城市轨道交通小半径曲线钢轨磨耗分析

1、城市轨道交通小半径曲线钢轨磨耗分析糯溺锺固曩套纛曩城市轨道交通小半径曲线钢轨磨耗分析*周宇詹刚许玉德(1.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,200092,上海;2.铁道第三勘察设计院集团,300142,天津第一作者,博士,讲师)摘要对上海轨道交通1号线,8号线的典型小半径曲线钢轨磨耗进行了跟踪测量,统计分析了小半径曲线钢轨的侧侧磨,垂磨和不均匀磨耗的共同影响,大编组,重型车的线路中,平均侧磨发展率约为0.019mm/d,平均垂磨发展率约为0.005mm/d;小编组,轻型车的线路中,平均侧磨发展率约为果可为合理采取钢轨减磨措施,有效延长钢轨寿命提供参考.关键词城市轨道交通;小半径曲线;钢轨

2、侧磨;钢轨垂磨AnalysisofRailWearonSharpCurveofUrbanMassTransitZhouYu,ZhanGang,XuYudeAbstractOnthebasisofrailwearsuccessivemeasurementinthetypicalsharpcurvesofShanghaimetrolines,thesidewearandverticalwearofrailsandtheirgrowthratearemeasurestoextendthelife-circleofraileffectively.Keywordsurbanmasstransit;sha

3、rpcurve;railsidewear;railvertica1wearFirst-authorSaddressKeyLaboratoryofRoadandTrafficEngineeringoftheMinistryofEducation,TongjiUniversity,200092,Shanghai,China轨道交通轮轨系统的反复相互作用引起了轮轨磨耗.轮轨磨耗不仅造成金属的大量耗费,还增加了线路的养修成本,降低了车轮和轨道的可靠性,这在城市轨道交通的小半径曲线钢轨上尤其明显.为了对小半径曲线钢轨的磨耗采取有效减磨措施,延长钢轨使用寿命,需要掌握磨耗的特征和规律.本文通过对典型城市轨

4、道交通线路小半径曲线钢轨的跟踪观测,分析其磨耗的特点和发展规律,从而掌握轨道交通小半径曲线钢轨磨耗的发展规律.1观测段条件cJwearebo?019mm/d.do?005mm/drespec一选择上海轨道交通1号线和8号线的典型小半form.d曲一.h.w.d.一于1995年开通运营,列车为A型车,8节编组;8号bout().()()1mm/dand0.002mm/drespectively.Thisre一一一一searchca11pr0Viderefererf.rfdpplvingthe表1被测线路条件1踪观测的曲线条件如表所示.2钢轨型面变化分析ZH2()()8年6月至2009年3月问,采

5、用钢轨型面测型面数据比较.量仪对上述曲线的钢轨进行定点连续测量,测点间隔型面比较时,以轨颚下边向轨头内部的延长线*国家自然科学基金(509(8179);高等学校博士学科点专项科研基金(2(J(】8()24710)3);上海市自然科学基金(11zR14392(?42?黼潮嚣蠹蘸缨与钢轨中心线的交点为坐标原点,钢轨中心线为纵坐标,钢轨横断面水平线为横坐标,建立坐标系(向轨距边一侧为正,向外侧边为负),坐标点间距5mm.由于钢轨的磨耗发生在轨顶面和轨距边,在型面比较和磨耗量计算时,将各次测量的同一测点的钢轨轨头未发生轮轨接触的地方(即钢轨型面外侧边一40.以外的部分)重合,轨距边一侧轨距测量点(轨面

6、以下16mm处)以下的工作边重合;重合误轨型面的对比如图1所示.最后,计算轨头侧磨点和垂磨点处的磨耗量.-45-35-25-15-50515253545-4535-2515-50515253545轨头宽度/mm轨头宽度/mm(a)外轨(b)内轨图1小半径曲线某测点处钢轨型面的变化图1所示钢轨为2006年7月上道,处于1号线(5)内轨轨距边和外侧边的金属均被挤压,出下行上海火车站站汉中路站的圆曲线上.到观现向外的塑性变形,使轨头呈方形;测结束时,该处钢轨已经使用了3年零4个月.从(6)内轨外侧边有明显与车轮接触的痕迹,出图1可以发现,小半径曲线钢轨的磨耗有如下特点:现较明显的过度垂直磨耗,可能与

