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鋼軌常見的幾種傷損情況介紹 鋼軌傷損是指鋼軌在使用過程中,發(fā)生折斷、裂紋及其它影響和限制鋼軌使用性能的傷損。鋼軌傷損種類很多,常見的有磨耗、剝離及軌頭核傷、軌腰螺栓孔裂紋等。下面介紹幾種常見的鋼軌傷損情況。 鋼軌傷損是指鋼軌在使用過程中,發(fā)生折斷、裂紋及其它影響和限制鋼軌使用性能的傷損。 為便于統(tǒng)計和分析鋼軌傷損,需對鋼軌傷損進行分類。根據(jù)傷損在鋼軌斷面上的位置、傷損外貌及傷損原因等分為九類32種傷損,用兩位數(shù)編號分類,十位數(shù)表示傷損的部位和狀態(tài),個位數(shù)表示造成傷損的原因。鋼軌傷損分類具體內(nèi)容可見“鐵道工務(wù)技術(shù)手冊(軌道)”。 鋼軌折斷是指有下列情況之一者:鋼軌全截面至少斷成兩部分;裂縫已經(jīng)貫通整個軌頭截面或軌底截面;鋼軌頂面上有長大于50mm、深大于10mm的掉塊。鋼軌折斷直接威脅行車安全,應(yīng)及時更換。鋼軌裂紋是指除鋼軌折斷之外,鋼軌部分材料發(fā)生分離,形成裂紋。 鋼軌傷損種類很多,常見的有磨耗、剝離及軌頭核傷、軌腰螺栓孔裂紋等。 下面介紹幾種常見的鋼軌傷損情況。 鋼軌磨耗 鋼軌磨耗主要是指小半徑曲線上鋼軌的側(cè)面磨耗和波浪磨耗。至于垂直磨耗一般情況下是正常的,隨著軸重和通過總重的增加而增大。軌道幾何形位設(shè)置不當(dāng),會使垂直磨耗速率加快,這是要防止的,可通過調(diào)整軌道幾何尺寸解決。 (1)側(cè)面磨耗 側(cè)面磨耗發(fā)生在小半徑曲線的外股鋼軌上,是現(xiàn)在曲線上傷損的主要類型之一。列車在曲線上運行時,輪軌的磨擦與滑動是造成外軌側(cè)磨的根本原因。列車通過小半徑曲線時,通常會出現(xiàn)輪軌兩點接觸的情況,這時發(fā)生的側(cè)磨最大。側(cè)磨的大小可用導(dǎo)身力與沖擊角的乘積,即磨耗因子來表示。改善列車通過曲線的條件,如采用磨耗型車輪踏面,采用徑向轉(zhuǎn)向架等會降低側(cè)磨的速率。 從工務(wù)角度來講,應(yīng)改善鋼軌材質(zhì),采用耐磨軌,例如高硬稀土軌其耐磨性是普通軌的2倍左右,淬火軌為1倍以上。 加強養(yǎng)護維修,設(shè)置合適的軌距、外軌超高及軌底坡,增加線路的彈性,在鋼軌側(cè)面涂油等,都可以減小側(cè)面磨耗的效果。 (2)波浪形磨耗 波浪形磨耗是指鋼軌頂面上出現(xiàn)的波浪狀不均勻磨耗,實質(zhì)上是波浪形壓潰。波磨會引起很高的輪軌動力作用,加速機車車輛及軌道部件的損壞,增加養(yǎng)護維修費用;此外列車的劇烈振動,會使旅客不適,嚴重時還會威脅到行車安全;波磨也是噪音的來源。我國一些貨運干線上,出現(xiàn)了嚴重的波磨。其發(fā)展速度比側(cè)磨還快,成為換軌的主要原因。 波磨可以其波長分為短波(或稱波紋)和長波(或稱波浪)兩種。波紋為波長約50~100mm,波幅0.1~0.4mm的周期性不平順;長波為波長100mm以上,3000mm以下,波幅2mm以內(nèi)的周期性不平順。 波磨主要出現(xiàn)在重載運輸線上,尤其是運煤運礦線上特別嚴重,在高速高客運線上也有不同程度的發(fā)生,城市地鐵上也較普遍。列車速度較高的鐵路上,主要發(fā)生波紋磨耗,且主要出現(xiàn)在直線和制動地段。在車速較低的重載運輸線上主要發(fā)波浪磨耗,且一般出現(xiàn)在曲線地段。影響鋼軌波磨發(fā)生發(fā)展的因素很多,涉及到鋼軌材質(zhì)、線路及機車輛條件等多個方面。世界各國都在致力于鋼軌波形磨耗成因理論研究。關(guān)于波磨成因的理論有數(shù)十種,大致可分為兩類:動力類成因理論和非動力類成因理論。總的來說,動力作用是鋼軌波磨形成的外因,鋼軌材質(zhì)性能是波磨的內(nèi)因。事實上單靠某一方面的分析來概括鋼軌波磨的所有成因是相當(dāng)困難的,而必須把車輛和軌道作為一個系統(tǒng),研究多種振動形成,從整體上進行多方面、多學(xué)科的研究,才能把握波磨成因的全貌。 