分析轨道结构的受力情况,搞好线路维修

摘 要本文将轨道结构视为连续的大工程结构，分析其受到的外力，研究其破坏形式。对既有线路提出了线路维修工作的基本任务和要求。

关键词轨道结构；轮重；竖向力；横向力；纵向力；轨道变形；脱轨；轮轴比

中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)032-0136-01

随着国民经济的飞速发展，在铁路建设的力度相应加大的同时，也提高了机车车辆轴重和列车速度，增加了运输密度和列车载重以及采用多机牵引制式。这样，对于既有线路而言，运输条件完全改变，对铁路工务的轨道维修提出了新的要求。轨道结构是一个连续的大工程结构，它的特点是边运营、边破坏、边维修。而轨道的破坏又是有规律的，只有认识和掌握这些规律，才能有的防失，采取有效措施，对病害进行有针对性的整治和处理。

1分析作用于轨道上的力

列车作用于轨道上的力有三种：一是车辆重量传来的竖向力；二是横向力；三是纵向力。

1）轮重：垂直钢轨面的正压力，它由五方面组成。①静止时的轮重。②车辆运动时摇杆推力的垂直分力；起动时较大，可达静止轮重的50%。③列车经过曲线时未被平衡掉的离心力产生的垂直分力；在高速运动时较大（日本将它定为不大于静止轮重15%）。④由机车车轮运动时产生的摇摆惯性力分解的垂直分力，可达轮重的20%（轨道方向不良，惯性力就越大）。⑤由于钢轨面或车轮踏面的伤损及轨道不平顺而产生的机车簧下部分惯性垂直力，可达轮重的40-60%。

2）横向水平力，由三方面产生。①机车车轮通过曲线时，转向架上车轮因滑行而产生的摩擦力的横向水平分力。②列车通过曲线时未被平衡掉离心力产生的横向水平力。③机车车轮摇摆时进行蛇行运动，而产生的横向分力。此三种力总和一般不会大于轮重的50%。

3）纵向力，它由四方面组成。①轨温变化时引起的纵向力。在纵向力中它最大。

轨温力Pt=2E△tF

其中2：钢轨线膨胀系数；

 E：钢轨钢弹性衡量；

 F：钢轨断面面积；

  △t：轨温变化（升、降）系数。

②在坡道区段机车运行时产生的纵向力。它与轨温力叠加，是大坡道钢轨产生爬行的主要原因。③机车加速或制动时产生的纵向分力。④通过曲线时车轮因滑行而產生的摩擦力的纵向分力。

纵向力是产生钢轨爬行、轨缝顶死、脱轨跑道、螺栓拉断的主要外力，在日常的维修保养时必须引起足够的重视，尽量减小它产生的危害。

2列车外力对轨道的破坏主要有以下几种情况

1）轮重引起的轨道变形破坏。轨道由钢轨、枕木、道床、路基组成。我们可以将轨道视为等间隔支撑的连续梁。轮重引起的轨道变形，主要表现是下沉。其对轨道破坏有以下几种形式：①轮重引起的钢轨下沉使钢轨产生挠度，下沉量大小与钢轨抗挠刚度和钢轨单位支撑弹性系数成正比，与轨重成反比，与轨底垫的胶垫弹性系数成反比。②钢轨接头下沉量比其它部位增大4倍。它与轨缝大小、轨头错牙、轨面不平顺成正比。③枕木下沉产生的挠度与材质、轨枕长度、间隔尺寸、轨枕断面有关。④道床下沉：道床的作用是把钢轨传给枕木的压力，通过道床进行扩散，从而减轻对路基压力。其主要特点有流动性、参与变形、受振动的敏感性。即在列车荷载反复作用下，道床由弹性变形，逐渐产生残余变形。随着列车荷载反复的长时间作用，残余变形累计加快，从而破坏了道床的稳定。