7、过度磨耗的车轮(1)外轨侧面与轮缘发生频繁的接触与摩擦,踏面所形成的假轮缘频繁接触有关.逐渐被磨损,使得轨距边向内凹;(2)随着轨距边的磨耗,外轨轨顶面发生不均匀垂直磨耗,靠近轨距边一侧的轨顶面过度降低,垂直磨耗较大;(3)外轨侧面下缘金属被挤压,出现塑性变形;(4)内轨整个顶面与车轮踏面发生接触,使得整个轨头被逐渐磨平;呈O人民广3钢轨侧磨特征从图1可以看出,由于城市轨道交通曲线半径曲线1为例,沿列车运行方向,该曲线的外轨侧磨随时间累积变化如图2所示.1O152O253O35测点编号图2曲线1沿里程分布的外轨侧磨随时间累积的变化情况向?43?lmN,llMm懑勰0誊毒0蠹曩00._llll簿

8、由图2可以看出,沿列车运行方向外轨侧磨呈不均匀磨耗状态,圆曲线处外轨的侧磨比缓和曲线处外轨的侧磨大,外轨侧磨最大值出现在曲线驶出端(圆缓点附近).曲线2,3的外轨侧磨也具有上述所示.表2不同测量时间的曲线l外轨侧磨统计值蒿,甸隔时间a圆曲线最大值/ram平均值/ram标准差/ram后缓和曲线最大值/mm2008一()62008一()72008一()82008122009一()120()9一f】3314()1291452至观测初期该段曲线的钢轨已经铺设2年时问.20()8年6月第一次观测,圆曲线外轨的侧磨最测期间,圆曲线外轨侧磨最大值增量为1.71mm,平均值增量为1.98mm.观测段圆曲线外轨

9、侧磨平均值的发展如图3所限而进行了换轨.量吕恤暮图3圆曲线外轨侧磨平均值发展从图3可以看出,圆曲线外轨侧磨平均值基本呈线性递增趋势,侧磨增长的斜率与列车运行状况,曲线参数等有关.曲线1的半径比曲线2略大,因此曲线1的外轨侧磨略慢;曲线3的列车是小编组的c型车,外轨侧磨非常缓慢.侧磨发展率为单位时间内(以天为单位)外轨侧展率如表3所示.由表3可以看出,位于1号线的mm/d;位于8号线的曲线3,外轨侧磨平均发展率?44?表3外轨侧磨平均值发展率mm/d4钢轨垂磨特征图4为曲线1的内,外轨垂磨分布(测点编号沿行车方向从小到大排列).由图4可以看出,曲线内,外轨垂磨同样存在不均匀的特点:圆曲线处的内外

10、轨垂磨要大于缓和曲表4所示.可以看出,圆曲线外轨由于侧磨较大,导致型面变形,使得垂磨也非常明显.在观测期内,圆曲线外mm;内轨垂磨最大值增量为0.79mm,平均值增量为0.72mm.各钢轨垂磨平均值发展如图5所示.其中曲线2在测量期间由于外轨侧磨最大值超限而进行了换轨.从图5可以看出:圆曲线钢轨磨耗平均值基本呈线性递增的趋势;1号线圆曲线内轨垂磨较外轨垂磨发展略快,外轨垂磨受侧磨和型面变形影响较严重;8号线圆曲线内外轨的垂磨发展较为接近.耵2222222,一77788922233111222囊重霪氆0鬻喂测点编号图4沿里程分布的曲线1内外轨垂磨随时间累积的变化情况表4不同测量时间曲线1的钢轨垂

