利用再用钢轨进行无缝线路设计.docx

利用再用钢轨进行无缝线路设计 (内蒙古铁道勘察设计院有限公司，内蒙古 呼和浩特 010050) 摘 要： 文章论述了将再用钢轨应用于无缝线路设计 的技术依据，并对再用钢轨的力学和机械性能进 行了分析， 列举了国外的实践应用，指出将再用钢轨进行无缝线路设 计是可行的；为了 更好地合理使用钢轨，提出对第一次下 道时的通过总重应给予足够的认识。 关键词：再用轨；无缝线路；钢轨分级使用 中图分类号：TF09 文献标识码：A 文章编 号： 10076921(XX)11011002 钢轨是重要的运输器材，是线路上部建筑的重要部件， 它占整个轨道结构资产的大部分。按 铁路“十五”计划和 “中长期铁路网规划”，未来 1 5 年内我国将建设客运专 线 12 万 km， 完善路网布局及西部开发建设新线 16 万 km，既有线增建二线 1.3 万 km，既有线电气化改造 16 万 km。预计每年铁路建设需钢轨约 40 万 t，加上既有 线路每年大修和维修需钢轨约 80 万 t ，我国铁路用钢轨的 年需求量将达 120 万 t 左右2 。这是一个非常庞 大的数字，所 以钢轨的合理使用对于节省投资和资源具有 重要意义。 1 用再用钢轨进行无缝线路设计的技术依据 这里所说的再用钢轨并不是指钢轨在达到极限运量之 后，撤换下来再次使用；而是在技 术经济分析的基础上， 形成钢轨的分级使用制度，让重型新轨在繁忙干线上使用 一定时间后 ，撤换下来经工厂综合整修，再铺到次一级线 路上使用。这样，在繁忙干线上始终使用着状 态较好的重 型钢轨： 而将经整修的重型钢轨铺到次一级线路上，加强 了次一级线路的轨道 结构，降低了维修费用，这样就形成 了钢轨使用的良性循环。 一般说来，钢轨的大修周期是根据钢轨的磨耗和伤损 来决定的，我国对 50kg/m 轨的使用 寿命定为 450Mt(短轨) 和 550Mt(长轨)，对 60kgm 暂定为 800Mt。其实钢轨的使 用寿命还更长 ，例如有的 50kg/m 轨，通过总重达 800Mt 还未大修。所以对于那些使用年限为几年的，通过 总重为 250300Mt 左右的钢轨，其二次使用的潜力还很大，如兰 新线更换的长轨条，原更换 的长轨条使用年限才 6 年，通 过总重为 250Mtkmkm，根据铁路线路设备大修规则 第 1 03 条规定大修周期为 550Mtkmkm，也就是说 钢轨还可通过总重达 300Mtkmkm，如 果在二次使用之 前在工厂进行维修检测处理，其使用寿命就更长。 740)this.width=740“ border=undefined 旧轨与低一级新轨的截面模量和惯性矩的比较如表 1 所示。由表 1 可知，从强度上来说， 经整修后的重型钢轨 用到次一级线路上是可行的。 国内外研究表明，钢轨在使用过程中，机械性能发生 了变化，其主要指标及变化规律如下 1 ： 1.1 残余应力 钢轨在轧制过程中，内部产生一定的残余应力，经多 年使用后残余应力将衰减，并逐渐趋于 稳定，约为 80160MPa。 1.2 疲劳强度 钢轨在使用过程中，疲劳强度逐渐下降。如我国对 60kgmU74 钢轨的试验表明，当应力循环 特性 R=RminRmax=-7，循环从 3325 万次增长到 200 万次以 上时，疲劳强度由 22t 下降到 17t ：当 R=0，循环从 84 万 次增加到 200 万次时，最大荷载从 44t 下降为 40t。 1.3 轨顶的硬度发生变化 使用中轨面逐渐变硬，末淬火钢轨新轨硬度约为 HB260270；通过的总重达 1015Mt 后，硬 度开始增长； 当通过 150200Mt 后，硬度增至 HB360；在达 200Mt 后， 硬度基本稳定；达规定 使用时期，轨顶硬度达 HB410420。