重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究

Ｖｏ１．４１，Ｎｏ．５　Ｏｃｔｏｂｅｒ，２０１５　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｂｕｉｌｄｉｎｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｉ・Ｊ芝材　第４ｌ卷第５期　２０１５年１Ｏ月　重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究　黄正玮　（大同煤矿集团有限责任公司矿山铁路分公司，山西大同０３７００３）　摘要：我国铁路运输量不断的上升，尤其是重载铁　路钢轨损伤尤为严重，钢轨的使用周期严重的缩短，增加　钢轨会产生严重的软化，这个过程结束以后，接触表面的　温度迅速下降，钢轨会产生金属组织相变，伴随着残余应　力、材料热疲劳等等，严重影响铁路钢轨的质量。　了铁路运输与轨道的维护成本。本文通过对关键重栽铁路　钢轨路段的实地调研，对轨道损伤的类型进行针对性分析，　得出相关钢轨损伤规律曲线，并根据钢轨损伤的类型和规　律展开预防措施的研究。　关键词：重载铁路；钢轨损伤；对策研究　中图分类号：Ｕ２１３．４　２　文献标志码：Ｂ　文章编号：１６７２—４０１１（２０ｌ５）０５—０１４４一Ｏ２　Ｄ０Ｉ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１６７２—４０１　１．２０１５．０５．０７１　Ｏ前言　随着我国经济的发展，从２００３年开始列车的载重量从　先前的６　０００和１０　０００　ｔ增长到２０　０００　ｔ，以京包线为例，在　２００８—２０１３年，五年期间运载量不断的上升，京包线是煤炭　运输重载列车经过的密集区，因此，总的运载量连年攀升，依　次为４４０、５６０、５８０、６５０、６６７　Ｍｔ，每节车厢的轴重一般在２５　ｔ　左右。在万吨重载铁路开通运营过程中，运量大幅的提升，　由于其自身的重压作用、使用环境的外界因素，外加上钢轨　自身质量因素，重载铁路必然会出现损伤，根据实地调研的　结果。钢轨损伤的主要类型有擦伤、侧磨、压溃、断裂、剥离　掉块、裂纹等。出现以上损伤状况并达到一定的损伤状态，　在重载列车行驶中不仅会存在安全隐患，还会导致钢轨寿命　的大幅降低。因此，当前加强重载铁路钢轨的维护工作，提　高钢轨的抗损伤的能力，保证铁路运输维护成本的经济性，　是现代铁路养护领域重点研究的课题。　１重载铁路钢轨损伤的类型　在以上的调查中，已经讲述了当前重载铁路轨道损伤　的主要类型，主要其根本的因素都是严重的钢轨磨损和塑　性形变，也与钢轨路段列车的动力作用有关。这里对重载　铁路主要的损伤类型（顶部擦伤、侧向磨损、压溃、压裂、　剥离掉块、波磨）进行分析。　１．１顶部擦伤　实际调查中钢轨顶面擦伤的状态，造成的原因主要是　紧急制动和加速牵引的过程，在我国的重载钢轨中都有不　同程度的擦伤，随着钢轨户外使用时间的加长，必然会存　在腐蚀和磨损的情况，因此，当重载列车在加速过程中难　免会出现局部的打滑，造成钢轨顶面擦伤。在重载列车紧　急制动过程中，往往会出现车轮抱死的状态，也就是轮胎　不能滑动，滚动摩擦瞬间变成滑动摩擦，造成车轮与钢轨　之间的剧烈摩擦，瞬间会产生６００—１　４００℃的高温，严重　时，不仅会产生严重的塑性变形。如图１所示，列车在加　速或者起步时，车轮在钢轨的附着力不够大，会产生打滑　的现象，与滑动摩擦产生高温相似，在重载下都会产生局　部的高温，会使钢轨接触面温度超过保护层的临界温度，　作者简介：黄正玮（１９８０一），男，山西大同人，工程师，主要研究方　向：铁道工程。　・１４４・　（如：列车起步或者加速牵引过程）　图１列车车轮打滑　１．２侧向磨损　若列车轮与钢轨始终保持在同一条直线上，那么不会　出现侧磨现象。但是经过列车在实际的运行中不可能保持　理想的直线运动，在运行过程中由于钢轨铺设平整度、对　称度、偏坡等因素的存在，会出现偏轮现象，同时在接触　点上（相关研究中也用接触角表示）高强度的触碰式摩擦，　首先钢轨在实际设计中允许有一定平面的摩擦，起到的是　导向作用，使列车在轨道上行进并保持不脱离轨道，但是　在多种影响因素的干扰下，列车轮运动的方向与铁路钢轨　的走向形成了冲击角（　），也就是说导向力的作用方向不能　垂直于列车的行进方向，导向力作用面显著减小，产生巨　大的应力，是侧磨现象的主要原因。当应力超过钢轨的屈　服极限，产生接触面的应力变形，是强烈的塑性变形，对　铁轨的直线度有较大的影响，若不及时进行保养维护，在　后期列车通过时会产生车轮导向槽边缘与钢轨表面产生粘　着作用，进而导致轮廓的侧面滑动。　１．３压溃　重载铁路钢轨的压溃破坏主要发生在内轨距角处，也　发生在钢轨的外侧。根据是实地调查显示，内轨距角压溃　破坏主要是下股钢轨，通过对轨道断面的检测分析，一般　呈现出来的是蘑菇状，出现压溃的主要原因有两个，一个　是钢轨使用钢材的强度问题，另一个是轨道曲线超高设计　不合理。材料的强度问题可以通过更换钢轨实现，但是轨　道曲线超高，也就是下股钢轨铺设施工或者设计时，底坡　角度不合理，导致列车通过该段钢轨是对下股轨道顶部的　应力过大，过大的应力是导致钢轨的塑性变形并呈现出压　溃现象。　１．４剥离掉块　钢轨要求有较大的抗形变的能力，那么需要使用刚度　加大的钢材，从材料学分析，碳素钢的刚度增大，对应的　塑性变小，脆性增强，因此，钢轨在列车车轮的反复冲击　应力的作用下，会出现剥离掉块现象，主要发生钢轨焊接　处，距缝一般在６０—１４０　ｍｌＴｌ，钢轨裂纹如图２所示。列车　车轮的冲击载荷受到列车自重和牵引方式的影响，我国现　代列车的载货重量都在万吨以上，相对的钢轨要承载的冲