内外两轮 在车轴上一起滑动，所经距离不相同，因而必然产生车 轮的滑行，使轨顶磨耗增加。曲线内轨的磨耗集中于轨 头顶面，并常常出现强烈的轨头压陷或飞边，这是由于 当列车低速通过曲线时内轨负荷过大所致。此外，由于 机车车辆转向而在轨顶面上发生的横向滑动摩擦也会 引起较大的磨耗。 曲线上钢轨的磨耗，特别是外轨的磨耗，主要取决 于曲线半径的大小。半径愈小，磨耗愈大，车轮踏面与 钢轨接踏之间的关系实际上就是一对摩擦副，此摩擦副 的摩擦特性与其部件的结构特性、轮对踏面、钢轨踏面 的形状、材料特陛及摩擦副的表面介质等有关。 在曲线上，尤其在小半径曲线上，更换钢轨的主要 原因是钢轨头部磨耗超限，根据调查，我国在小半径曲 线上更换下来的钢轨，有９８ 是由于磨耗超限。努力 消除或减少钢轨不正常磨耗，对于延长钢轨的使用寿 命，有极重要的意义。 （１）钢轨的垂直磨耗：钢轨的垂直磨耗是由于轮对 通过小半径曲线时，因曲线轨道的外轨线比内轨线长， 轮对在曲线上滚动时，内外轮滚动距离与内外轨线长度 不相等，要依赖轮对在钢轨上的滑动加以调整。这是曲 线钢轨垂直磨耗的主要原因。 （２）钢轨侧面磨耗：曲线外股钢轨的侧面磨耗，比里 股钢轨或直线上的钢轨严重得多，曲线半径愈小，外股 侧面磨耗愈剧烈。引起钢轨侧面磨耗的原因，主要是导 向轮轮缘紧压外轨头侧面，轮轨问产生很大的摩擦力， 此摩擦力所做的功，产生钢轨侧面磨耗，另外，轮缘在外 轨侧面滑动，也是外轨侧面磨耗的一个原因。 （３）曲线轨道下股钢轨轨头压溃，是曲线钢轨磨耗 的另一种表现。其原因，主要是已经磨耗的车轮踏面边 缘产生半径很小的反向凸缘，从而使轮对接触点上的压 应力过大之故。 （４）曲线轨道的技术状态与钢轨磨耗的关系： ①超高设置不当，会引起钢轨偏载和轮轨的不正常 接触，加剧了钢轨的磨耗、超高过大。下股钢轨偏载，垂 直磨耗加大。同时，由于后轴的外轮轮缘离外轨的距离 增大，轮缘在外轨侧面滑动更严重，超高过小，外轮轮缘 对轨头的挤压力增大，加剧了侧磨。 ②曲线方向不良，轨距超限，使通过列车摇晃，增大 了横向冲击力，使磨耗加剧。 ③曲线钢轨的轨底坡设置不当，使车轮踏面与钢轨 的接触面积减小，增大了接触应力，加剧了钢轨磨耗。 ④线路不平顺，有暗坑、三角坑等，使行车不稳，车 体摇晃，加速钢轨的磨耗。 １．４钢轨波磨分析 其特征是钢轨表面出现有规律性的高低波浪型起 伏。在一般情况下，钢轨波磨可分为波纹磨耗和波浪磨 耗。在我国铁路上，基本上都为波浪波磨，且波长具有 较大的随机性。 通过对钢轨波磨发生地段进行调查发现： （１）波磨一般出现在曲线地段，曲线半径越小，波磨 出现和发展的速率越快，大半径曲线上钢轨波磨的出现 时间晚，发展速率也较慢，半径小于ｌＯ００ｍ的曲线上波 磨较为突出。直线地段钢轨出现波磨的情况较为少见。 （２）列车制动地段钢轨的波磨严重。无论列车运行 情况如何（牵引、制动、惰行）均产生波磨，半径稍大的曲 线，波磨取决于列车的运行情况，制动地段钢轨的波磨 较容易发生，波磨也较为严重。 （３）铺在石质路基上轨道的钢轨波磨形成和发展较 土质路基严重。在道床板结地段，钢轨出现波磨的可能 性就大。木枕地段钢轨波磨的程度要比混凝土轨枕地 段钢轨波磨的程度轻。当抬道及道床破底清筛后，钢轨 波磨的情况就大为缓和。 １．５其它 （１）钢轨本身硬度不够。 （２）钢轨磨耗决定于许多因素，但首先决定于通过 钢轨的运输量。 钢轨在铺设使用初期，尤其在通过（１０￣２０）×１０ ｔ 以前，磨耗特别快；以后磨耗增长的速度逐渐减缓，待通 过（３０～３５）×１０ ｔ运量后，磨耗量才与通过吨数成正 比。 （３）由车轮传给钢轨的轮周力以及轮轨间的滑动 量。 ２ 曲线钢轨磨耗防治措施 ２．１方向不良的整治 曲线方向不良是常见病害，也是花费养护人力最多 的病害。方向不正，不仅使列车发生摇摆，影响轨距水 平，而且直接影响行车安全。所以曲线方向整正即拨道 就成为曲线养护的一项重要工作。曲线方向不良的主 要病害是“鹅头”和“支嘴”。 （１）鹅头：曲线鹅头是由于缓和曲线采用了直线型 超高顺坡，列车经过后，在曲线头部位置产生冲击振动， 这种冲击力极易形成曲线头尾部的“鹅头”，在小半径曲 线上，此种病害尤其突出，另外，在经常养护维修时，拨 量不经过计算而长期上挑，或经常使用简易法计算拨 量，使误差在曲线两端积累形成“鹅头”。 ２００ 西部探矿工程 ⑩扣件的养护。 ２０１０年第８期 （２）钢轨接头“支嘴”：整治办法是：加强“支嘴”处的 轨道联结，控制轨道横向移动；加足道床，夯实道床；调 （２）合理设置曲线外轨超高。 （３）重点整治“鹅头”“支嘴”。 ２．４其它措施 换“支嘴”接头处里外口夹板；整治钢轨硬弯等。可以综 合进行，也可以根据病害发生原因单独进行。如果“支 嘴”比较严重，用上述方法还不能整治时，可用弯轨方 法。 （１）铺设耐磨合金轨，有较好的抗磨效果。 （３）接头塌碴的原因及整治方法：应加强曲线养护， （２）对轨头进行打磨整形，能显著延缓磨耗。 （３）倒换曲线磨损轨，在曲线钢轨侧面磨耗尚未达 铺设重型轨道，加强线路的强度和横向刚度。铺设防磨 护轨或采用耐磨合金钢轨，以减少外轨头部侧面磨耗。 安装轨距杆，保持轨距不变。安装轨撑，固定钢轨在轨 枕上的位置。小半径曲线地段应予加强。 ２．２钢轨不均匀侧磨的防治 钢轨不均匀侧磨的主要原因是由于曲线不圆顺和 在线路上存在有激扰因素，从而引起列车的横向摇摆振 动，增加了轮轨之间的横向附加动荷载。所以在采取减 缓曲线钢轨不均匀磨耗时就要从这些方面出发，在铺轨 初期就要对钢轨的不均匀进行控制，以延长钢轨的使用 寿命。 （１）提高曲线的圆顺度； （２）局部调整轨底坡； （３）正确调整曲线外轨超高度。 对于磨耗严重的小半径地段的钢轨，在设置超高 时，采用的实设超高值应比用加权平均法算出来的超高 值低５ ～１０％。 ２．３加强曲线养护 （１）从设备上加强曲线： ①路肩平整，排水良好，防止线路基础变化带来上 部结构变形。 ②按规定更换失效轨枕。 ③道床饱满、均匀、清洁。 ④接头螺栓应齐全有效。 ⑤配齐轨距杆、轨撑等配件，并切实发挥其作用。 ⑥固定曲线位置。 正确测设曲线位置，安设曲线要素标志，正确测定 现场正矢，进行拨道量计算，调整线路状态。 ⑦整治接头病害。 ⑧加强捣固。 曲线捣固要注意均匀、密实，及时消灭空吊板和三 角坑，对道心和轨枕端部道床要进行夯拍。 ⑨调整轨底坡。 到轻伤前，与直线钢轨调换使用。可延长钢轨的使用寿 命，倒换时应成段更换，以防止出现错牙。 （４）磨耗主要是轮轨间发生摩擦作用的结果。 采取的减缓措施：①提高钢轨材质、改善轮轨润滑 条件。②改善机车车辆转向架转向性能、改变车轮踏面 形状、钢轨预打磨。③改变轨道结构几何参数等。 （５）对曲线钢轨打磨，达到减缓钢轨轨头侧磨的目 的。 （６）对方向、正矢不易保持的曲线，采取加密正矢检 查点，安装地锚拉杆或加强轨撑等措施保证曲线状态良 好，加强曲线超高顺坡的检查，确保缓和曲线内和顺坡 至直线上的超高顺坡一致。 （７）整治接头病害。 （８）曲线定期涂油，减小轮轨接触面的磨耗系数。 （９）定期观测钢轨磨耗，分析钢轨磨耗的原因。 加强线路日常维护，及时整治基床病害。加强 曲线养护工作，认真执行工务规定的各项定期检查 制度，做好现场养护工作资料，详细掌握线路各技术 参数（曲线超高、正矢、磨耗等），减少钢轨磨耗，保持 曲线的圆顺度，巩固曲线方向，提高线路质量。提高 线路运营效益。 参考文献： ［１］冯先霈．铁路轨道理论和实践［Ｍ］．北京：中国铁道出版 社，１９８７． ［２］练松良，孙琦，王午生．铁路曲线钢轨磨耗及其减缓措施 ［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００１． Ｅ３１许实儒，童本浩，万复光．铁路轨道基本理论［Ｍ］．北京：中 国铁道出版社，１９９７． ［４］铁道部第一工程局．铁路工程技术手册一轨道［Ｍ］．北京： 中国铁道出版社，１９９６． ［５］练松良．轨道动力学［Ｍ］．上海：同济大学出版社，２００３。 ［６］郝瀛．铁道工程［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２０００．
