68 kg/m重型钢轨无缝线路铺设及使用

焦吉明

(呼和浩特铁路局工务处,呼和浩特 010057)

68 kg/m重型钢轨无缝线路铺设及使用

焦吉明

(呼和浩特铁路局工务处,呼和浩特 010057)

攀钢按照美标 AREMA—2004生产的 68 kg/m重型钢轨,于 2006年在京包线上行重载区段试铺,使用 21个月后,68 kg/m钢轨在抗侧磨、抗接触疲劳伤损以及养护维修等方面均优于在相同线路条件下铺设的 60 kg/m钢轨。

68 kg/m钢轨 侧磨 接触疲劳伤损

客运高速、货运重载、客货分线是我国铁路的主要发展方向,经过六次大面积提速后,我国主要干线铺设的 60 kg/m钢轨无缝线路已不适应运输形势发展的需要。我国在钢轨轨型方面主要有 50、60和 75 kg/m,缺少 70 kg/m左右的钢轨。以货运为主的美国铁路主要采用 132 RE(65.47 kg/m)和 136RE(67.75 kg/m)的钢轨,美国新货车轴重约 30 t以上,占美国货车总量的 65%;铝合金敞车、高边车等大型专用车辆轴重为35 t,68 kg/m钢轨在重载线路上使用状态良好,因此,68 kg/m钢轨铺设使用技术已较为成熟。

2007年 10月 21日在京包线上行十八台至三岔口区间,国内首次试铺了 68 kg/m钢轨区间无缝线路,68 kg/m钢轨区间无缝线路的试铺和使用对我国铁路运输形势的发展具有重要的现实意义[1],为我国重载铁路铺设使用新轨型提供了参考经验。

1 68 kg/m钢轨概况

68 kg/m(美标 AREMA—2004)钢轨是由美国设计,在运营过程中多次对轨头几何尺寸断面进行优化,以达到更好的轮轨匹配,降低轮轨接触应力,使轮轨接触受力状态得到了很好的改善。2004年美国铁路工程保养协会(AREMA)对轨头廓面进行了较大的修改。

68 kg/m(2004版 136RE断面)钢轨的美标 136RE采用英制单位,重量为 136 lb/yd,换成国际标准单位为 67.75 kg/m,简称 68 kg/m。美国 136RE断面与我国铁路 60 kg/m及 75 kg/m钢轨主要几何尺寸对比见表 1。68 kg/m钢轨 136RE断面尺寸见图 1。美国136RE断面与我国铁路 60 kg/m及 75 kg/m钢轨比较见表 2。68 kg/m钢轨化学成分见表 3。68 kg/m钢轨的力学性能见表 4。68 kg/m钢轨螺栓孔尺寸见图 2。

2 68 kg/m钢轨无缝线路铺设

2.1 试铺地段既有线状况

铺设地点为京包线上行 K513+300～K523+750和 K525+240～K534+200,年通过总重为 128.313Mt◦km/km(2006年 11月)。共有曲线 16条,其中最小曲线半径 R=592m,最大曲线半径 R=4 000m(R≤600m的 3条,650 m≤R≤750m的 2条,750 m≤R≤850m的 4条,R≥850 m的 7条),曲线总长为 6.841 km。最大坡度为 10.4‰。Ⅲ型轨枕;配置1 667根/km。运行速度 ≤120 km/h,轴重为 23 t(敞 70型)。年通过总重(2007年 )为 146 Mt◦km/km。

表1 美国 136RE(68 kg/m)断面与 60 kg/m及 75 kg/m钢轨主要几何尺寸对比

2.2 铺设采用的技术要求

铺设采用的规范有《铁路线路修理规则》、TB/T1632钢轨焊接技术条件、68 kg/m钢轨暂行技术条件和 60～68 kg/m异型钢轨暂行技术条件[2]。

表2 136RE断面(68 kg/m)与我国铁路 60及 75 kg/m钢轨比较

表3 美标(AREMA—2004)(68 kg/m)以及我国标准规定的钢轨化学成分及力学性能比较

图1 2004版 136RE(68 kg/m)钢轨断面(单位：mm)

图2 68 kg/m钢轨螺栓孔尺寸(单位：mm)

68 kg/m钢轨采用攀钢生产的 AREMA—2004中标碳素轨钢(SS),半径≤1 200m曲线铺设 68 kg/m热处理轨,直线和半径 ＞1 200 m的曲线铺设热轧钢轨。68 kg/m钢轨夹板采用厂制夹板,螺栓采用 φ27 mm 10.9高强螺栓。胶接绝缘采用现场胶接绝缘接头。68 kg/m钢轨扣件采用 60 kg/mⅡ型弹条;轨距挡板为 60 kg/m钢轨的 10号、6号挡板;尼龙挡座为60 kg/m钢轨尼龙挡座;轨距标准1 435mm(2-6-10-2,2-10-6-2);采用 60 kg/m钢轨 10 mm胶垫。68 kg/m轨扣件的轨距调整量为 -12～+4 mm,68 kg/m轨距挡板和挡板座配置见表 5。

