曲线钢轨侧磨的原因及预防措施
我于2010年12月至2011年2月，对牡丹江工务段管辖滨绥线381km+900m-583km +000m曲线共计215条，和83km的直线。进行了关于钢轨侧磨的调查。对曲线钢轨侧磨的有了新的认识，对曲线钢轨侧磨的影响因素进行了进一步的探索。对钢轨侧磨指标进行了系统分析。掌握了曲线钢轨侧磨的变化规律。制定了预防措施。
一、调研目的：
1、熟练掌握测量钢轨侧磨的方法。
2、通过直线与曲线的侧磨对比来分析同等条件下磨耗的比例。 3、对曲线侧磨提出综合整治或预防措施
二、调研方法：
1、对钢轨侧磨进行实地测量。
2、与技术员和工长进行实地测量，对数据进行认真分析。 3、把数据综合整理、对比。 4、查阅有关的钢轨台账。
三、调研内容及过程：
（一）概述
我国地域辽阔，地形复杂，山区、丘陵地区占很大比例。特别是山区，曲线铁路占有很大的比例，而在山区大坡道铁路小半径曲线上，钢轨的侧向磨耗就更为严重。这些地段，小半径曲线的换轨周期，完全由上股钢轨的侧磨来控制。根据调查资料，我国小半径曲线上的钢轨有98%是由于侧面磨耗超限而报废的。严重的钢轨侧面磨耗削弱了钢轨的强度，加剧了钢轨的伤损，缩短了钢轨的使用寿命，不仅浪费大量的资金，而且还干扰运输任务的完成。因此减缓小半径曲线钢轨侧面磨耗的速率，从而延长钢轨使用寿命对于我国铁路具有重大的意义。
曲线是轨道结构强度中的薄弱环节。当机车、车辆进入曲线后，车体受机车牵引随惯性向前运行，轨道迫使机车、车辆转弯，这样势必形成车轮冲击轨道，造成轨道变形，轨道和车轮同时受到磨耗。当离心力和向心力得不到平衡而造成的内外轨偏载时，更加剧钢轨的磨耗。因此如何减缓曲线上的钢轨的磨耗，延长其使用寿命，降低维修成本，保证行车安全，成为工务工作的一项重要内容。
牡丹江工务段管辖滨绥线381km+900m-583km +000m，地处山区，线路基础大部分还是日、俄时期修建的，线路设计标准低，大多顺山铺设。曲线多、半径小、坡度大。形成线路条件、质量先天不足。该段线路共有曲线215条、延长132.65km，其中半径在650m以下的曲线有139条/80.82km，半径在350m以下的曲线有42条/12.53km，最小半径240m，最大坡度15‰。曲线上股钢轨的使用寿命一般为24～36月，按先用钢轨50kg/m钢轨计算成本投资每公里约60万元，仅小半径曲线每年需要更换钢轨12km，钢轨费用投入约660万元。
随着使用内燃以来、列车的运行速度、机车车辆轴重、行车密度都大大提高，使得轨道各部件的受力增加，曲线钢轨的侧磨成为一个比较突出的矛盾。据调查统计，宾绥线R≤350m的曲线上，钢轨平均寿命为1～2年，最短的仅为7～8个月。我段管内的山区铁路，在半径R≤600m的曲线上，钢轨的平均寿命仅为2～3年。2007年又开行了重载货物列车。半径＜600m的曲线外股钢轨侧磨加剧，这样不仅给养护维修带来许多工作，而且大大增加
1
了运营的成本和对运输的干扰。
（二）钢轨侧磨的主要原因
金属材料磨耗是一种很复杂的现象，引起钢轨磨耗的原因也是很多的。钢轨侧磨是在列车运行、轮轨摩擦的过程中产生和发展的。近年来随着机车车辆轴重和车速的提高，曲线上股钢轨的磨耗表现为磨蚀和剥离同时发生，交替进行，使得轨面变窄。线路上钢轨的磨耗，在直线地段由于车体的蛇形运动和摇摆，车轮对钢轨发生相对滑动形成钢轨的垂直磨耗。在曲线地段除上述原因造成磨耗外，呈现不同程度的侧面磨耗，半径越小、行车速度越高、曲线状态越坏，磨耗越严重。
为了找到引起侧磨的主要原因及切实可行的预防措施，通过观察和测量，发现钢轨侧面磨耗主要因素有以下几点：
1、半径
曲线半径是轨道形态变化的主要标志，它的改变直接影响机车车辆通过曲线时的形态和轮轨相互作用的方式。曲线半径是决定钢轨侧磨量的关键因素，加大曲线半径对于减少钢轨的侧磨是十分有力的。曲线半径过小，由于离心力的作用，运行中的列车对外股钢轨的侧向推力加大，造成内股钢轨压溃，而且还存在不同程度的波磨，外股钢轨产生严重的侧磨，轨距、水平、方向也不宜保持。根据我观测，半径小于600m以下的曲线外股钢轨均有不同程度的侧磨，半径愈小，磨耗愈大。
