重载铁路小半径曲线力学分析及维护保养浅析

折成林+王国平

【摘 要】 随着我国科学技术的不断发展，国民经济的不断提升，重载铁路越来越成为新时期阶段铁路的主要内容和发展趋势。对我国现有铁路进行汇总分析，可以发现，曲线轨道达到百分之三十以上。在西部山区铁路中，大坡度坡段上小半径曲线轨道更为常见。由于小半径曲线轨道受力特殊，在安全性、平稳性、舒适性上都是薄弱环节，也是制约重载铁路运行速度的重要因素。因此，重载铁路小半径曲线的日常维护与保养也是工务专业工作的重点和难点。本文通过对重载铁路小半径曲线力学进行分析，并提出了相应保养维护的建议，以期为重载铁路的发展提供相应的帮助。

【关键词】 重载铁路  小半径曲线  力学分析  维护保养

重载铁路具有运量大、轴重大、密度高、载荷作用时间长等主要特点，并且列车本身加上货物的重力对轨道结构的冲击作用力相当大，容易导致轨道部件的破损以及加速钢轨的破坏，降低了行车安全性。曲线轨道作为线路的重要组成部分，由于其转向角和超高的存在，使得列车通过时对轨道的受力状况发生了变化，造成机车车辆的晃动、轨道磨耗等加剧，导致了列车不安全因素增大。对于重载铁路中常见的小半径曲线轨道而言，上述情况更为明显和突出。由此，本文对重载铁路的小半径曲线轨道的受力情况进行分析，并且提出了相应的维护保养措施，意在为重载铁路的发展提供相应的帮助，进而提高列车行驶的安全性能，使得可以有效地保障人们出行的安全以及货物运输顺利进行。

1 小半径曲线轨道的受力分析

轨道的受力情况与小半径曲线轨道病害的产生有着直接的关系。当列车进入小半径曲线行驶轨道行驶时，由于惯性力和牵引力的作用，使得轨道迫使车体进行转向，并且车体也将沿曲线轨道切线方向向前行驶，其受力情况较直线段线路变得复杂化。根据公式h=11.8v2/R及列车受力情况进行分析，可以大体将列车作用在轨道上的力分为三个方向，分别是水平纵向、水平横向以及竖直方向。

（1）水平纵向作用力。纵向水平力的产生是由于温度和轨道爬行的共同作用，在小半径曲线轨道地段，轨道上还存在着滑动及滚动摩擦力。

（2）水平横向作用力。曲线轨道上的附加横向力以及车轮对钢轨的侧压力都属于水平横向作用力。车轮在钢轨上横向滑动是产生的摩擦力与轮缘对轨头的压力共同组成附加横向作用力，这些横向力的大小取决于运行速度、曲线半径、列车重量、轨底坡以及曲线超高等。在小半径曲线中，曲线外侧钢轨内侧面受力最大，因此磨耗速度快，更换频率高。

（3）竖直方向作用力。列车在轨道上正常行驶时，车轮对钢轨所在的竖直方向的轴重被称为竖直方向作用力，当列车产生不平顺车轮运行情况以及通过不平顺路段时，会产生相应的附加力。另外在小半径曲线路段时还有因车架对车轮横向压力以及外轨超高而引起的附加垂直力。在小半径曲线中，曲线内侧钢轨受到较大的竖向作用力，导致其垂直磨耗较外侧钢轨严重。

2 小半径曲线的影响

铁路线路不断的受到机车与车辆的碾压和冲击，所以线路状态非常的不稳定，曲线地段特别是小半径曲线地段所受到的冲击和碾压比直线地段更为严重，不但线路状态变化较大较快，而且对于轨道的磨损相对来说也比较严重，因此小半径曲线维修以及病害整治成为工务作业的一个重要组成部分，其养护任务的好坏直接影响着行车的安全以及维修的投入。

在实际铁路交通运输中，特别是在西部山区地段，由于地势复杂，山野分布较广，导致了火车轨道铺轨的过程中会遇到许许多多的小半径曲线轨道，如果不对这些问题进行解决，就无法保证列车的正常通行。近年来，随着我国科学技术的不断发展，并且越来越多的铁路轨道设计师对于小半径曲线轨道提出了很多重要而宝贵的建议，正是这些建议以及经验，小半径曲线轨道的铺轨性问题，得到了可行的解决方法[1]。

3 小半径曲线轨道的常见病害

3.1 钢轨波磨与侧磨

在小半径曲线上，曲线内轨长度比外轨长度短，半径越大差距越小。列车在轨道上行驶时，内外轨长度与内外轨滚动的距离之间的差值，要依靠轮对在钢轨上的里轮向后滑或空转调整、横向滑动来完成，这就造成了小半径曲线轨道上垂直损耗;当列车在小半径曲线轨道上行驶时，只有依靠外轨来消除产生的离心力，列车轮的外轨侧压力随着曲线半径大小的变化而变化，曲线半径越大，车轮对钢轨的侧压力越小，列车轮与钢轨之间的摩擦力造成了钢轨的侧面磨耗[2]。