随着表面硬度增加，在轨头踏面上形成细微 裂纹，继而 发生可见裂纹，然后造成金属剥离，引起钢轨 伤损增加。淬火轨面硬度在整个使用过程中变 化不大。 1.4 冲击韧性和静强度下降 钢轨在使用过程中，其破坏荷载(P)、破坏前的最大弯 曲挠度(f)和最大破坏荷载作用下的破 坏功(A)均逐渐降低， 并在使用过程中产生伤损，再次铺到线路上很快就开始破 坏，因此必 须经过整修。将撤换下来的钢轨送往工厂整修， 经切除伤损部位、焊补、踏面刨削、调直、 热处理等工序， 旧轨的使用性能得到较大提高。 综上所述，大修更换下来的钢轨，只要剔除伤损部位， 经过轨头刨削整修，并经严格探伤检 查，其弯曲强度和抗 疲劳强度均能满足使用要求，因此钢轨的二次使用在技术 上是可行的。 2 国外的应用 在国外，钢轨的再利用已经研究和实践多年，美国、 德国、英国和法国铁路对旧轨的再用都 有相应的制度。 前苏联钢轨的使用寿命，P75 型钢轨通过总重为 600Mt，P65 型钢轨通过总重为 500mt，P50 型 钢轨通过总 重为 350Mt，换下的旧轨由工厂整修后再用于次要线路。日 本(So=l067mm)53kg m 钢轨的使用寿命为 250300Mt， 换下的旧轨整修后再用。 原苏联铁路在 50 年代便开始对钢轨的再用进行研究。 如西南铁路局将大修时换下来的钢轨， 修理后铺入年运输 密度为 25Mtkm/km 的线路上，维修费用降低 7080%。 同时还将旧轨 焊接成 400825m 的长轨条，用于无缝线路。 南方铁路局使用的 P65 轨混凝土枕无缝线路在大 修间隔中， 几乎不进行中修，而是在通过总重 600700Mt 之后，将钢 轨撤换下来，进行维修 后再次使用。在一系列科研和实践 的基础上，前苏联交通部就旧轨的再用在规范中都作了规 定。根据这些规定，旧轨可用作更换单根伤损轨和重伤损 轨，以保证所有级别铁路线路的正 常运行，并用于运输密 度小于 10Mtkm/km 的线路、站线及专用线，并可用于新 建的非繁忙 线路、站线及专用线。 旧钢轨的修理及焊接作业包括如下内容：机械化装卸、 钢轨清洗、钢轨矫直、钢轨全长探伤 、按规定断面进行轨 头刨切、清除金属表面不平顺和破损层、切除伤损部位、 焊接前对轨头 端面处理、钢轨焊接、铲除焊瘤及毛刺、焊 接接头热处理、焊接接头探伤、按规定长度截锯 、钻轨孔、 螺孔毛边整修、成品堆码等1 。 关于旧轨整修的标准，前苏联铁路在研究的基础上认 为，轨头刨削按断面 1-b 加工即 13180 13mm 圆弧为好， 刨削深度沿轨头对称轴为 12mm，这样可消除几乎全部旧 轨都具有的波形 磨耗，同时也使轮轨接触条件较好。 钢轨第一运营周期，即第一次下道时的通过总重，应 根据技术经济分析确定，使得第一期运 量和再铺后的运量 之和为最大，同时整个钢轨使用期内的总维修费用最低。 根据苏联铁路的 计算，P50 和 P65 轨的第一次下道条件分 别为 300Mt 和 450Mt。 3 结论与建议 3.1 利用再用钢轨应用与无缝线路设计是可行的 再用轨是重型轨经整修后铺到次一级线路上的，其强 度条件是满足的；再用轨是经综 合整修的，其疲劳强度可 恢复到次一级新轨的水平；再用轨在出厂前已经严格的探 伤检查， 已切除了伤损部位，所以再用钢轨应用与无缝线 路设计是可行的。 3.2 需要进一步研究的内容 目前我国对钢轨的使用很不合理，在钢轨打磨没有普 及的情况下，对钢轨的分级使用 应当提到一个新的日程上 来。为了更好的合理使用，铁路管理部门应在大量调查研 究的基础 确定第一次下道时的通过总重，由于我国的运营 条件和钢轨重量与苏联铁路相近可参考原苏 联的这一数据。 对再