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第44届三等奖论文---矿区小半径曲线磨耗钢轨整治对策与再利用

矿区小半径曲线磨耗钢轨整治对策与再利用

铁路运输部     马  林  孙  强

摘  要  通过采用楔形胶垫改变轨底坡减缓钢轨头部侧磨及安装轮轨润滑装置降低轮轨磨耗等措施,解决小半径曲线钢轨磨损严重问题,科学地延长钢轨使用周期,对小半径曲线地段更换下来的闲置磨耗钢轨进行再利用,以降低养护维修成本及工作量,保证运输生产安全。

关键词  小半径曲线 整治对策 磨耗钢轨 调边再利用 降低成本

运输部现有自营铁路近220余公里,担负着矿区煤炭外运及生产材料的运送等繁重任务。由于矿区地形条件复杂,曲线线路占有很大比例,其中包含很多小半径曲线。近年来,随着集团公司的发展趋势,煤炭运量增长,加之2003年的机车类型由蒸汽机车机车改为内燃机车后,钢轨的侧面磨耗速度加快,尤其是在小半径曲线地段钢轨的侧面磨耗尤为严重。据统计2008年至2015年时期,工务段平均每年更换曲线磨耗钢轨(钢轨型号为50kg/m)近160根,钢轨侧面磨缩短了钢轨的使用寿命,不仅浪费大量的材料费和人工费,而且还影响运输任务的完成,对运输安全带来很大威胁。因此如何减缓小半径曲线钢轨侧面磨耗,科学地调边使用铁路曲线磨耗钢轨进行再利用,从而延长钢轨使用寿命,使得线路运行质量进一步提高,运营成本不断降低已成为铁路运输部近年来技术革新和研修的方向。

1小半径曲线钢轨磨耗造成的主要病害

钢筋混凝土轨枕地段轨距、方向保持不住,轨枕胶垫出现内厚外薄、胶垫压损很多,80%的胶垫都更换了,外口尼龙座破损率达到35%,混凝土轨枕外口承轨槽挡肩因钢轨横向力增大破损失效率达到5%,下股钢轨压溃严重,联结零件损坏率高。

轨道几何尺寸易超限,小半径曲线上高低、轨距、正矢相对其他线路容易发生变化,保持的周期短,特别是轨距扩大病害相当普遍,并且随着钢轨侧磨的增加而逐渐加剧。

小半径曲线上联接零件承受的冲击力和横向作用力都比较大,在相同扭力距的情况下,小半径曲线联接零件容易松动,当冲击力和横向力达到一定值时易造成夹板及接头螺栓折断。混凝土枕立螺栓失效、枕木道钉浮离、轨距杆折断、轨掌压裂等病害。

线路坑洼,道床弹性严重不良或不均匀地段及多种病害的叠加。迫使曲线钢轨侧磨耗加剧,安全行车系数降低。

2曲线磨耗整治对策

近年,工务部门针对矿区铁路曲线钢轨磨耗原因进行分析,下大力度进行整治,经过9年各项整治措施的实施和实践证明,通过以下两个方面减缓曲线磨耗见成效。

2.1采用楔形胶垫改变轨底坡减缓钢轨头部侧磨,延长钢轨使用周期。

自从1965年起,轨底坡由1:20改为1:40之后,发现矿区西干线DK0+700(R=300m上行线)、DK7+360(R=400m)、DK7+960(R=400m)、DK10+050(R=400m)、DK10+080(R=400m)、DK12+750(R=450m)、DK15+100(R=400m)、DK18+450(R=450m)、DK19+500(R=450m)、DK39+450(R=400m)及大隆南联络线DK0+276(R=250m)、南干线DK5+130(R=250m)、晓南矿专线DK0+300(R=250m)、北干线DK1+713(R=250m)曲线区段的14个小半径曲线磨耗随着列车运量的增大和内燃机车的转型完成,曲线钢轨侧磨愈加严重。

为了小半径曲线安全行车,减缓曲线磨耗,根据铁道研究院关于研究改变轨底坡减缓曲线磨耗钢轨的实验实践理论依据,对小半径曲线采用楔形胶垫调整轨底坡,例如对西干线DK10+080(R=400m)千万吨曲线、西干线DK19+500(R=450m)羊草沟曲线、南干线DK5+130(R=250m)辽河屯桥北曲线、晓南矿专线DK0+300(R=250m)的4处小半径曲线进行试验,把下股钢轨轨底坡加大到1:22,上股钢轨轨底坡仍保持1:40,则外轨所受的横向力减小,绝大多数轮对以蠕滑导向通过曲线,轮轨冲角也较小,这种情况的钢轨头部侧磨指数比标准轨底坡的对应值减小了近一半,与上股钢轨加大轨底坡的对应值相差数倍,有效减缓钢轨轨头的侧磨。

未使用楔形胶垫前,在小半径曲线上,造成外轨严重侧磨,内轨严重压溃,按照《铁路线路修理规则》规定,曲线上下股钢轨必须全部更换。采用楔型胶垫调整轨底坡后,效果明显,曲线下股钢轨在既有线中没有压溃受损现象,钢轨正常使用,曲线上股钢轨磨耗减轻。采用楔形胶垫调整轨底坡后,可延长钢轨使用寿命3年以上。

2.2安装轮轨润滑装置,降低轮轨磨耗。

润滑对钢轨减磨起着十分重要的作用。我国《铁路节能技术政策》中强调指出:内燃机车要加装新型轮轨自动润滑装置,减少轮轨磨耗和阻力,降低机车能耗。

济南铁路局科研所已研制出固体润滑棒,使用效果良好,该润滑棒的固定架安装在转向架上,用弹簧装置将润滑棒顶向轮缘,当车轮转动时,润滑剂就涂到轮缘上,这样可以使轮缘与钢轨头侧面的摩擦系数降低到0.06,从而达到降低轮轨磨耗的目的。而且这种润滑棒不会引起车轮踏面与轨面的污染。目前这种润滑棒被各国的地铁广泛采用。