打磨鋼軌是現(xiàn)在最有效的消除波磨的措施。除此還有以下一些措施可以減緩波磨的發(fā)展:用連續(xù)焊接法消除鋼軌接頭,提高軌道的平順性;改進鋼軌材質(zhì)采用高強耐磨鋼軌,提高熱處理工藝質(zhì)量,消除鋼軌殘余應(yīng)力;提高軌道質(zhì)量,改善軌道彈性,并使縱橫向彈性連續(xù)均勻;保持曲線方向圓順,超高設(shè)置合理,外軌工作邊涂油;輪軌系統(tǒng)應(yīng)有足夠的阻力等。 (3)鋼軌磨耗的允許限度 鋼軌頭部允許磨耗限度主要由強度和構(gòu)造條件確定。即當(dāng)鋼軌磨耗達到允許限度里,一是還能保證鋼軌有足夠的強度和抗彎剛度;二是應(yīng)保證在最不利情況下車輪緣不碰撞接頭夾板。《鐵路線路維修規(guī)則》中按鋼軌頭產(chǎn)磨耗程度的不同,分為輕傷和重傷兩類。波磨軌耗谷深超過0.5mm為輕傷軌。 接觸疲勞傷損 接觸疲勞傷損的形成大致可分三個階段:第一階段是鋼軌踏面外形的變化,如鋼軌踏面出現(xiàn)不平順,焊縫處出現(xiàn)鞍形磨損,這些不平順將增大車輪對鋼軌的沖擊作用;第二階段是軌頭表面金屬的破壞,由于軌頭踏面金屬的冷作硬化,使軌頭工作面的硬度不斷增長,通過總質(zhì)量150~200Mt時,硬度可達HB360;此后,硬化層不再發(fā)生變化,對碳素鋼軌來說,通過總質(zhì)量200~250Mt時,在軌頭表層形成微裂紋。對于彈性非均等的線路當(dāng)車輪及鋼軌肯有明顯不平順時,軌頂面所受之拉壓力幾乎相等,若存在微型紋,同時撓曲應(yīng)力與殘余應(yīng)力同號,會極大的降低鋼軌強度。第三階段為軌頭接觸疲勞的形成,由于金屬接觸疲勞強度不足和重載車輪的多次作用,當(dāng)最大剪應(yīng)力作用點超過剪切屈服極限時,會使該點成為塑性區(qū)域,車輪每次通過必將產(chǎn)生金屬顯微組織的滑移,通過一段時間的運營,這種滑移產(chǎn)生積累和聚集,最終導(dǎo)致疲勞裂紋的形成。隨著軸載的提高、大運量的運輸條件、鋼軌材質(zhì)及軌型的不適應(yīng),將加速接觸疲勞裂紋的萌生和發(fā)展。 軌頭工作邊上圓角附近的剝離主要是由以下三個原因引起的:由夾雜物或接觸剪應(yīng)力引起縱向疲勞裂紋而導(dǎo)致剝離;導(dǎo)向輪在曲線外軌引起剪應(yīng)力交變循環(huán)促使外軌軌頭疲勞,導(dǎo)致剝離;車輪及軌道維修不良加速剝離的發(fā)展。通常剝離會造成缺口區(qū)的應(yīng)力集中并影響行車的平順性,增大動力沖擊作用,又促使缺口區(qū)域裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展。缺口區(qū)的存在,還會阻礙金屬塑性變形的發(fā)展,使鋼軌塑性指標降低。 軌頭核傷是最危險的一種傷損形式,會在列車作用下突然斷裂,嚴重影響行車安全。軌頭核傷產(chǎn)一的主要原因是軌頭內(nèi)部存在微小裂紋或缺陷(如非金屬夾雜物及白點等),在重復(fù)動荷 載作用下,在鋼軌走行面以下的軌頭內(nèi)部出現(xiàn)極為復(fù)雜的應(yīng)力組合,使細不裂紋先是成核,然后向軌頭四周發(fā)展,直到核傷周圍的鋼料不足以提供足夠的抵抗,鋼軌在毫元預(yù)兆的情況下猝然折斷。所以鋼軌內(nèi)部材質(zhì)的缺陷是形成核傷的內(nèi)因,而外部荷載的作用是外因,促使核傷的發(fā)展。核傷的發(fā)展與運量、軸重及行車速度、線路平面狀態(tài)有關(guān)。為確保行車的安全,對鋼軌要定期探傷。 減緩鋼軌接觸疲勞傷損的措施有:凈化軌鋼,控制雜物的形態(tài);采用淬火鋼軌,發(fā)展優(yōu)質(zhì)重軌,改進軌鋼力學(xué)性質(zhì);改革舊軌再用制度,合理使用鋼軌;鋼軌打磨;按軌鋼材質(zhì)分類鋪軌等。 【打印本頁】
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