2）横向力引起的轨道变形。横向水平力引起轨道破坏与轮重引起破坏不同，横向水平力破坏快，对行车安全有重大关系。主要表现为以下几个方面：①道钉挤歪，轨距扩大。经实验，当道钉挤压应力为弹性极限时，车轮横向力表示为Q1.9+0.3P.P为车轮静荷载。此式为通过曲线时允许限度的目标值。当道钉应力为屈服极限时，Q2.9+0.3P。此式是不能超过的规定值，否则，道钉挤歪（混凝土轨枕档肩破损），轨距扩大，产生脱轨。②钢轨位移，同时发生脱轨现象。③脱轨系数：脱轨系数是衡量车轮在横向力作用下是否爬上轨面脱轨的指标。表示为：

Q/P。评定车辆安全运行合格标准Q/P1.2。但为了增大安全储备，其标准设定为Q/P1。

轮横向力对轨道的破坏最严重的形式是轮轨关系脱轨，特别是在小半径曲线，绝对不能增加横向力。脱轨大致可分为五类：①车轮爬轨脱轨：因横向力挤压钢轨轮缘滚上钢轨顶面脱轨。一般发生在顺向行车。②车轮滑上钢轨脱轨：因横向力挤压钢轨，使轮缘边旋边滑上轨面而脱轨。一般发生在逆向行车。爬行和滑上钢轨脱轨，有一个共同点就是车轮对钢轨作用时间大于0.05秒，轨顶或轨外侧都有轨痕、磨伤痕迹。据我国统计脱轨形态大多是爬轨脱轨。③车轮跳轨脱轨：它是在横向力和横向加速度都很大，车轮猛冲钢轨，脱轨系数超出安全限度，作用时间小于0.05秒时发生的脱轨。一般发生在超速行车，轨头没有痕迹。④车轮悬浮脱轨：当作用于钢轨的轮重减少到零，车辆侧车轮悬起，此时受横向力作用，车轮横移到轮头外侧脱轨。我国多发生在车体刚性大的棚车和超高、递减率小的缓和曲线。⑤轨道破坏脱轨：发生在车辆产生巨大横向力使钢轨侧翻和轨排横移的大坡道、小曲线、轨道状态严重不良区段。

可见，列车机车产生的对轨道的外力是不可避免的，但我们工务部门的维修任务是要及时发现外力对轨道的破坏，分析出产生病害外因和加速破坏的机因，进行有效的整治。在整治的过程中减少盲目性，提高有效性。

3运输条件的不断变化对轨道结构同样会产生很大影响

1）牵引动力的影响：内燃、电力机车的使用是运输发展的必然结果。牵引动力的变化加速了钢轨疲劳、伤损以及磨损。因为内燃机车车轮径小，轮轨接触应力大，超过钢轨允许应力，促使钢轨磨损加剧。

2）货运密度的影响：货运密度越大，轨道残余变形的累计越大。因此可供维修上道作业时间越短，因无法上道作业病害无法整治，这样形成了恶性循环。

3）运输组织和牵引定数的影响：采用编组超重列车、超长列车和组合列车的运输形式，加重了钢轨负担。经权威部门测试，与普通列车比造成钢轨接头的垂直力增加20-29%，曲线外股钢轨横向位移增大73%，钢轨应力增大20%。

综合上述影响，经测定我们得出如下结论：25吨轴重比21吨轴重轨道残余变形增加80%，行车速度80KM/H比60KM/H残余变形增加86%，通过总重8000万吨比6000万吨的残余变形增加67%。为此工务维修工作要着眼运输长远规划，轨道建设要有充足的技术和能量储备，否则设备改造跟不上运输条件改变，必定给运输安全带来隐患。

4结论

总之影响轨道结构的因素是多方面的、变化的。我们要贯彻预防为主的方针，把消灭设备安全隐患放在第一位。搞好线路维修必须要进行综合治理，推行养路机械化，减少有害劳动，这样才能事半功倍，卓见成效。

参考文献

[1][日]佐藤吉彦.徐涌,译.新轨道力学[M].北京:中国铁道出版社,2001.

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