大秦重載鐵路75kg/m的12號(hào)道岔動(dòng)力性能測(cè)試數(shù)據(jù)與分析

李燁峰

摘 要：大秦線大量開(kāi)行了萬(wàn)噸、兩萬(wàn)噸重載列車，導(dǎo)致道岔傷損嚴(yán)重，縮短了道岔的使用壽命。為了進(jìn)一步延長(zhǎng)道岔的使用壽命，研究設(shè)計(jì)了75 kg/m的鋼軌12號(hào)軌型道岔，從鋼軌的材質(zhì)、平面線型、結(jié)構(gòu)等方面綜合考慮了尖軌和轍叉的耐磨性，并專門設(shè)計(jì)了重載道岔用岔枕和轉(zhuǎn)換設(shè)備，從總體上提升了重載道岔的使用性能。此外，為了充分驗(yàn)證道岔的綜合性能，對(duì)該道岔進(jìn)行了動(dòng)力性能測(cè)試。

關(guān)鍵詞：重載鐵路；道岔；振動(dòng)加速度；安全性指標(biāo)

中圖分類號(hào)：U213.66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.088

大秦線共鋪設(shè)了75 kg/m道岔205組。為了滿足重載運(yùn)輸?shù)男枰?，在大秦線大量開(kāi)行萬(wàn)噸、兩萬(wàn)噸重載列車后，2015年，其年通過(guò)總重達(dá)到了4.0×108 t。然而，隨著萬(wàn)噸、兩萬(wàn)噸重載列車的開(kāi)行和運(yùn)輸密度的增大，大秦線道岔的傷損更加嚴(yán)重，大大縮短了其使用壽命。為了進(jìn)一步延長(zhǎng)道岔的使用壽命，研究設(shè)計(jì)了75 kg/m的鋼軌12號(hào)軌型道岔。該道岔的運(yùn)營(yíng)條件為靜軸重小于等于270 kN，運(yùn)行速度貨物列車直向速度小于等于90 km/h，側(cè)向速度小于等于45 km/h。使用壽命是重載道岔研發(fā)的關(guān)鍵點(diǎn)。該道岔于2013-04-25鋪設(shè)于大秦線遷安北站17號(hào)岔位，目前已在線運(yùn)行3年。為了充分驗(yàn)證道岔的綜合性能，對(duì)該道岔進(jìn)行了動(dòng)力性能測(cè)試。

1 測(cè)試綜述

通過(guò)測(cè)試既有貨物列車通過(guò)12號(hào)道岔時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)，驗(yàn)證了重載道岔的安全性、穩(wěn)定性以及道岔部件的承載強(qiáng)度和設(shè)計(jì)合理性，主要包括安全性指標(biāo)、道岔部件的變形情況、振動(dòng)加速度、道岔部件的強(qiáng)度等。測(cè)試車輛為HX機(jī)車牽引的C80運(yùn)煤專用車，共取得31次直向有效數(shù)據(jù)和5次側(cè)向有效數(shù)據(jù)。

2 道岔動(dòng)力性能測(cè)試的數(shù)據(jù)分析

2.1 輪軌力參數(shù)

岔位為大秦線正線道岔，直向通過(guò)年運(yùn)量約為1.5×109 t，側(cè)向通過(guò)的年運(yùn)量約為1×108 t。道岔輪軌力測(cè)試斷面布置在尖軌尖端和側(cè)向?qū)€處。

2.1.1 直向通過(guò)

脫軌系數(shù)實(shí)測(cè)最大值為0.29，平均值為0.04～0.06，且脫軌系數(shù)最大值隨速度的加快有增大的趨勢(shì)。減載率實(shí)測(cè)最大值為0.23，平均值為0.04～0.08，減載率最大值隨速度的加快有增大的趨勢(shì)，但平均值隨速度的快加有略微減小的趨勢(shì)。輪軸橫向力實(shí)測(cè)最大值為52.6 kN，平均值為4.5～8.4 kN，輪軸橫向力最大值隨速度的加快有增大的趨勢(shì)，而平均值隨速度的加快有略微減小的趨勢(shì)。橫向水平力實(shí)測(cè)最大值為31.0 kN，平均值為4.1～5.1 kN，橫向水平力最大值隨速度的加快有增大的趨勢(shì)，而平均值隨速度的加快有略微減小的趨勢(shì)。

2.1.2 側(cè)向通過(guò)

脫軌系數(shù)實(shí)測(cè)最大值為0.72，平均值為0.10～0.11，脫軌系數(shù)最大值隨速度的加快有增大的趨勢(shì)。減載率實(shí)測(cè)最大值為0.20，平均值為0.04～0.05，減載率最大值隨速度的加快有增大的趨勢(shì)。輪軸橫向力實(shí)測(cè)最大值為43.2 kN，平均值為14.0～16.6 kN，輪軸橫向力最大值隨速度的加快有減小的趨勢(shì)。橫向水平力實(shí)測(cè)最大值為60.6 kN，平均值為8.3～9.1 kN，橫向水平力最大值隨速度的加快有增大的趨勢(shì)。

