煤矿准轨铁路曲线外轨超高设置

1、煤矿准轨铁路曲线外轨超 高 的 设 置阜新矿业（集团）有限责任公司运输部煤矿准轨铁路曲线外轨超高的设置曲线作为线路的组成部分之一，是铁路中较薄弱的环节。往往很多的线路病害都发生在曲线上。其中外轨超高的设置就是一个主要问题。阜新矿区铁路遍及百里矿山，由于历史上造成的原因和地理条件的影响，铁路线路曲线多、半径小。其中海新干线有曲线13处，海东干线有曲线14处。最小曲线半径200米。如何合理地设置曲线外轨超高，不仅关系到铁路运输的安全，也影响着铁路设备的使用寿命。在多年的工务实践中，经过多次尝试，我认为矿区准轨铁路采用公式来设置曲线外轨超高比较合适。一、曲线外轨设置超高的目的：当列车由直线进入曲线时

2、，随即产生一个向外离心力。离心力的大小取决于列车运行速度和曲线半径。速度越高、半径越小，则离心力越大，作用在外轨的力也越大。如果不平衡这个离心力，不仅加剧了钢轨的磨耗和疲劳伤损，而且容易使轨距挤宽，造成机车车辆的脱轨和颠覆。所以，在曲线上需将外轨抬高（设置超高），使车体内倾产生一个向心力，来平衡所产生的离心力。其目的是：1、防止车辆通过曲线时向外侧倾斜。2、使上、下股钢轨所受的外荷载差减少，从而减轻钢轨伤损。3、用以提高旅客的舒适感。二、曲线外轨超高设置的公式：如图所示：车辆通过的曲线 半径为R（m），车辆通过曲线的平均速度为Vp（m/s），在图中：F车辆产生的离心力G车辆的重量o 车辆的重心

3、H曲线设置的外轨超高a车辆中心至轨面的距离S两轨面中心线的距离，取S=1500mm两轨面承受的压力o轨面连线鱼中心垂直交点g重力加速度。取9.8当曲线上两股钢轨所承受的垂直压力相等，即时，钢轨磨好最小。在o点长生的力矩代数和为零。（Ms=Mn）即 当时：G由上式得：其中：离心力F=由于R>>S 所以=即：F=把F=代入上式： 把S=1500mm V（km/n）=g=代入 得：通过对车辆在曲线上运行时的力学分析，得到了曲线外轨超高的计算公式。式中Vp是通过曲线的车辆平均速度。三、设置曲线外轨超高应满足的条件：按照来设置曲线外轨超高的前提条件是车辆通过曲线时对两股钢轨的压力相等的条件。

4、但是，在实际中，两股钢轨的压力未必相等，Vp或大于或Vp小于，造成曲线所按Vp设置的外轨超高与车辆的实际运行速度不相适应，从而产生未被平衡的离心加速度。假设Vp=式中：速度系数车辆通过曲线时的最高速度=按照铁路线路维修规则的规定：一般地段：上、下行速度悬殊地段：把和分别代入公式得：(一般地段)(上、下行速度悬殊地段)通过以上分析：车辆通过曲线时的速度并不一定等于Vp，从而产生未被平衡的离心加速度。因此，外轨超高设置必须满足旅客的舒适感和车辆在曲线上运行时的稳定性这两个条件：1、设置曲线外轨超高必须满足旅客舒适感要求：假设：车辆通过曲线时的速度是V，曲线的外轨超高是h，曲线的半径是R，由离心力产

5、生的离心加速度是，由外轨超高产生的向心加速度是。未被平衡的离心加速度=-=-由上式可知：当V=Vp时，未被平衡的离心加速度当V>Vp时，当V<Vp时，未被平衡的离心加速度不宜过大，过大时不仅影响车辆的稳定性，也不能满足旅客舒适感的要求。因此，必须合理地确定未被平衡的离心加速度使其满足条件-把S=1500mm V（km/n）=g=代入得：-式中最大未被平衡的离心加速度上式是为保证未被平衡的离心加速度不至于过大而影响旅客舒适感的超高设置所应满足的条件。我过铁路规定：一般情况下未被平衡的离心加速度=0.40.5特殊情况下：未被平衡的离心加速度不得超高0.6由公式：-可知：是与相适应的外轨