3.2 轨道的尺寸容易超限

小半径曲线上水平以及轨距、高低等相对于轨道的其他路段来说，极易产生超限现象，其所能保持的周期也就越来越短，并且轨距扩大的情况相当普遍，其随着钢轨侧磨的增加而逐渐加剧，这就使得钢轨的使用寿命大幅度缩水，在列车不断运行的过程中极易照成侧轨外翻等事故的发生。

3.3 连接配件容易破损

由于列车在通过小半径曲线轨道的时候，对轨道的冲击力过大，导致零件的承受力也相应增大，在列车车轮的快速撞击与碾压下，小半径曲线轨道上的连接部件，由于承受力的加大，极易出现松动、断裂以及蹦飞等现象，使得列车行驶不稳，甚至脱轨的事故产生。

3.4 小曲线半径上各种病害相互之间的关系

列车钢轨波磨现象的产生，将使得列车在通过小半径曲线轨道时，轨道的震动加大，产生的附加力以及动载荷也将相应增大，导致道床粉化、扣减松动等病害。如果不及时的对连接零配件进行维护与保养，就会使得钢轨波磨现象的加剧;小半径曲线轨道的局部不平顺，也会导致其他曲线的危害，使线路的方向以及水平等的变化加大，难以对其进行控制，轨距的大小变化如果超出既定的范围，会使得钢轨与列车轮的内接情况不稳定而致使阻力加大，令列车发生摇晃现象，反之还会进一步加深钢轨的损耗[3]。

4 小半径曲线轨道的保养维护措施以及强化技术

为了保证列车在小半径曲线轨道上行驶的安全性，就不得不对列车行驶的小半径曲线轨道进行系统的、科学的、周期性维护与保养，进而提高列车的生产运输能力，相应的延长设备的使用寿命。endprint

4.1 对小半径曲线轨道的维护

（1）合理设置小半径曲线超高。为保证列车的平稳运行，必须使得缓和曲线超高均匀递减率不大于其安全范围，对于超出的部分全部在直线上进行均匀的递减。保证缓和曲线上线路水平的方向与直线段的线路水平保持一致，进而避免曲线头尾“三角坑”现象的发生，并且对其进行定期检查，根据曲线下股钢轨压溃以及曲线上股侧磨情况及时的对曲线上股超高进行调整。

（2）定期的检查连接配件。对小半径曲线轨道的连接处进行定期的检查，确保零件的安全使用性能，对存在安全隐患的破损零件，及时的进行更换，对松动的连接零件进行加固，做到顶严密贴，进而保证在列车驶入小半径曲线轨道的过程中，不会因为联接零件的松动造成翻车事故[4]。

（3）加强日常的养护与检查。由于小半径曲线是重载铁路轨道的薄弱环节，比较容易产生病害，并且也是控制线路质量优良的主要因素，所以，一定要加强周期性检查，按照线路设备的各种不同程度的变化，安排经常保养和临时补修的工作。在日常维护中还可以加强接头病害的处理、捣固、并且铺设坡形胶垫的方法，使得轮轨接触条件得以改善，减少或延缓波形的发生。

4.2 对于小半径曲线轨道的强化技术对策

（1）应用重型钢轨无缝线路技术，重型钢轨无缝线路是轨道结构的发展方向和重要标志，在重载轨道上铺设重型钢轨，既有利于技术发展，又使得经济效益得以提高。竖直抗弯刚度较大、挠曲变形好等特点是重型钢轨最典型的特点，将铁轨上承受压力分散给每一个轨枕，使得单个轨枕负压减少，进而道床加速度和减小道床压力。

（2）应用新型系列轨枕。采用Ⅲ型枕可以有效控制的轨道结构变形， 增加线路刚度，强化线路稳定性，减小钢轨横向位移与轨距动态扩大量[5]。另外，应用新型系列轨枕，也可以直接或者间接的避免或减少外侧挡肩破损、轨撑折断等现象。因而能够减少线路养护维修工作量， 提高列车运行平稳性， 提高山区铁路小半径曲线的通过速度[5]。

（3）增设轨道加强设备。轨距拉杆、轨撑、防爬设备等对于提高轨道整体刚度和稳定性方面作用明显。在病害多发的小半径曲线地段应增设轨道加强设备。

5 结语

作为铁路的重要标志之一，重载铁路是未来铁路发展的主要方向。因为列车密度和重载铁路载荷的增大，使得小半径曲线的养护工作也越来越重要和艰巨，作为铁路养护工作人员来说，应该本着“科学养护、不断积累”的思想，积极踊跃的探寻、学习和总结重载铁路小半径曲线的养护和维修方法，确保铁路运输畅通无阻，进而提高铁路的运输质量，保证我国铁路运输的良好发展。

参考文献：

[1]刘清方，梁滨，刘力男，等.钢轨接头用结构胶粘剂的研制与应用[J].粘接，2012（3）：15-21.

[2]薛丽萍.重载铁路轨道受力分析与养护方法探讨[J].太原科技，2012（1）：5-8.

[3]毕正立.万吨重载列车对轨道动态影响及轨道管理措施分析[J].神华科技，2011（02）：38-42.

[4]徐小龙.小半径曲线脱轨原因分析及对策措施[J].铁道标准设计，2013（6）：3-5.

[5]王开云，翟婉明，等.山区铁路小半径曲线强化轨道动力性能[J].交通运输工程学报，2005，12（5）.15-19.endprint