以2015年机务段为例,就安装碳棒润滑装置取得了较好的效果。该段机车在安装了轮轨润滑装置后,除机车因车轮和钢轨寿命延长,产生的巨大社会效益和经济效益之外,每台机车每年可节省旋轮(或换轮)费用1万元,延长钢轨使用寿命1至2年。

安装轮轨自动润滑装置,不但可以减缓轮缘的磨耗,而且经济效益十分可观。

3曲线磨耗钢轨调边再利用技术和线路设备修理标准

工务部门深挖内潜,进行小改小革活动,以提质、降本、增效以及推进精细化管理。从曲线上换下来的磨耗超限钢轨,及时回收集中,按《铁道旧轨使用和整修技术条件》(附表)的规定分类、划分等级与整修后,用于采煤沉陷区线路中,次要线路的改造、升级中和处于因长期制动地段钢轨重伤的既有线路中调边再利用。

附表  曲线磨耗再用轨的分级及技术条件

 

 

伤损项目

伤损限值

一级

二级

三级

四级

50kg/m

50kg/m

50kg/m

50kg/m

 

磨耗

垂直磨耗(mm)

<3

<4

<5.5

<8

侧面磨耗(mm)

<5

<10

<11

<12

波浪磨耗谷深(mm)

<0.1

<0.1

<0.5

<0.5

 

锈蚀

轨底边缘剩余厚度(mm)

≥8

≥8

≥6

≥5

轨腰剩余厚度(mm)

≥14

≥14

≥11

≥10

轨腰和轨底圆弧

<4

<4

<5

<5

轨头下颚透锈裂纹

剥离掉块深度和长度(mm)

深度<0.5,长度<5

深度<1.5

长度不限

深度<2.5

长度<15

深度<3.0

长度<15

表面擦伤深度(mm)

<0.5

<1.5

<1.5

<2.0

剥离裂纹长度(mm)

0

<1.5

<1.5

<2.0

轨距挡板卡深度(mm)

<3.0

<3.0

<3.5

<4.0

低头及压堆(mm/m)

≤0.5

<1.5

<1.5

≤2.0

一侧肥边(mm)

≤1.0

≤3.0

≤2.0

≤3.0

铁路线路换轨施工应严格执行《铁路线路修理规则》,按要求达到线路设备修理标准中的线路轨道静态几何尺寸容许偏差管理值的规定,满足列车安全运营条件。

4减缓曲线钢轨磨耗的合理化建议

对目前已被证实具有良好减磨效果的措施,应进一步加大推广应用力度。例如:引进高强度耐磨钢轨,开发新型闸瓦,径向转向架等,进而达到节能、降耗和增效的目的。

5使用磨耗钢轨调边再利用技术的经济效益

近年把满足技术条件的闲置磨耗钢轨按类型先后铺设到了正线、站线、到发线等处的线路养护和维修中,使其得到广泛使用。不仅延长了钢轨使用寿命,减少了资源浪费,也为企业节省大量资金。

将施荒地站台上行线的直线段达到重伤的50kg/m钢轨,采用同类型满足技术条件的磨耗钢轨进行调边使用,更换钢轨全长600m。

将会让站北联曲线短轨及接头伤损超限的50kg/m钢轨,采用25m长满足技术条件的同类型磨耗钢轨进行调边使用,更换钢轨全长675m。

三家子北联沉区、会让站沉区、小康三连桥沉区、晓南站沉区、大隆站沉区、孤榆树站沉区因矿井采煤沉区线路下沉,为防止沉区钢轨轨缝挤瞎和拉大,发生安全事故。采用满足技术条件的同类型磨耗钢轨进行调整轨缝,加工钢轨共计6750m,并按《铁路线路维修规则》规定线路上个别插入短轨,在正线上不得短于6m。

对跃进沟、工人街、姜家、梁家站内、机务段、西岗子、四家子粮库、调隆路等20座道口采用满足技术条件25m长50kg/m的磨耗钢轨加工安装护轨,共计550m。

对辽河屯桥、中央干渠桥、蛇山沟桥、郝家沟桥、太平山后桥、平山前桥、新开河桥、调兵山立交桥、黄花岭村桥等18座桥梁采用满足技术条件25m长50kg/m的磨耗钢轨加工安装护轨,共计375m。

对大隆南牵出线、大平西牵出线、法库站5线既有线路延长线路,满足装、卸车条件,采用满足技术条件25m长50kg/m的磨耗钢轨铺设线路共计1550m。

以上采用磨耗钢轨型号为50kg/m,按2019年新钢轨的市场采购价格为5860元/t,工务部门采用满足技术条件的曲线磨耗钢轨调边再利用技术,50kg/m钢轨按每m质量为51.514kg计算,节省新进钢轨540.897t,则节省材料费用合计3169656元。

6采用整治措施和磨耗钢轨调边再利用技术的应用前景

经整治,曲线钢轨磨耗得到了有效控制。采用磨耗钢轨调边再利用后,不仅延长钢轨使用寿命,也减少了新钢轨材料费用的支出,给企业带来了良好的经济效益。同时,线路几何尺寸达到了技术标准,线路质量也明显提高,机车运行安全平稳,保证了铁路运输安全。为今后的节支降耗工作和磨耗钢轨再利用技术的提高和推广使用打下稳定基础。

作者简介:马  林(1967-)男,工程师。1989年毕业于西南交通大学铁道工程专业,现任铁路运输部工务段段长。联系电话:15141019366。