我对调查地段近几年的换轨可以证实：半径在500m以下的曲线平均更换的周期为24～36月，半径大于500m的曲线平均更换周期则为4～5年。
2、轨距
轨距是影响曲线钢轨磨损地重要因素。理论计算与现场试验都表明，适当减小轨距，可以改善机车车辆通过曲线的条件，使机车通过曲线时的轮轨导向力和冲角都相应减少，车辆通过曲线时，轨距减小车体横向摇摆幅度减弱，轮轨导向力也适当减小，因此，曲线轨距适当减小，对于曲线钢轨磨损是有利的。对同一曲线来说，如果曲线轨距在动态下扩大过大，轮轨间的游间也相应增大，轮轨间的冲击角增大，导向力必然增加，列车在通过曲线时蛇形运动加剧，容易产生不均匀侧面磨耗，而不均匀侧磨又会加剧冲角的增大和变化，进一步使轮轨磨耗加剧，形成恶性循环，对钢轨侧磨合行车安全极为不利。
3、 超高
超高通常是根据列车通过曲线的平均速度来设置的，因此，多数列车通过曲线时不是出现欠超高就是出现过超高，由于超高直接引起导向力和冲角的变化，所以也就直接影响钢轨轨头侧磨速率的大小。设置过超高，由于向心力的作用，导向力减少，但转向架在小半径曲线运行时，转向架前轴外轮轮缘紧贴外轨引导转向架沿曲线运行，而后轴则在向心力作用下向曲线内侧移动，从而增大了轮轨冲角，而有欠超高时转向架承受离心力的作用，转向架后轴向曲线外侧移动，导向力虽然增大，但轮轨冲角却减少。如前所述，为减轻曲线钢轨侧磨，希望影响钢轨侧磨的主要因素导向力和冲击角都减少，但当曲线行车出现过超高时，导向力值减少而冲击角值增大，而出现欠超高时则是导向力值增加而冲击角值减小，在这种情况下要判断是欠超高对减缓曲线钢轨侧磨有利还是过超高有利。得不到平衡，势必也增大横向力，也同样导致曲线外股钢轨的侧面磨耗。
4、轨底坡
轨底坡从轮轨接触几何学的研究可知，轨底坡大小对轮轨几何接触点的位置及轮轨之间的受力大小有明显的影响。在曲线轨道上，外股长、内股短，只有轮对外轮的滚动半径大于内轮的滚动半径时，转向架才有良好的通过曲线性能，从而减少车轮对钢轨的滑动摩擦距离。曲线下股轨底坡较小时，车轮踏面接触位置内移，滚动半径增大，内外轮滚动半径差减少，滑动摩擦距离增大，从而加剧曲线外股钢轨的侧面磨耗。
2
5、曲线圆顺
曲线钢轨不均匀侧磨的形成与曲线的圆顺度有相当大的关系。曲线不圆顺就意味着曲线的半径不一致，有的处所半径变大，必然使有的处所半径变小，小半径曲线钢轨磨耗严重，大半径曲线钢轨磨耗较轻形成钢轨的不均匀磨耗，从而减少了钢轨的使用寿命。曲线圆顺度的不良直接引起轮轨横向力及导向力的改变，在圆顺度不良曲线范围内的后四分之一段内，从现场观察可知，在此范围内经常出现钢轨轨头最大侧磨点。钢轨接头处的支嘴和钢轨硬弯引起的曲线圆顺度不良，对钢轨轨头的磨耗影响尤为严重。要保持钢轨接头附近的侧磨均匀，有必要消灭“接头支嘴”，加强线路养护，确保接头夹板螺栓扭矩达到标准要求。
6、不同机车类型和行车速度
机车车辆通过曲线时会产生导向力和冲击角，而这两个因素又与机车车辆类型、机车转向架构造、牵引性能、固定轴距、行车速度、车轮踏面以及未被平衡的离心力有关。机车牵引力大、速度高、而且转向架固定轴距大，轮轴位置不对称，左右两端轴的横动量小，机车三轴转向架等导致了钢轨侧磨加快。
7、养护不当
曲线状态的好坏对钢轨侧磨产生直接影响，养护不良的曲线，钢轨侧面磨耗严重；反之，养护好的曲线，钢轨侧面磨耗就小，具体表现为：
1、由于日常养护工作中，不坚持定期拨道制度，在综合维修中不全面测量、计算，而采取简易绳正法拨正曲线，使曲线头尾控制不好，正矢超限，加之钢轨死弯、接头支嘴，直曲线连接不顺形成曲线鹅头，造成曲线不圆，从而增加了车轮作用于钢轨上的横向力，曲线半径愈小，横向力的分力导向力愈大，加剧了钢轨的磨耗。
