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钢轨重型化增加了钢轨的刚度,列车作用于钢轨上的压力可分散在较多的轨枕上,从而减少了轨枕、道床及路基的应力。同时,由于钢轨刚度的增加,其动力纵断面比较平顺,产生的附加压力相应减弱,轨道结构余变形积累也相应减少。从对轨道的动力测试结果及计算得出:钢轨越重,钢轨非接头区的附加动力值越小,若以50 kg/m钢轨附加动力值为1 ,则43 kg/m 钢轨为1.08 ,60kg/m 钢轨为0.89 ,75 kg/m 钢轨为0.82 。可见,采用重型钢轨可以提高轨道结构承载能力,延长线路大修周期,具有明显的技术经济效益。
由于钢轨重型化后,钢轨接触疲劳伤损占伤损总数的比例提高。因此,必须同时增加钢轨抗磨性及抗接触疲劳能力,对其材质,尤其是轨头部分进行强韧化处理。根据经验可概略地认为43 kg/m 、50 kg/m 、60 kg/m 、75 kg/m 重轨每提高一级可提高运量50 %或以上,轨重增加,不仅可以提高货运密度,延长重轨使用寿命,而且可以节约钢材。 用60 kg/m 重轨代替50 kg/m重轨可以节约钢材28 %,用75 kg/m 重轨代替50kg/m 重轨铺设严重负荷线路,可以节约钢材35.71 %。
钢轨应从强韧化和纯净化作为主要努力方向。解决这个问题的出路应从强韧化和纯净化入手。其主要措施:
(1)发展强度比U71Mn 高一等级的钢轨,如攀钢生产的PD3 高碳微钒轨和包钢生产的含铌稀土轨。这两种钢轨的抗拉强度已达980 MPa 的水平,可以满足一般线路的需要。到目前为止,PD3 钢轨已铺设50 万t ,稀土轨从1998 年推广以来,已上道1.5 万t 。考虑到酸雨气候和长大隧道的需要,研制高强耐蚀钢轨也很有应用前景。
(2)大力发展全长淬火钢轨。这是实行的一项主要技术路线。淬火轨比轧态轨成本增加不到10 %,但使用寿命延长一倍,这样的技术路线符合低成本的要求。随着列车轴重的增加,尤其要研制σb ≥1 300 MPa 、σs ≥980 MPa 的高强度钢轨,以满足小半径曲线及繁忙、重载线路的需要。PD3 钢轨和稀土钢轨经全长淬火能够适合铁路重载、繁忙干线的需要。
(3)钢质的纯净化是钢轨重型化、强韧化的基础。我国钢轨生产厂经过技术改造,已具备了控制杂质总量的条件。对夹杂物的要求:200 km/h 钢轨A 类≤2.5 级,B 、C 、D 类≤1.5 级;300 km/h 钢轨A 类≤2 级,B 、C 、D 类≤1 级。
(4)关于钢轨金相组织。选择钢轨金相组织越来越被世界钢轨界重视。现阶段,就获得较好的强度和韧性而言,细珠光体组织应为理想选择。从长远看,珠光体钢轨组织进一步细化应为努力的方向。鉴于低碳贝氏体钢研究活跃,因此,低碳贝氏体钢轨也可作为基础性研究开展,以解决珠光体钢轨进一步提高强度因其本身受到局限的问题。
(5)对冶金技术的其他要求。通过控轧控冷细化晶粒,防止晶界脆化,降低高强度钢轨对延迟断裂的敏感性;控制凝固过程,达到钢轨材质均匀化;调整化学成分,提高高强钢轨的焊接性能;添加合金元素进一步提高钢轨性能等,都是提高钢轨使用性能的有效措施。
此外,在发展高强和钢轨问题上有两点需要冶金行业和铁路行业共同注意:一个是高强钢轨的焊接问题。我国铺设无缝线路已过2.5万km ,占我国铁路延长长度的1/3 ,钢轨在服役过程中折断部位经常发生在焊接区域。另一个是关于磨耗问题。要选择轮轨关系的配合,统筹考虑。钢轨并非越硬越好,而是需要一定的磨耗速率,否则接触应力反复出现在钢轨同一部位,会产生疲劳源而引起剥离掉块。
钢轨的外形尺寸
由于速度的提高对钢轨表面的平顺性要求加严格。在实际钢轨交货中,端头不平顺还要大些,特别是目前钢轨端头,矫直存在暗面,使钢轨的焊接平顺性达不到要求。目前规定快速线路钢轨焊接表面平顺性0.3 /m(向上),实际上很难做到。轮轨动力测试结果表明,在接头处均出现应力峰值。因此,提高钢轨表面平顺性是提速线路的迫切需要。
再用钢轨接头空吊故障处理:
1、对于钢轨来说,须进行打磨焊补或按上述整治低接头或鞍型钢轨的方法进行处理。
2、及时打磨焊缝接头使轮轨接触面顺坡不过1%。
3、对换的枕木进行及时捣固(对于钢筋砼枕地段接头,先上普通胶垫,过7~8天后换为接头高强胶垫和调高扣件为宜)。
4、钢筋砼枕地段要及时拧紧扣件。
5、对于在养护维修工作中所产生的病害,我们在作业中尽量避免人为造成病害,加强捣固质量(对于病害处要进行八面捣固)在划撬作业时不宜过短,要讲究顺坡。
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