2.2 道岔區(qū)部件的變形值

2.2.1 直向通過(guò)

直向通過(guò)時(shí)道岔區(qū)部件變形的最大值為1.26 mm。曲基本軌軌頭橫向位移表現(xiàn)為雙方向，實(shí)測(cè)內(nèi)、外雙方向變形的最大值為1.22 mm和1.08 mm，且隨著速度的加快，直曲基本軌橫移最大值有增大的趨勢(shì)。尖軌頂寬30 mm處直曲基本軌軌頭橫向位移表現(xiàn)為雙方向，直基本軌實(shí)測(cè)內(nèi)、外雙方向的變形最大值為0.69 mm和0.59 mm，曲基本軌實(shí)測(cè)內(nèi)、外雙方向最大值為0.37 mm和0.43 mm，且隨著速度的加快，直曲基本軌橫移最大值有增大的趨勢(shì)。護(hù)軌平直段軌頭橫向位移表現(xiàn)為朝向線路內(nèi)側(cè)，主要受到輪背沖擊，實(shí)測(cè)變形最大值為1.04 mm，且隨著速度的加快有明顯增大的趨勢(shì)。

2.2.2 側(cè)向通過(guò)

側(cè)向通過(guò)時(shí)道岔區(qū)部件變形的最大值為2.96 mm。直基本軌軌頭橫向位移表現(xiàn)為雙方向，實(shí)測(cè)內(nèi)、外雙方向的最大值為1.23 mm和1.16 mm。尖軌頂寬30 mm處直曲基本軌軌頭橫向位移表現(xiàn)為朝向線路外側(cè)，直基本軌變形最大值為1.63 mm，曲基本軌變形最大值為1.69 mm。導(dǎo)曲線斷面內(nèi)、外軌軌頭橫向位移均朝向線路外側(cè)，實(shí)測(cè)外軌變形最大值為2.04 mm，內(nèi)軌變形最大值為2.46 mm，側(cè)向護(hù)軌平直段軌頭橫向位移表現(xiàn)為雙方向，實(shí)測(cè)內(nèi)、外雙方向變形最大值為0.74 mm和0.59 mm。尖軌尖端開(kāi)口量實(shí)測(cè)變形最大值為1.54 mm。

2.3 振動(dòng)特性

部件振動(dòng)特性測(cè)點(diǎn)選擇在尖軌一動(dòng)、二動(dòng)處鋼軌和尖軌一動(dòng)處軌枕。

2.3.1 直向通過(guò)

尖軌一動(dòng)和二動(dòng)位置處鋼軌實(shí)測(cè)振動(dòng)加速度最大值為145.1g和145.8g，且隨速度的加快有明顯增大的趨勢(shì)。尖軌一動(dòng)處軌枕實(shí)測(cè)振動(dòng)加速度最大值為38.8g，且隨速度的加快有緩慢增加的趨勢(shì)。

2.3.2 側(cè)向通過(guò)

尖軌一動(dòng)和二動(dòng)位置處鋼軌實(shí)測(cè)振動(dòng)加速度最大值為102.9g和155.8g，且隨速度的加快有明顯增大的趨勢(shì)。尖軌一動(dòng)處軌枕實(shí)測(cè)振動(dòng)加速度最大值為2.5g，隨速度的加快其變化并不明顯。

2.4 鋼軌部件的強(qiáng)度

道岔區(qū)鋼軌部件的強(qiáng)度測(cè)點(diǎn)布置在尖軌頂寬30 mm和50 mm處的曲尖軌。C80列車以16.2～23.8 km/h的速度側(cè)向、順向通過(guò)12號(hào)道岔時(shí)，曲尖軌30 mm、50 mm處斷面軌底應(yīng)力實(shí)測(cè)最大值為129.2 MPa和150.5 MPa。

3 結(jié)論

3.1 安全性參數(shù)

C80列車以5～80 km/h的速度直向順向，以10～40 km/h的速度側(cè)向順向通過(guò)12號(hào)道岔時(shí)，脫軌系數(shù)實(shí)測(cè)最大值為0.72，小于良好限度0.8；減載率實(shí)測(cè)最大值為0.34，小于第二限度0.6；輪軸橫向力實(shí)測(cè)最大值為72.7 kN，小于25 t軸重要求的83.6 kN的標(biāo)準(zhǔn)值，橫向水平力最大值為106.9 kN。

3.2 道岔區(qū)部件的變形

C80列車以5～80 km/h的速度直向順向，以10～40 km/h的速度側(cè)向順向通過(guò)12號(hào)道岔時(shí)，尖軌尖端斷面、尖軌30 mm處斷面、側(cè)向?qū)€斷面基本軌軌頭橫向位移實(shí)測(cè)最大值為2.96 mm，護(hù)軌平直段軌頭橫向位移最大值為1.28 mm。尖軌尖端開(kāi)口量實(shí)測(cè)最大值為1.54 mm，小于4 mm的限值要求。