重载铁路钢轨侧磨预测及减缓措施研究

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重载运输是长距离货物运输方式调整的必然趋势,是增强运输效率的最佳措施,是我国铁路实现跨越式发展的重要标志[1]。受地形等因素的限制,我国重载铁路线路小半径曲线众多。众多的小半径曲线会加剧轮轨间的相互作用,使得轮轨磨耗问题尤为突出。而根据相关的资料表明,我国重载铁路小半径曲线上的外侧钢轨大概有98%是由于侧面磨耗超过规范设定的标准而报废的。基于此,本文将建立能够可靠预测钢轨侧磨发展的预测模型,基于该模型预测出不同的轨道参数以及运营条件等一些影响因素对钢轨侧磨发展的影响,绘制出钢轨侧磨发展曲线图,以求通过合理的参数设计来寻找能减缓钢轨侧磨发展的措施,研究成果将为相关部门维护铁路正常运营提供理论依据和参考,对延长钢轨服役时间,降低重载运输成本,提高重载运输效率,具有十分重要的现实意义。本文在总结了国内外学者关于钢轨磨耗的预测模型及方法和提出的一些减缓钢轨磨耗发展的措施基础上,针对重载货车在运营过程中凸显出的有关钢轨侧磨问题,对既有重载铁路线路进行了实测,获得了大量的数据,基于非椭圆轮轨接触理论以及改进的Archard材料磨损模型提出并建立了货车-轨道耦合动力学模型,应用该模型仿真分析某既有重载铁路线路下的钢轨侧磨发展情况与实测所得的该重载铁路侧磨值进行比较,以验证该模型的精确程度,最后通过改变货车-轨道耦合动力学模型中的某些轨道参数对该工况下的钢轨侧磨发展规律进行预测,基于所得的结果提出相应的一些措施来减缓钢轨侧磨的发展,以期为相关的部门维修铁路时提供理论依据和参考。结果表明:(1)对于曲线半径为500m,行车速度为65km/h等工况条件下,选取轨距为1440mm,此时的轨距加宽值为5mm,将有利于减缓钢轨侧磨的发展。在其他工况条件下,为了减缓钢轨侧磨的发展也可以适当的对轨距进行加宽,加宽值视具体情况而定。(2)在一定范围上,左右轨同时为1:40的轨底坡将有利于减缓钢轨侧磨的发展。(3)钢轨侧磨的发展速率随着超高的增大而增大,并且与均衡超高相比,欠超高将有利于钢轨侧磨的减缓。根据曲线线路的具体条件,在曲线条件允许的情况下,为减缓钢轨侧磨的发展可将超高设置为欠超高。(4)在情况允许的情况下,为了减缓钢轨侧磨的发展可将铁路曲线的曲线半径修建的尽可能的大,至少不低于800m。(5)经常对钢轨进行润滑可以大幅降低钢轨侧磨的发展速率。建议在小半径曲线的外轨位置安装钢轨润滑的装置,保证轮轨摩擦系数不高于0.3。
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