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摘要：曲线轨道钢轨受力复杂，病害多，本文针对小半径曲线钢轨受力特点，对小半径曲线钢轨侧磨的成因、形式进行了初步研究，并结合理论和现场实践提出了相关预防和整治措施。
关键词：曲线轨道、导向力、侧磨、影响因素、整治措施
引言
曲线是轨道结构强度中的薄弱环节之一。机车、车辆在曲线上行驶，车体随惯性直向运行，轨道迫使机车、车辆转弯，这样车轮冲击轨道，造成轨道变形，轨道和车轮同时受到磨耗。由于整体轮对通过曲线时存在偏转力矩和滑动运行，曲线钢轨磨耗远大于直线，因此提高小半径曲线养护水平、降低维修成本、延长钢轨使用寿命，保证行车安全，成为工务工作的一项重要内容。
1 研究背景
淄博工务段博山线路车间管内博八线K0-k10+276，地处丘陵地区，线路所经地区地势起伏，终点站“八陡”源于此地有八个斜度很大的陡坡之说。博八线因势而建，故坡度大，曲线多、半径小，自然条件差。全线共有曲线34个，延长5.612km， 其中半径在300m以下的曲线有23条， 平均半径300m，最小半径200m，，曲线上股钢轨的使用寿命一般为24～36月，按50kg/m钢轨计算成本投资单股每公里约30万元。近几年来，随着牵引动力改型，70t重型车辆的不断增加，运量增长较快，半径<300m的曲线外股钢轨侧磨加剧，这样不仅给养护维修带来许多工作，而且大大增加了运营的成本和对运输的干扰。
2 原因分析
（1） 列车在曲线上运行时，曲线外股钢轨需克服列车离心力提供导向力，实际上离心力就是物理学中讲的要使物体做匀速圆周运动，必须给物体一个与线速度方向垂直沿半径指向圆心的向心力，这个与向心力大小相等、方向相反的实际上并不存在的虚拟的力被称为“惯性力”或“离心力”。根据离心力公式F=V?/R，曲线半径越小、列车速度越快，钢轨需要提供的导向力越大，外股钢轨受横向力越大，钢轨侧磨越快。现场测量表明，半径越小，磨耗速度越快，半径小于300米的曲线磨耗极为明显，更换钢轨后一个月内就可观测到明显侧磨。
（2）整体轮对车轮是装死在车轴上的，两轮对转动角速度和线速度相同，但曲线钢轨外股的长度长于内股。列车通过曲线时，内外轮对走行距离不同，外股轮对走行距离长 ，当内股轮对滚动时，外股轮对必然在钢轨上滑动，钢轨产生磨耗，滑动量越大，钢轨磨损就越重。根据现场观察，小半径曲线上股钢轨作用面存在不同程度的鱼鳞状波纹和分层掉块。
（3） 由于转向架的特定结构，当列车转向时转向架上轮对与轨道间存在4种接触形式：斜接、自由内接、楔形内接、正常强制内接，通常以自由内接形式最为有利，当转向架以自由内接形式运行时，转向架的最前位车轮轮缘与外轨作用边接触，其它轮缘均无接触的在轨道上自由行驶。此时前轮轮缘切削钢轨作用边，因此加剧钢轨磨损。
3 养护措施
（1） 合理设置超高
为保证列车运行平稳曲线要设置超高，超高计算公式H=11.8×V?/R （V为平均速度），过超高和欠超高都会加剧曲线外股的侧磨，因此需利用仪器实测多趟列车速度取平均值计算，不得盲目设置超高。博八线k1+300-k1+700因过超高20mm，曲线下股压溃，上股因轮轨接触面小，钢轨光带窄，垂磨严重，调整超高后钢轨光带变宽，上股垂磨得到缓解；博八线k4+088-k4+525曲线欠超高，曲线下股垂磨、侧磨均比较严重，而且上股撑道，轨距不良，经测速后对曲线调整超高，钢轨磨耗正常，轨距超限少，曲线状态良好。
（2） 加强钢轨涂油
为了减少钢轨与轮对的磨耗，必须降低轮轨之间的摩擦因数，因此可以在钢轨和车轮之间增设润滑材料，使轮轨之间产生一层油膜，避免金属之间的直接接触，我段采用机车涂覆和人工涂覆相结合。我车间按段规定对小半径曲线每周进行干式涂覆两遍，涂覆后基本见不到有钢轨碎屑，而未进行涂覆的钢轨通过列车后可以明显看到一层钢轨碎屑，经测算涂油后钢轨使用寿命延长了2倍以上，因此对钢轨作用边进行涂油是一种有效的、经济的减少钢轨磨耗的方法。
