企业铁路曲线护轮轨轮缘槽宽度的探讨

李兆林

【摘 要】本文针对冶金企业铁路多为小半径曲线需安设护轮轨的现状，对护轮轨轮缘槽的有效设置宽度进行了计算与探讨。

【关键词】冶金企业铁路;曲线护轮轨;轮缘槽宽度探讨

0 前言

冶金企业由于受地形限制，铁路曲线多为小半径。机车车辆通过小半径曲线时，由于离心力的作用，迫使车轮紧贴外轨，增大了外轨轨头的侧面磨耗。如横向力过大，可使外轨横向移动。当曲线半径更小时，根据轮轨间的内接条件，使加宽值超过一定界限，有可能使一侧车轮1/10坡度段的轮踏面置于轨头侧面小圆弧处，在各种最不利条件存在时，就有可能引起车轮脱轨，影响行车安全。为避免上述情况发生，应在曲线里股侧或曲线里股和外股的各自内侧设置护轮轨，可防止脱轨和钢轨过度磨耗，且安设护轨可增加线路的横向钢度，增加曲线行车的安全性。

1 曲线内护轮轨轮缘槽宽度的计算方法

1996年5钢铁厂总图运输设计手册6第6.9.1.1条规定：半径≦150m的曲线应铺设护轮轨。

内侧护轮轨的作用：机车车辆通过曲线时，车体离心力推动车轮向曲线外侧移动，由于铺设了内护轮轨挡住了内轮，就使得外轮轮缘不致紧贴外轨，从而减轻了外轨轨头的侧面磨损;当线路轨距扩大或其他不利情况发生时，可有效地防止脱轨。

确定内护轮轨轮缘槽宽度的条件：

（1）轮缘槽宽度应使沿外轨转动的车轮正好与外轨工作边相接触，而不施横向力于外轨，以防止外轨轨头侧面磨耗;

（2）轮缘槽应有必要的宽度，使所有沿内轨转动的车轮轮缘与主轨和护轮轨工作边正好接触而不致卡住。

根据上述两个条件建立轮缘槽宽度公式;

（1）满足第一个条件，并结合图1可列出关系式如下：M=s-t-h-E1-E2

由于关系式右侧各参数均具有最大值和最小值，故其最不利的组合情况为：最大轮缘槽宽度（Mmax）为曲线段之最大轨距减去上式中后四项的最小值;最小轮缘槽宽度（Mmin）为曲线段之最小轨距减去上式中后四项的最大值。写成公式为：

Mmax=（S+Sj+6）-tmin-hmin-E1-E2（1）

Mmax=（S+Sj-2）-tmax-hmax-E1-E2（2）

式中，S——标准轨距，即1435mm;

Sj——曲线段轨距加宽值;

6、2——分别为轨道轨距容许正、负差;

tmax、tmin——轮对内侧距离（即轮背距）最大值和最小值;

hmax、hmin——轮缘厚度最大值和最小值;

E1——护轮轨工作边磨耗值，最大值为2、最小值为0;

E2——轨道加荷载后，轮背距减少值或增大值，对内燃、电力机车和车辆的轮对此值为减小值，即E2=-2;对蒸汽机车轮对则为增大值，即E2=2。

图1 内护轮轨轮缘槽的结构

当轨道加荷载后，钢轨发生弹性挤开而引起的轨距扩大，只有起到减少磨耗的作用，且由于设置了护轮轨，轨道结构加强，钢轨的弹性挤开量将很小，故忽略不计。

讨论：令满足第一条件设置护轮轨轮缘槽宽度为M1，

当M1

如M1>Mmax时，则护轮轨失去防止上股钢轨磨耗的作用;当M1大于Mmax到一定限度时也起不到防止脱轨的作用。在具体选用轮缘槽宽度M1时，应尽可能使其接近且稍小于Mmin即M1

（2）满足第二个设置条件列出的轮缘槽宽度公式可结合图2来推导。

图2 内护轮轨轮缘槽的结构

图2为4轴车架在曲线中的位置。其中，P1、P2和Q1、Q2分别为车轮与线路轨和护轮轨工作边的接触点，考虑最不利因素组合情况下，护轮轨轮缘槽宽度为：

M2=f1+hmax-f2+S（3）

式中，f1——由Q1和Q2在护轮轨工作边上形成的内矢距（取最大值）;

f2——由P1和P2在线路轨工作边上形成的内矢矩（取最小值）;

Hmax——最大轮缘厚;

S——轮对内侧距离的装配误差，取最大和最小轮背距差数之半。

为满足第二个设置条件，所设置的轮缘槽宽度M应大于或等于M2。

综上所述，为满足设置内护轮轨的两个条件而确定的轮缘槽宽度为：

M2≦M=M1（M1不大于Mmin）（4）

2 算例

设计条件：所设计的铁路曲线半径为120m，通行东风10D内燃调车机车和260t混铁车。

计算要求：计算曲线半径为120m的线路设置内护轮轨轮缘槽宽度，计算过程如下：

2.1机车车辆的轮对尺寸

机车车辆的轮对尺寸见表1。

表1 机车车辆的轮对尺寸

2.2 计算中用到的参数

（1）轨道加宽后的轨距：按技规规定，R=120m，轨距加宽值25mm，曲线段的轨距为S=1460mm。

（2）E1值：E1max=2;E2min=0

（3）E2值：内燃机车E2=-2;车辆E2=-2

（4）f1和f2为简化计算，本算例略去车轮超前值，同时不考虑内、外轨工作边的半径不同，而仅以线路中心线半径计算（即设计条件中规定的半径）。

计算公式：

f1=L2/2R， f2=L2/2R2，

表2 R=120mm时的计算值f1、f2 （mm）

注：表内按f1、f2皆按静力强制内接计算.

2.3 计算Mmax和Mmin

计算R=120m时，护轮轨轮缘槽宽度，表3表4是计算满足第一个设置条件的轮缘槽宽度Mmax和Mmin计算公式为：

Mmax=（S+6）-tmin-hmin-E1min-E2，

Mmin=（S-2）-tmax-hmax-E1max-E2。

表3 Mmax的计算值（mm）

表4 Mmin的计算值（mm）

由此可见，为满足第一个设置条件，轮缘槽的设置宽度应取M1=69mm。表5为计算满足第二个设置条件的轮缘槽宽度M2=f1+hmax-f2+S计算公式，为满足第二个条件，表为中应取较大值M2=49.5mm。

表5 满足第三个设置条件的轮缘槽宽度

綜合考虑上述两个设置条件，设计线路护轮轨轮缘槽宽M应满足方程式：M2≦M=M1，实际值应为69mm。

3 效果

新钢从2013年10月开始改造铁路小半径曲线时，按本文的计算方法计算的宽度值69mm设置护轮轨轮缘槽，效果很好。铁路曲线外轨轨头磨耗很少，延长了曲线外轨使用寿命，且没有出现脱轨事故，保证了行车安全。

【参考文献】

[1]傅永新，彭学诗.钢铁厂总图运输设计手册[M].冶金工业出版社，1996.

[责任编辑：汤静]