11、磨统计值月月月2月月月一曲线1外轨一曲线2外轨一曲线3外轨2008-06-132008-08-23200901一l3200807-142008测量时间图5圆曲线钢轨垂磨平均值发展各观测段圆曲线钢轨垂磨平均值的发展率如表5所示.由表5可以看出,1号线圆曲线的外轨垂磨平均发展率约为0.004mm/d,内轨垂磨平均发展率约为0.005ram/d;8号线圆曲线的外轨垂磨平均发展率约为0.002mm/d,内轨垂磨平均发展率约表5钢轨垂磨平均值发展率mm/d?45?一舢一O口X一炎粤.鬈睁一gg一薹口o-吝一专一o一Xe一_.x一X口一Xg一xx口O一粪会_e6e一.n耳一X爨e.蓄O一可一8一台.v.(

12、一X)口一-j一口一粤一O5O5O5O5O4332211Og暑趣懈器髓溺辅舞溷瓣一誊0000曩t000_0.ll一llll1一ll_刎5结语经过对上海轨道交通小半径曲线钢轨磨耗的跟踪观测,典型的小半径曲线钢轨磨耗有以下特点:(1)小半径曲线的外轨受侧磨和垂磨共同影响,内轨受垂磨和假轮缘引起的不均匀磨耗共同影响.(2)圆曲线地段的钢轨磨耗较缓和曲线钢轨磨耗严重,特别是沿行车方向的曲线驶出端(圆缓点附近)的钢轨磨耗速度较快.mm/d,外轨垂磨平均发展率约为0.004mm/d,内mm/d,外轨垂磨平均发展率约为0.()【)2mm/d,内(5)本次观测的3条曲线半径接近,但8号线运行6节编组(2()1

13、0年增加7节编组的列车)的C型车,1号线运行8节编组的A型车.列车编组多,运行速度高,轴重大,运量大,则对钢轨磨耗的发展的19倍,外轨垂磨平均发展率约为8号线的2倍,内轨垂磨平均发展率约为8号线的2.5倍.(6)在跟踪观测中发现,轨道线型,轨道部件状态,钢轨修理和车轮修理等对钢轨磨耗也有较大影响;轨道曲线不良,扣件或垫板弹性失效的地方,钢轨磨耗就较严重;而钢轨和车轮不进行合理的修理打磨和镟修,则产生较大轮轨动力作用,进一步恶化钢轨磨耗及其他伤损.因此,在对上海轨道交通小半径曲线钢轨磨耗进行养修管理时,要结合钢轨磨耗的规律,注意以下几方面工作:及时检查和保持良好的曲线线型,特别是圆曲线的圆顺度,

14、保证曲线扣件弹性及扣压力的良好和均匀;加强钢轨减磨和型面的日常养修工作,特别是钢轨润滑和钢轨打磨工作的有效结合;加强车辆车轮踏面的检测和镟修工作,保持车轮良好的圆顺度,减少车轮踏面伤损和假轮缘等对钢轨的影响.参考文献1颜秉善,王其昌.钢轨力学与钢轨伤损M.成都:南交通大学出版社,1989.E23练松良.轨道工程M.上海:济大学出版社,2006.北京:中国铁道出版社,2001,E43ShenZhiyun.RailsidewearproblemonChineserailwaysCfKalkerJJRailQualityandMaintenanceforModernRailwayOperation.

15、Dordrecht:KluwerAcademicPublishers,1993:1191255HargroveMB,MitchellFS,SteelRK,etalFhewearbehaviorofhighrailinthefirstmetallurgyexperimentf)to135MOTER3.Virginia:TheNationalTechnicalInformationService,1981.York:FrederickUngarPublishingCo.,I981.析J.城市轨道交通研究,201(J(2):46.(收稿日期:201()08一O1)上海六座新城2015年全部通轨道交通上海市人民政府近日印发关于本市加快新城发展的若干意见的通知.根据该通知,到202O年,新城建设将取得突破性进展,在郊区基本形成与中心城区功能互补,错位发展,联系紧密的新城群.嘉定新城,松江新城