[科普中國]-鞍形磨耗

鞍形磨耗(saddle wear of rail)是指形似馬鞍形的鋼軌垂直磨耗現(xiàn)象。多發(fā)生在普通線路接頭區(qū)，標(biāo)準(zhǔn)軌軌端常被打塌，軌端淬火長度20-70mm上因硬度較高而成鞍峰，緊接則為鞍谷，磨耗深度一般為2.5-6mm，總長度為200-300mm。在鋪設(shè)混凝土軌枕的地段這種現(xiàn)象比較明顯，發(fā)展也較快。此外，在未經(jīng)熱處理的鋼軌焊接接頭區(qū)也時(shí)有發(fā)生。

簡介鞍形磨耗(saddle wear of rail)是指形似馬鞍形的鋼軌垂直磨耗現(xiàn)象。多發(fā)生在普通線路接頭區(qū)，標(biāo)準(zhǔn)軌軌端常被打塌，軌端淬火長度20-70mm上因硬度較高而成鞍峰，緊接則為鞍谷，磨耗深度一般為2.5-6mm，總長度為200-300mm。在鋪設(shè)混凝土軌枕的地段這種現(xiàn)象比較明顯，發(fā)展也較快。此外，在未經(jīng)熱處理的鋼軌焊接接頭區(qū)也時(shí)有發(fā)生1。

形成鞍磨的原因1.接頭枕下硬層

在同樣條件下，木枕線路很少出現(xiàn)鞍磨，即使出現(xiàn)也是輕度的。因木枕的剛度比混凝土軌枕小，彈性變形大，這是其一。木枕線路比棍凝土軌枕線路容易穩(wěn)定，因而搗固次數(shù)、鎬數(shù)和強(qiáng)度遠(yuǎn)較混凝土軌枕為低，所以木枕下不易出現(xiàn)硬層，道床彈性也就好得多，總之，木枕線路的鋼軌基礎(chǔ)彈性始終是良好的，能夠通過變形大量吸收輪軌沖擊能，所以不易出現(xiàn)鞍磨。

值得注意的是，在鋼梁橋面上由于枕下基礎(chǔ)是堅(jiān)硬的鋼梁，所以鋼軌淬火過渡區(qū)也有鞍形磨耗，磨耗區(qū)也在接頭橋枕上。

硬層是造成鞍磨的重要條件，但不是充分條件，它必須和其它條件配合起來才能形成硬層。

2.大軌縫

大家都有一個(gè)共同的認(rèn)識(shí)，即混凝土軌枕線路害怕大軌縫。10mm以上的軌縫就足以使車輪和軌端發(fā)生劇烈地沖擊。這就在接頭附近范圍內(nèi)大大增加了車輪動(dòng)壓力。1965年，日本國有鐵道部發(fā)表一個(gè)試驗(yàn)報(bào)告指出，當(dāng)軌縫達(dá)到時(shí)，接頭處的鋼軌振動(dòng)加速度為中間的5倍以上。

3.低接頭和高抬接頭

低接頭和高接頭都是線路不平順的表現(xiàn)形式，它們的存在使接頭附近范圍內(nèi)產(chǎn)生附加動(dòng)壓力。

4.接頭“空板”

棍凝土軌枕線路養(yǎng)護(hù)不良時(shí)，接頭軌枕很容易出現(xiàn)空吊現(xiàn)象。形成空板后產(chǎn)生附加動(dòng)壓力，加劇接頭沖擊。

5.鋼軌淬火過渡不良

現(xiàn)用的鋼軌淬火硬度遞減長度太短，在淬火過渡區(qū)軌面硬度幾乎是突變的。這就使相差懸殊的變形量在過渡區(qū)街接不起來，形成一個(gè)馬鞍形1。

鞍磨的后果鞍磨是軌面上的短急不平順，它增大了車輪動(dòng)壓力，由它而引起了車輛、線路的強(qiáng)烈振動(dòng)，再結(jié)合硬層等因素而造成低塌接頭。

鞍磨對車輪動(dòng)壓力究竟有多大影響，我們根據(jù)已有資料作了計(jì)算。因?yàn)橛?jì)算過程十分繁復(fù)，這里不再贅述，詳細(xì)計(jì)算過程將在另外的文章里闡述。機(jī)車、車輛對線路的動(dòng)力作用屬于系統(tǒng)振動(dòng)范疇。因而用振動(dòng)理論來計(jì)算比較合適。

線路上因鞍磨而存在短急不平順后，鋼軌上所受輪壓力將比平順線路多兩個(gè)部份第一部份是簧上結(jié)構(gòu)質(zhì)量和簧下結(jié)構(gòu)質(zhì)量因不平順而得到初位移和初速度后，發(fā)生自由振動(dòng)所生的附加垂道力第二部份是輪子在不平順范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)發(fā)生的強(qiáng)迫振動(dòng)所生的附加垂道力。對簧上結(jié)構(gòu)和簧下結(jié)構(gòu)分別建立動(dòng)力平衡微分方程。采用鞍磨實(shí)測資料和機(jī)車車輛有關(guān)參數(shù)，經(jīng)過一系列計(jì)算后，可求得微分方程的數(shù)值解。

求解結(jié)果表明，實(shí)測的一千多個(gè)鞍磨波形中，比較嚴(yán)重的那些，能使車輪動(dòng)壓力增大36%以上?，F(xiàn)場調(diào)查資料也說明了這一點(diǎn)：幾乎有87%的低塌接頭是由鞍磨引起的2。

處理鞍磨的辦法最好的辦法當(dāng)然是大刨、大篩、大換，再進(jìn)行鋼軌打磨。但這樣做要在一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)投入大量勞力，還相當(dāng)困難。

1.用電砂輪打磨小車把鞍磨波峰磨掉。

2.刨去接頭5孔范圍內(nèi)的道心硬層上部，使道心硬層頂面低于枕下硬層，并向線路兩側(cè)作成排水坡，再刨去軌枕兩端的道床邊坡硬層。

3.對刨出的混碴進(jìn)行清篩倒換。

4.進(jìn)行接頭6根軌枕的墊砂。墊砂的作用有二：一為消滅接頭“空板”、低接頭；二為增加彈性，起減振作用。

5.調(diào)整軌縫，消滅大軌縫。

6.整理扣件、墊扳，使之處于良好狀態(tài)3。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)