表4 68 kg/m钢轨的力学性能

表5 68 kg/m轨距挡板和挡板座配置

厂焊采用固定式闪光焊,焊成 500m长轨;现场焊采用移动式气压焊。采用 60～68 kg/m异型轨(68 kg/m钢轨压制)、用 60 kg/m夹板与 60 kg/m钢轨连接。按《铁路工务修理规则》中第 6.4.3条,扣件扭矩120～150N◦m;接头螺栓扭矩在 900～1 100 N◦m。无缝线路观测桩采用钢轨桩混凝土加固。

3 68 kg/m钢轨现场观测

1)68 kg/m钢轨上线使用 8个月,累计通过总重106.41 Mt◦km/km。通过 8个月的线路运营养护和观测,68 kg/m钢轨线路较为稳定,尤其是轨距由于磨耗量的减小,变化极小,容易保持。68 kg/m钢轨上线后线路优良率稳定,空吊减少,垫板掉出现象明显减少,未发生闯道现象,轨向易保持。

2)68 kg/m钢轨线路抗弯较60 kg/m钢轨明显增加,钢轨未出现轨面掉块、剥落,未形成鱼鳞面擦伤。从观测结果来看,68 kg/m轨在直线段光带偏轨中,表面光洁,状态良好,轨距角有细纹;曲线段上股钢轨轨角有细裂纹,有轻微侧磨。68 kg/m钢轨与 60 kg/m钢轨轨距挡板在接触表面的区别(68 kg/m钢轨使用60 kg/m钢轨扣件,扣压力减少 8.5%),采取每 2月进行扣件扭力复紧一遍措施,保持扣件齐全靠贴。

3)68 kg/m钢轨使用 21个月,累计通过总重287.57 Mt◦km/km,从 2008年 1月到 2009年 6月,京包线上行 K529+446～K530+355(R=600 m)68 kg/m钢轨的侧磨情况如图 3所示,68 kg/m钢轨在使用接近 21个月后,55#观测点的侧磨最大,为 4.5 mm。

图3 京包上行K 529+446～K530+355(R=600m)曲线侧磨情况

4)从 2007年 11月到 2009年 3月京包上行 K470+540～K471+192(R=600 m)区段 60 kg/m钢轨侧磨情况如图 4所示,从图 4中可看出,60 kg/m钢轨在使用接近 17个月后,49#观测点最大侧磨达到了16 mm。

图4 京包上行K 470+540～K471+192(R=600m)曲线侧磨统计

5)比较图 3和图 4可以看出,68 kg/m钢轨上线使用了 21个月,最大磨耗仅为 4.5mm,平均每月磨耗0.2mm,而同期在同样半径铺设的 60 kg/m钢轨,使用 17个月就因磨耗超限而更换下线,平均每月磨耗达到 1mm,是 68 kg钢轨磨耗量的 5倍。

6)68 kg/m钢轨自铺设 21个月以来,除半径为600m曲线钢轨表面出现微小的鱼鳞擦伤掉块以及出现 1处气压焊接头重伤外,未发生其他伤损。而同期铺设的 60 kg/m钢轨地段,到目前为止平均每公里重伤钢轨有 1根。

7)68 kg/m钢轨养护维修工作量少于 60 kg/m钢轨。到目前为止铺设 68 kg/m钢轨地段,只是简单地临时补修和日常保养。

4 结论与建议

1)68 kg/m钢轨抗弯强度、耐磨性、抗侧磨较好。小曲线地段平均耐磨性能为 60 kg/m钢轨的 5倍。

2)通过总重 287.57 Mt◦km/km后,68 kg/m钢轨抗伤损性能强,在半径为 600 m的曲线上钢轨表面只出现微小鱼鳞擦伤掉块,未发生钢轨重伤和断轨。

3)由于弹条扣件与 60 kg/m轨通用,在维修观测过程中,扣压力无明显变化,每两个月扣压力衰减约7%～9%。未发生闯道现象和轨向变化,维修成本较低。动态轨检车检查合格率 100%,优良率 98.1%。

4)通过试铺使用表明,现有技术标准可以满足其铺设条件。

5)钢轨易焊接,焊接质量稳定。

6)60～68 kg/m异型轨由于与 60 kg/m钢轨化学成份相近,厂制生产技术成熟,无需使用顺坡垫板。

7)应用 68 kg/m钢轨经济效益较好,可提高轨道结构强度,又可延长钢轨使用寿命,与 75 kg/m钢轨相比,每公里减少约 14.22 t钢轨。

8)68 kg/m钢轨大修可参照75 kg/m钢轨大修周期的规定,建议通过总重按 8.5亿 t进行大修。

针对 68 kg/m钢轨试铺的情况,应进行 68 kg/m钢轨冻结接头夹板的研制;半径 ＜700 m的曲线地段,对钢轨表面出现微小的鱼鳞擦伤掉块,建议进行修理性打磨,以延长钢轨使用寿命;建议扩大试铺 68 kg/m钢轨。

[1]陈朝阳,张银花,周清跃,等.我国重载铁路用 68 kg/m钢轨试验研究[J].铁道工程学报,2008(9)：30-34.

[2]中华人民共和国铁道部.铁运[2006]146号部令 铁路线路修理规则[S].北京：中国铁道出版社,2006.

U213.4

B

1003-1995(2010)02-0109-03

2009-09-10;

2009-10-20

焦吉明(1964— ),男,山西忻州人,工程师。

(责任审编 王 红)