6、超高hmax，h是与Vp相适应的hp。两者之差是。即当0.4时：1500*0.4/9.8=61mm当0.5时：1500*0.5/9.8=76mm当0.6时：1500*0.6/9.8=92mm因此：我国铁路规定：最大未被平衡超高高度与最大未被平衡的离心加速度的关系如下：0.4600.5750.690综上所述：曲线外轨超高计算公式必须保证曲线所设置的外轨超高在车辆通过曲线时所产生的未被平衡的超高度不能超过容许值的限度。技规规定：设置的外轨超高最大不超过1500mm。上、下行速度相差悬殊的单线线路不得超过125mm。2、设置曲线的外轨超高必须满足稳定性的要求：如图所示：车辆在曲线上运行时，受到离心力

7、、向心力、重力和风力的公共作用，形成合力为RG重力F离心力R合力e合理偏心距n稳定系数，你、n=s/2e合力R通过轨距中心点o时，车辆处于绝对稳定状态，若超高与行车速度不相适应时，合力R会偏离o点一定距离e，e的大小决定了车辆在曲线上抵抗倾覆的稳定程度。稳定系数n=s/2e（s两股钢轨中心距离）当e=0时，n=，车辆绝对稳定当e=时，n=1，车辆处于临界稳定状态当e>时，n<1，车辆处于失稳状态当e<时，n>1，车辆处于稳定状态如上图所示：若曲线有欠超高，则根据几何关系可以推导出：e=H/s其中:H车辆重心至轨面高度。（取2.2m）把e=s/2n代入公式e=H/s之中：

8、n=当=60mm时，e=88mm，n=8.5当=75mm时，e=110mm，n=6.8当=90mm时，e=132mm，n=5.7一般认为：n不应该小于3，煤炭工业铁路技术管理规程规定：外轨最大超高不得超过150mm，在上、下行行车速度相差悬殊的单线线路上，不得超过125mm。当列车在曲线上临时停车时，包括内外轨水平允许的误差，余超高达155mm，此时列车处于最不稳定状态。验算此时车辆的稳定性：当=155mm时，说明当=155mm时，列车仍能保持稳定，在上、下行速度相差悬殊的单线线路上若设置150mm的超高，将使内鬼被列车造成很大偏压，为了使两轨受力不过分悬殊，规定最大超高为125mm。四、超高

9、计算公式中Vmax和Vp的确定：在利用公式h=和h=来设置曲线的外轨超高时，必须合力确定Vmax和Vp，实践证明：若Vmax和Vp设置不合理，就会造成车辆的失稳或线路设备磨耗严重，寿命减小。当Vmax和Vp确定不准确而使超高过大时，低速行驶的列车在曲线上会造成里股钢轨磨耗加剧或压出肥边，枕木压切严重或扣件损坏严重。若在曲线上刹车停留，车体向内倾斜量增大，易滚易滑的货物而可能滑落，甚至使列车倾覆。当Vmax和Vp确定不准确而使超高过小时，会造成未被平衡的离心力过大，造成曲线上股钢轨的磨耗加剧，同时，由于未被平衡的离心加速度较大，而使旅客陈尚不舒服的感觉。因此，在设置曲线超高时，必须合力确定Vma

10、x和Vp。矿区铁路以煤炭运输为主，同时还担任材料、煤矸石、职工通勤及其他任务，车辆类型多，牵引起重量差别大，运行速度差别大，因此，在确定Vmax和Vp时，应通过现场实测速度和牵引重量来确定。1、Vp的确定：（1）采用速度的算数平均值来确定Vp：即Vp=式中：Vi第i次列车的速度 N通过列车的次数（2）采用速度平方加权平均值来计算Vp：Vp=式中Ni通过第i次列车（3）采用速度平方加权质量平均的方法计算Vp值：Vp=Qi第i次列车的牵引重量2、Vmax的确定：采用现场实测的方法，上、下行同时测量。五、外轨超高设置公式在矿区准轨铁路中的应用：矿区铁路因其自身的特点：曲线半径偏小、多数是单线区间、通

