铁路曲线的特点及其养护方法探讨

摘要：自铁路问世以来，钢轨侧面磨耗就一直是铁路曲线上存在的问题。在小半径曲线上，外轨严重侧磨，内轨严重压溃，并且由于轨头的塑性变形而造成钢轨的波浪形磨耗，大大增加了铁路的运输成本，降低了行车质量，以上种种，迫使我们相关的从业人员必须对此问题进行深入的研究。

关键词：铁路曲线；特点；养护方法

中图分类号： TE833 文献标识码：A

在我国总的铁路营业里程中，有将近三分之一的线路是曲线。单就轮轨磨耗而言，情况严重的区段，机车走行数万公里轮缘就磨耗到限，钢轨每二三年就须更换，个别运量较大的线路不到一年就得换轨。因此，改善机车车辆曲线通过条件，减缓轮轨的磨耗速率，延长运输设备的使用周期，对于我国的铁路运输的经济效益具有特殊的重要意义。

1　铁路曲线的特点

机车车辆一般是依靠导向轮轮缘导向通过曲线的。由于机车轴重大，轴距长，通过曲线时轮轨间产生的横向作用力就较大，所以机车通过曲线要远比车辆困难。较大的轮轨横向作用力能引起较大的钢轨应力、较大的轮缘和钢轨磨耗，造成轨距扩大，严重时影响到列车的平稳运行。

机车车辆曲线通过有两个相互联系的研究内容：几何曲线通过和动力曲线通过。

几何曲线通过主要解决以下问题：确定机车车辆所能通过的最小曲线半径和为此目的所需的机车轮对横动量；给出机车车辆转向架通过曲线时的转心位置；确定在曲线上机车车辆转向架相对于车体的偏转角，以及车体与建筑限界的关系等等。

由于机车的轴距较长，从几何关系可知，为了便利机车车辆通过曲线，采取的措施是曲线轨距加宽，并使机车轮对具有一定的横动量。

1.1曲线上轮轨相互作用力

1.1.1运行形态

车辆转向架在曲线上运行时所处的位置，由于轮缘与钢轨工作边之间有游间，可以使轮对在轨道上横向移动。相应于行车速度和轨道条件可以有各种运行形态，亦即斜向运行—前轴轮对外轮冲击外轨工作边，而后轴轮对内轮冲击内轨工作边，

自由运行一前轴轮对外轮冲击外轨工作边，而后轴轮对轮缘与钢轨无接触，

弦形运行—前后轴轮对的两外轮都冲击外轨工作边。

车辆转向架在曲线轨道上的位置，应符合轮轨间在水平而上力的平衡条件。

1.1.2导向力及摩擦横向力

车辆进入曲线，因行驶方向的改变而产生的横向力分为两种形式加于轨道。一种是具有固定轴距的车架或转向架的前轴外轮通过轮缘加于钢轨，这时钢轨受到由轮缘传给的较大的横向力，同时轮缘也受到钢轨的横向反力作用，它使车辆的运行方向改变，故称为钢轨导向力。另一种是全部车轮因滑动而产生的摩擦阻力的横向水平分力，又称为摩擦横向力，以及与此相平衡的钢轨给与车轮的反力。

1.2机车车辆曲线通过形态

机车车辆动力曲线通过的理论计算结果和现场动态测试试验及观察结果都已证实，随着曲线半径的增大，机车车辆的动态曲线通过形态特征更加明显，并起着重要的影响作用。在300　m以上半径的曲线上，货车车辆处于动态曲线通过形态，机车的动力曲线通过形态特征要在半径更大的曲线上才能表现出来。在600m半径的曲线上机车基本上仍以稳态特征为主。

在半径300　m和600　m的曲线上，计算得到的轮轨冲角、轮轨横向力、轮对位移的动态波形表明，车辆处于动态曲线通过状态。虽然轮对偏向轨道外侧，但外轮轮缘并不与钢轨侧面经常接触，表明轮缘与钢轨侧面处于“若即若离”的状态。蠕滑力和蠕滑力矩。在蠕滑力和蠕滑力矩的共同作用下，轮对不断改变其运行方向。即轮对从某一位置沿由其锥度确定的滚动轨迹线前进，直到外轮轮缘与钢轨侧面接触、碰撞，改变轮对的运行方向.轮缘再一次脱离钢轨，运行一段距离，由轮对踏面锥度和轮对的外移量决定轮对的走行轨迹，使得轮缘再一次与钢轨侧面接触。这一过程的反复进行就造成了钢轨侧面的振荡型不均匀侧磨。

通过理论研究发现，车辆蠕滑导向的最小曲线半径约为900～1300m。在目前机车车辆及运行速度的条件下，对现场曲线钢轨侧磨的调查发现，当曲线半径达到1500　m，方可使得钢轨不产生侧磨。但随着在线路上运行的机车车辆类型的改变及列车速度的提高，钢轨不产生侧磨的曲线半径将发生变化。

2　铁路曲线病害

2.1曲线病害产生的原因

列车的运行由轨道来导向，车体在运行时，由于惯性的作用是不会改变方向的。尤其是在铁路线路上，而在曲线地段，轨道却不断的转变方向，迫使车体也不断的改变方向。因此，车体运行方向和曲线轨道的方向总是相互矛盾着的。曲线地段是铁路线路上的薄弱环节之一，在一般的地形条件下，铁路曲线约占正线延长线的30%，提高曲线的养护质量，对均衡提高线路的质量，延长轨道各部的使用寿命，保证行车安全有着重要的意义。

2.2曲线病害的分类

铁路线路曲线病害主要有：方向不良，轨距不符，水平超限，轨底坡不统一，曲线钢轨侧面磨耗，剥落掉块和波浪形磨耗。由于在曲线地段车轮对钢轨产生的反向力，使曲线地段的线路承受着多方向的作用力。因此线路的曲线地段，特别是小半径的曲线地段是铁路三大薄弱环节之一，特别值得重点保护。

3　曲线地段的养护

3.1曲线地段的养护原则

曲线时线路上的病害多发地段，应加强养护，坚持“预防为主，防治结合，修养并重”的原则。尤其是那些病害的多发、易发地段，特别应当加强防护的事小半径曲线地段。从设备上加强曲线，使路基参数达到设计标准。路肩平整，排水良好，整治路基病害，防止路基基础变化带动上部建筑的变形，并按规定更换失效的轨枕。根据设计的曲线要素正确测定曲线位置，及时安设曲线头尾标志固定曲线位置。正确测定现场正矢，用计算机进行拨正计算，全面拨正线路。

3.2设置正确的曲线外轨超高

曲线外轨设置超高的主要目的是使车体倾斜，用重力的向心分力平衡列车在曲线上运行时产生的离心力。超高过大时，道床外侧肩部的道碴容易坍落，增大养护维修工作量。

外轨超高的设置方法，通常采用以内轨为基准，抬高外轨来实现。在高速铁路上，为减轻车辆重心的上下变动和避免过长的缓和曲线，日本在高速铁路上采用将内轨降低曲线超高之半，将外轨抬高曲线超高之半的方法来设置曲线超高。

结语

近年来，随着经济的发展，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。除了钢轨、扣件、轨枕的其他一些伤损增加外，曲线钢轨的侧磨是一个比较突出的矛盾。我们相关的工作者，要从力学、材料、机械、摩擦磨耗及润滑的研究下功夫，并要做好长期研究的准备.

参考文献

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[2]王雪梅.　无损检测技术及其在轨道交通中的应用[M].西南交通大学出版社.　2010.

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