2、超高顺坡不好，线路前后高低不好，引起列车在缓和曲线运动时的振动、摇晃和冲击，加剧钢轨的侧磨。
3、捣固不良、线路上有三角坑、暗坑和吊板病害或线路翻浆冒泥等都会加剧钢轨的磨耗。
（三）曲线钢轨侧磨减缓措施
如何减缓钢轨磨耗，延长钢轨的使用寿命，我对调查地段的现场调查和通过近几年有关数据的分析，认为采取以下措施有利于减缓曲线上股钢轨的侧面磨耗
1、设置合理的轨道几何尺寸包括：轨距，轨底坡，曲线半径，超高等等。曲线轨道几何尺寸的设置是根据列车运行速度和曲线半径确定的。通过适当调整轨道的几何尺寸可以改变轮轨间的受力，从而达到减缓钢轨轨头侧磨的目的。
2、加强轨道的养护维修，提高曲线圆顺度、高标准养护曲线、做好曲线的拨道工作、加强曲线的综合维修、加强对小半径曲线轨距扩大地段的整治、加强曲线设备增加横向道床阻力来提高曲线整体强度、加强扭力矩、加强钢轨涂油工作、有条件采用全长淬火轨或稀土轨、增强轨道弹性、提高科学管理水平。
总之，一个良好的曲线必须要以病害的基本点出发，并在其使用中发现问题及时解决，做到质量上防微杜渐，使其整个结构经常处于完好状态。
四、调研结论与建议：
我个人认为，钢轨侧面磨耗和轨道其他的永久变形一样，是不可避免的，但是通过各方面的努力，减少和缓和钢轨侧面磨耗是可能的。列车通过曲线时，轮轨产生两点接触以及在接触点上轮轨间的相互作用—滑移和摩擦是产生曲线轨道上股锅轨侧面磨耗的根源。实践表明，要减缓钢轨的侧面磨耗，必须从机车车辆、轨道以及轮轨关系等方面入手，改善轮轨的接触条件和摩擦条件。对此问题进行研究的目的是通过减缓曲线钢轨的侧磨，以及
3
降低轨道部件的力学伤损。通过多年的研究，已取得了一些突破性的成果。由于各条线路的列车运行情况不相同，所以影响曲线钢轨侧磨的因素就各不相同，采取的减磨措施也就各不相同。但目的只有一个，就是降低钢轨侧面磨耗的速率和减少轨道部件的伤损，延长钢轨的使用寿命，从整体上提高铁路运输的经济效益。
通过对曲线钢轨侧磨的成因理论进行了系统的总结、分类和评述，对曲线钢轨侧磨的影响因素进行了进一步的探索，并作为钢轨侧磨指标，系统分析了曲线钢轨侧磨的变化规律，现总结如下:
1、对牡丹江工务段管辖滨绥线381km+900m-583km+000m曲线共计215条，和83公里的直线。进行了关于钢轨侧磨的调查。现场测得的曲线钢轨侧磨数据的统计分析，得到了钢轨侧磨量与通过有关，并总结了曲线上股钢轨侧面磨耗的特征和发生、发展规律。
2、评价钢轨侧磨指标时得出，加大曲线半径有利于减缓钢轨的侧磨，因此从长远战略出发，增大干线铁路曲线最小半径标准是必要的;在准确测速确定平衡超高的基础上，设置欠超高有利于减缓钢轨的侧磨，但设置幅度不易过大，需要考虑旅客舒适度的影响:严格执行现有的轨距加宽标准，适当的减小轨距有利于减缓钢轨的侧磨。同时，增强轨道的弹性，加强轮轨之间的润滑都有利于减缓钢轨的侧磨。
3、曲线钢轨的不均匀侧磨的问题日益突出，严重影响钢轨的使用寿命，除了钢轨本身的问题外，它同工区对于曲线的养护维修水平有很大的关系。提高曲线的圆顺性，及时整治曲线正矢超限、钢轨硬弯、接头支咀等病害，加强轨道弹性，保持道床良好的弹性，提高作业标准，改进作业方法，均有利于减缓曲线钥轨的不均匀侧磨程度。
4、在曲线地段铺用强度较高的合金轨以及强度和硬度都较高的淬火轨，均是十分有效的减磨措施，同时从经济效益的角度出发，还应根据曲线半径的大小采用不同材质的钢轨。
5、加强曲线涂油是减轻钢轨侧磨的关键措施之一，结合调研地段涂油的现状和实际情况，大力发展工务添乘涂油，切实加强领导管理，确定合理的涂油周期，采用高质量的润滑剂，完全可以将涂油减磨效果提高到一个新的水平。
五、参考文献：
《技规》 《行规》 《修规》
《铁路线路百问百答》 《铁道工务》
《铁道工程技能鉴定》
《牡丹江工务段线路管理办法》
《牡丹江工务段2007－2010年钢轨台账》
4
曲线钢轨侧磨的原因及预防措施
