小半径曲线上股钢轨磨耗分析及防治

张孝君

摘 要：随着社会的进步和发展，铁路运输企业发展的如火如荼，为我国的经济发展起到了重要的推动作用。但是，在铁路发展的同时，也存在一些问题，其中，铁路运输过程中的小半径曲线上股钢轨磨耗现象给铁路运输的发展造成了不良的影响，甚至威胁到人们的生命安全，因此，文章就针对这个问题，对铁路上的小半径曲线上股钢轨磨耗问题进行重点分析，并结合存在的问题，积极寻找防治之策，以促进铁路运输业的健康运行。

关键词：铁路；小半径曲线；上股钢轨；磨耗；对策

近年来，随着经济的发展，铁路运输业获得了较快的发展，在发展的过程中，依然存在小半径曲线上股钢轨磨耗的现象，该问题的存在，不仅使轨道的交通安全性受到影响，也使轨道的使用寿命减少，从而使铁路运输管理部门投入大量的资金，造成金属的耗费，增加了成本，阻碍铁路运输业的快速发展，因此，文章分析小半径上股钢轨磨损的原因，并提出相应的防治对策，以提高钢轨的使用寿命。

1 钢轨磨耗

1.1 基本情况

随着铁路建设规模的不断扩大，铁路上的小半径曲线钢轨磨损现象就逐渐显现出来。现以图珲线三级铁路为例，图珲线线路长度为56公里，曲线多、56公里内有55条，坡度大，山区小半径曲线350米的有6条；运量大、年货运量可达300万吨以上。近年来，随着铁路轴重的不断增大和运量不断增加，小半径曲线上股钢轨磨耗现象也越来越严重。

对于铁路线路而言，钢轨是其直接承受来自冲击和车轮荷载的重要构件，经常受到轮轨的共同作用，因此，磨耗的产生也是难以避免的。其中，小半径曲线钢轨受到各种轮轨应力的作用，更容易造成磨耗问题，钢规磨耗不仅仅是钢轨受损的表面现象，往往带来更为实质的问题，经常受轮轨作用的影响，使钢轨表面的材料出现压溃裂纹，随着时间的推移和轮轨的不断作用，使得压溃裂纹互相贯通，从而和钢轨的表面产生剥离现象，渐渐的被车轮磨掉，这也可称为一个磨耗周期，在此基础上，下一轮周期的压溃裂纹又开始出现，如此接连下去，就会造成钢轨的不合格，进而不得不进行下线处理。

新钢轨的磨损可分为初始磨合、稳定磨合、急剧磨损过程三个阶段，其中，初始磨合过程车轮接触钢轨的面积较小，承受荷载也较大，使钢轨磨损较快；稳定磨合过程的钢轨在碾压作用下，形成一层坚韧表面，具有耐磨能力，可使钢轨的磨损程度减轻；急剧磨损过程在稳定磨合期后，疲劳度增加，轮缘和钢轨作用边接触冲击，造成钢轨的严重磨损。

1.2 探析上股钢轨磨损的原因

1.2.1 荷载应力

对于直线地段而言，依据理论进行设计，轮轨接触点能够落在轨面中部，由于受到轨道弹性作用，且弧半径比较大，轮轨接触的面积也就比较大；在曲线上股铺设钢轨之后，尤其是半径很小的地段，受列车转向的影响，在转向架中，第一轮轮缘挨着轨头内侧，又因车轮和新轨道的形状不完全吻合，使轮轨的接触面在轨头侧顶面的弧面处，而不在轨面的中部位置，这就使得轮轨的接触是半径较小的两圆柱的正交，面积小了很多，轮轨的接触面积成倍的减小，进而造成荷载局部应力的不断增大，从而形成曲线上股钢轨磨耗问题，这是造成小半徑曲线上股钢轨磨耗的主要因素。

