大秦重载铁路75kg/m的12号道岔动力性能测试数据与分析

李烨峰

摘 要：大秦线大量开行了万吨、两万吨重载列车，导致道岔伤损严重，缩短了道岔的使用寿命。为了进一步延长道岔的使用寿命，研究设计了75 kg/m的钢轨12号轨型道岔，从钢轨的材质、平面线型、结构等方面综合考虑了尖轨和辙叉的耐磨性，并专门设计了重载道岔用岔枕和转换设备，从总体上提升了重载道岔的使用性能。此外，为了充分验证道岔的综合性能，对该道岔进行了动力性能测试。

关键词：重载铁路；道岔；振动加速度；安全性指标

中图分类号：U213.66 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.088

大秦线共铺设了75 kg/m道岔205组。为了满足重载运输的需要，在大秦线大量开行万吨、两万吨重载列车后，2015年，其年通过总重达到了4.0×108 t。然而，随着万吨、两万吨重载列车的开行和运输密度的增大，大秦线道岔的伤损更加严重，大大缩短了其使用寿命。为了进一步延长道岔的使用寿命，研究设计了75 kg/m的钢轨12号轨型道岔。该道岔的运营条件为静轴重小于等于270 kN，运行速度货物列车直向速度小于等于90 km/h，侧向速度小于等于45 km/h。使用寿命是重载道岔研发的关键点。该道岔于2013-04-25铺设于大秦线迁安北站17号岔位，目前已在线运行3年。为了充分验证道岔的综合性能，对该道岔进行了动力性能测试。

1 测试综述

通过测试既有货物列车通过12号道岔时系统的动力响应，验证了重载道岔的安全性、稳定性以及道岔部件的承载强度和设计合理性，主要包括安全性指标、道岔部件的变形情况、振动加速度、道岔部件的强度等。测试车辆为HX机车牵引的C80运煤专用车，共取得31次直向有效数据和5次侧向有效数据。

2 道岔动力性能测试的数据分析

2.1 轮轨力参数

岔位为大秦线正线道岔，直向通过年运量约为1.5×109 t，侧向通过的年运量约为1×108 t。道岔轮轨力测试断面布置在尖轨尖端和侧向导曲线处。

2.1.1 直向通过

脱轨系数实测最大值为0.29，平均值为0.04～0.06，且脱轨系数最大值随速度的加快有增大的趋势。减载率实测最大值为0.23，平均值为0.04～0.08，减载率最大值随速度的加快有增大的趋势，但平均值随速度的快加有略微减小的趋势。轮轴横向力实测最大值为52.6 kN，平均值为4.5～8.4 kN，轮轴横向力最大值随速度的加快有增大的趋势，而平均值随速度的加快有略微减小的趋势。横向水平力实测最大值为31.0 kN，平均值为4.1～5.1 kN，横向水平力最大值随速度的加快有增大的趋势，而平均值随速度的加快有略微减小的趋势。

2.1.2 侧向通过

脱轨系数实测最大值为0.72，平均值为0.10～0.11，脱轨系数最大值随速度的加快有增大的趋势。减载率实测最大值为0.20，平均值为0.04～0.05，减载率最大值随速度的加快有增大的趋势。轮轴横向力实测最大值为43.2 kN，平均值为14.0～16.6 kN，轮轴横向力最大值随速度的加快有减小的趋势。横向水平力实测最大值为60.6 kN，平均值为8.3～9.1 kN，横向水平力最大值随速度的加快有增大的趋势。

2.2 道岔区部件的变形值

2.2.1 直向通过

直向通过时道岔区部件变形的最大值为1.26 mm。曲基本轨轨头横向位移表现为双方向，实测内、外双方向变形的最大值为1.22 mm和1.08 mm，且随着速度的加快，直曲基本轨横移最大值有增大的趋势。尖轨顶宽30 mm处直曲基本轨轨头横向位移表现为双方向，直基本轨实测内、外双方向的变形最大值为0.69 mm和0.59 mm，曲基本轨实测内、外双方向最大值为0.37 mm和0.43 mm，且随着速度的加快，直曲基本轨横移最大值有增大的趋势。护轨平直段轨头横向位移表现为朝向线路内侧，主要受到轮背冲击，实测变形最大值为1.04 mm，且随着速度的加快有明显增大的趋势。

2.2.2 侧向通过

侧向通过时道岔区部件变形的最大值为2.96 mm。直基本轨轨头横向位移表现为双方向，实测内、外双方向的最大值为1.23 mm和1.16 mm。尖轨顶宽30 mm处直曲基本轨轨头横向位移表现为朝向线路外侧，直基本轨变形最大值为1.63 mm，曲基本轨变形最大值为1.69 mm。导曲线断面内、外轨轨头横向位移均朝向线路外侧，实测外轨变形最大值为2.04 mm，内轨变形最大值为2.46 mm，侧向护轨平直段轨头横向位移表现为双方向，实测内、外双方向变形最大值为0.74 mm和0.59 mm。尖轨尖端开口量实测变形最大值为1.54 mm。

2.3 振动特性

部件振动特性测点选择在尖轨一动、二动处钢轨和尖轨一动处轨枕。

2.3.1 直向通过

尖轨一动和二动位置处钢轨实测振动加速度最大值为145.1g和145.8g，且随速度的加快有明显增大的趋势。尖轨一动处轨枕实测振动加速度最大值为38.8g，且随速度的加快有缓慢增加的趋势。

2.3.2 侧向通过

尖轨一动和二动位置处钢轨实测振动加速度最大值为102.9g和155.8g，且随速度的加快有明显增大的趋势。尖轨一动处轨枕实测振动加速度最大值为2.5g，随速度的加快其变化并不明显。

2.4 钢轨部件的强度

道岔区钢轨部件的强度测点布置在尖轨顶宽30 mm和50 mm处的曲尖轨。C80列车以16.2～23.8 km/h的速度侧向、顺向通过12号道岔时，曲尖轨30 mm、50 mm处断面轨底应力实测最大值为129.2 MPa和150.5 MPa。

3 结论

3.1 安全性参数

C80列车以5～80 km/h的速度直向顺向，以10～40 km/h的速度侧向顺向通过12号道岔时，脱轨系数实测最大值为0.72，小于良好限度0.8；减载率实测最大值为0.34，小于第二限度0.6；轮轴横向力实测最大值为72.7 kN，小于25 t轴重要求的83.6 kN的标准值，横向水平力最大值为106.9 kN。

3.2 道岔区部件的变形

C80列车以5～80 km/h的速度直向顺向，以10～40 km/h的速度侧向顺向通过12号道岔时，尖轨尖端断面、尖轨30 mm处断面、侧向导曲线断面基本轨轨头横向位移实测最大值为2.96 mm，护轨平直段轨头横向位移最大值为1.28 mm。尖轨尖端开口量实测最大值为1.54 mm，小于4 mm的限值要求。