11、勤客车站距短、线路上、下行列车的行车速度相差不是特别悬殊，但差别较大、牵引重量大的速度慢，针对这种情况，合理设置超高非常重要。通过多年的现场工作和铁路运营情况，我认为采用来设置曲线的外轨超高比较适合矿区准轨铁路。我段管内海东干线平安站400米处半径为300米的圆曲线，该线路走行煤车、通勤客车、材料车、矸石车等，现场测量该曲线所通过的列车速度如下：上行客车：27.4，29.3，28.9，27.6，30.1下行客车：36.4，38.7，37.5，39.2，34.6上行煤车：36.5，38.7，37.3，35.6下行煤车：45.8，47.5，49.7，46.6圆曲线按照公式h=设置轨线外轨超高h=5

12、0mm，经过运营一段时间后，曲线上股钢轨磨耗严重，上股枕木轧切现象十分明显，枕木的使用寿命大大缩短，说明该曲线所设置的50mm超高过小，经过现场实测车速后，采用了公式设置超高：=取h=65mm。对所采用的超高尽兴验算：按照未被平衡的离心加速度时，未被平衡的最大超高度验算该曲线通过最高行车速度时，曲线最大未被平衡超高度： =32mm<60mm说明该曲线设置65mm的外轨超高能满足旅客舒适感要求。该曲线若设置65mm的外轨超高，对于低速行驶的列车产生的未被平衡的超高度是否能满足上述条件需经过验算:说明：在曲线上设置65mm的外轨超高，无论是行驶最高速度49.7km/n的列车，还是行驶速度最低

13、的27.4km/n的列车，所产生的未被平衡的超高度均在60mm之内，因此，在该曲线上设置65mm的外轨超高是合理的。目前该曲线按设置的65mm超高，经过几年的运营，曲线上、下股钢轨磨耗基本相等，枕木没有发生压切现象，曲线的几何尺寸也没有发生变化。说明该曲线上设置超高按公式是合理的。在管内的铁路曲线中，均是按公式设置的超高，有些曲线的技术状态原来不好，经过按照公式改设超高后，回复较好的技术状态。在管内的海东干线29+89.5231+60.56段的曲线就是按照设置的外轨超高是35mm在现场实测通过列车的速度如下：上行客车（km/h）：32.4，35.6，34.5，32.4下行客车（km/h）：40

14、.1，39.6，42.5，44.3，42.5上行煤车（km/h）：40.5，46.3，45.5，47.3下行煤车（km/h）：49.8，52.3，53.4，56.4，50.1根据现场实测的车速，根据公式来计算应设置的超高：=mm取h=35mm验算：按照未被平衡的最大超高mm验算列车以最高速度通过该曲线产生的最大未被平衡的超高：=19mm<60mm说明该曲线通过最高车速时产生最大未被平衡超高在60毫米之内，设置35mm的超高能满足旅客舒适感的要求。按照最大未被平衡超高60mm来验算曲线能通过的最低车速: km/h=30.8<32.4说明该曲线设置35mm超高，当通过低速列车时产生的未

15、被平衡的超高度在60mm之内，即该曲线设置35mm的超高是合适的。在我从事线路技术工作的过程中，有很多曲线经过一段时间运营后，钢轨磨耗严重，枕木压切现象较重并有折头现象，经过现场测速后，采用改变超高后，上述现象基本消失，变化明显。如管内海新干线153+15.47156+63.30曲线为例：该曲线半径250m，设置80毫米的外轨超高，改线走行客车、运煤车、材料车、火药车等，由于原设置超高不合适，曲线下股磨耗严重，枕木压切现象严重，不得不更换钢轨。为了改变这种状况，现场实测了一组通过列车速度，其中最高速度是44.8 km/h，利用来计算并重新设置曲线外轨超高(最低车速23.6 km/h)=7.6=

16、61mm取h=60mm按照违背平衡的最大高度mm验算该曲线通过最大车速44.8 km/h时产生的最大未被平衡超高度：因为35mm<60mm，说明该曲线设置60mm的外轨超高是满足旅客舒适感要求的。当曲线通过低速列车时产生的未被平衡的超高度是非也满足要求，必须经过验算：km/h因为=23.0<23.6 km/h，该曲线设置60mm的超高能满足低速行车列车所产生的未被平衡的超高度在60mm范围之内。该曲线自从95年6月把原来的80mm超高改变为60mm之后，经过几个月的运营，曲线里外股的磨耗基本相等，枕木没有压切现象产生，曲线的几何尺寸也没有明显变化，说明设置60mm的超高是合理的。在我从事铁道线路技术工