1.2.2 离心力和导向力

离心力：在铁路运行过程中，曲线上股往往会受到列车曲线运行产生的离心力作用，作用点在轨头内侧的顶角面和轨头的侧边，从而对接触面的局部应力产生一定的影响。

导向力：受曲线导向的关系，曲线上股会受导向力的影响，作用点是轨头侧面，在理论上与轮轨主应力保持一定的距离，依然会对钢轨面造成影响。

1.2.3 钢轨静态弯曲应力

生产的钢轨都是直线形的，在曲线上铺设直线形的钢轨，就必须要将直线形的钢轨整弯，整弯后的钢轨会存在弹性变形，也存在弯曲应力，所以，即使不受列车的荷载作用，曲线上的钢轨也一直存在静态的弯曲应力，静态弯曲应力与各种应力在小半径曲线上进行综合的作用，造成钢轨塑性变形，这也是造成下道钢轨在纵向呈现弧形的原因，通过相关的计算可知，钢轨的静态弯曲应力和半径成反比，静态弯曲应力随着半径的增大而减小。

1.2.4 滑动摩擦力

曲线上、下股钢轨的绝对半径不相同，轮对是固定的轴连接，这就使得下股运行的车轮比上股运行的车轮少走一段距离，因此，上股车轮要凭借滑行去克服这段距离，进行滑行就会产生滑动摩擦力，在越小的半径曲线上滑行，滑行的距离就越大，就会产生较大的摩擦力，而且这个力作用在轮轴的接触点上。

1.2.5 其他力

新轨偏心受压附加应力：曲线上股换新轨后，通过观察第一趟列车的轨顶压痕线，可以发现，轮轨作用点靠向内侧，偏离轨面中线，进而使钢轨受到偏心受压附加应力的作用，该应力同弯曲应力一样，在轨头内侧和荷载应力进行叠加。

牵引力：曲线上股换成新轨后，轮轨的接触面较小，进而造成牵引力的成倍增大。

1.2.6 未做好养护工作

确保钢轨质量及运行安全的重要措施就是加强小半径曲线上股钢轨的养护工作，其中，对于钢轨曲线状态的养护情况直接影响钢轨的磨损程度，但在实际的工作中，依然存在一些问题，例如：缓和曲线超高递减距离不够，使列车行进到缓和曲线处极易产生摇晃、冲击和振动现象，造成钢轨磨耗现象；由于坡度的不准确等问题的影响，也会造成钢轨的磨耗。

2 解决对策

铁路交通运输业发展迅速，因此，解决上股钢轨磨耗问题势在必行，现阶段，主要采取外股钢轨润滑、调整曲线超高、更换磨耗严重的钢轨等办法，就目前的运用情况来看，取得了良好的效果。

2.1 强化曲线养护工作

确保曲线平纵断面技术状态，进而促进钢轨寿命的延长；为了提高轨道的整体稳定和强度，要在保证曲线纵面平稳过渡超高和平面圆顺的前提条件下，合理增加轨撑和轨距杆，同时，还要对上股边坡作相应的加高、加宽处理。

2.2 适当添加润滑剂

为了更好地解决小半径曲线钢轨磨耗的问题，可在轮轨间添加适量的润滑剂，有利于上股钢轨车轮快速转向通过，使各种应力的时间缩短，并使钢轨产生塑性变形的可能性减小。

2.3 调边倒换钢轨

根据相关的技术规范要求，在钢轨磨损未达到轻伤标准的时候，可以将上下股的钢轨进行相应的调换，从而可有效延长钢轨的使用寿命。

3 结束语

铁路运输业的发展，对我国经济的发展具有重要的意义，因此，对于铁路小半径曲线上股钢轨磨耗问题要引起相关人员的高度重视，文章将曲线上股钢轨的基本情况作为切入点，并分析了曲线上股钢轨磨耗的原因，最后简单阐述了解决该磨耗问题的对策，希望可以为相关铁路管理者提供一些借鉴经验，以提高铁路钢轨的使用性能，促使铁路事业向着安全性、高效性和可靠性的方向发展。

参考文献

[1]齐笑丽，金祥.小半径曲线上股钢轨磨耗分析及防治[J].南钢科技与管理，2011（02）.

[2]吴野.小半径曲线钢轨磨耗研究[J].上海铁道科技，2013（02）.

[3]胡国喜.小半径曲线钢轨磨耗研究[J].科技资讯，2012（01）.

[4]李福友.浅析小半径曲线钢轨磨耗的原因与整治措施[J].哈尔滨铁道科技，2012（01）.

[5]齐笑丽，金祥.小半径曲线上股钢轨磨耗分析及防治[J].南钢科技与管理，2011（02）.