（3）合理养护，杜绝几何尺寸超限
小半径曲线由于受力大，方向不易保持，造成曲线不圆顺，曲线不圆顺就意味着曲线的半径不一致，半径忽大忽小，轮轨横向力不均，受力大时，钢轨磨耗严重。博八线k4+088-k4+525曲线由于正矢不良，多次拨道后仍难以整治，工区因其它生产任务，未继续整治，导致曲线不均匀侧磨，侧磨严重处达到11mm，钢轨状态严重不良，晃车严重，不得不对其进行了换轨。换轨后经过多次拨道，并加装了地锚桩，对曲线方向进行加固，半年来钢轨侧磨均匀，无晃车，曲线状态良好。
轨距直接影响轮轨接触形式，轨距过小时轮轨接触力大，产生的磨耗大，轨距过大时，列车蛇形运动加剧，影响行车安全，因此严格按加宽标准保持轨距是最科学的，博山线路车间2014年安设砼枕和木枕轨撑近12000套，补充轨距杆870根，对于保持轨距和防止钢轨外翻起到了较好的作用，安设轨撑后轨距严重超限基本解决，一般超限大幅度减少，曲线几何尺寸良好。
（4）曲线钢轨预打磨，改善钢轨作用面。
通过打磨来建立一个最佳接触应力和滚动圆半径差之间平衡关系的轮轨接触几何形状，一是减小钢轨表面疲劳产生率；二是减小曲线上的钢轨轨头侧面和轮缘的磨耗，对于外轨对轨头打磨以后，从而加大了外轮的滚动圆半径；对于内轨，钢轨打磨以后减小了内轮的滚动圆半径，从而达到加大内外轮滚动圆半径差的目的，改善轮对的自导向性能，减小轮缘和钢轨内侧磨耗。打磨外轨内侧，以避免轮对圆弧部接触轨头，改善轮轨接触状态，减少钢轨磨耗。
4 结论
通过研究小半径曲线钢轨侧磨成因和整治措施，要求工区按要求对小半径曲线进行养护，小半径曲线的质量得到了提高，维修周期延长了30%，钢轨使用寿命也大大延长，晃车问题也大幅降低，减少了重复工作量，增强了设备安全系数。
参考文献：
[1] 郝瀛.铁道工程.中国铁道出版社.2000
[2]李成辉.轨道.西南交通大学出版社，2004
[3] 张铭达.刘学毅.钢轨预防性打磨原理及应用.铁道建筑.July.2006
关键词：曲线轨道、导向力、侧磨、影响因素、整治措施
引言
曲线是轨道结构强度中的薄弱环节之一。机车、车辆在曲线上行驶，车体随惯性直向运行，轨道迫使机车、车辆转弯，这样车轮冲击轨道，造成轨道变形，轨道和车轮同时受到磨耗。由于整体轮对通过曲线时存在偏转力矩和滑动运行，曲线钢轨磨耗远大于直线，因此提高小半径曲线养护水平、降低维修成本、延长钢轨使用寿命，保证行车安全，成为工务工作的一项重要内容。
1 研究背景
淄博工务段博山线路车间管内博八线K0-k10+276，地处丘陵地区，线路所经地区地势起伏，终点站“八陡”源于此地有八个斜度很大的陡坡之说。博八线因势而建，故坡度大，曲线多、半径小，自然条件差。全线共有曲线34个，延长5.612km， 其中半径在300m以下的曲线有23条， 平均半径300m，最小半径200m，，曲线上股钢轨的使用寿命一般为24～36月，按50kg/m钢轨计算成本投资单股每公里约30万元。近几年来，随着牵引动力改型，70t重型车辆的不断增加，运量增长较快，半径<300m的曲线外股钢轨侧磨加剧，这样不仅给养护维修带来许多工作，而且大大增加了运营的成本和对运输的干扰。
2 原因分析
（1） 列车在曲线上运行时，曲线外股钢轨需克服列车离心力提供导向力，实际上离心力就是物理学中讲的要使物体做匀速圆周运动，必须给物体一个与线速度方向垂直沿半径指向圆心的向心力，这个与向心力大小相等、方向相反的实际上并不存在的虚拟的力被称为“惯性力”或“离心力”。根据离心力公式F=V?/R，曲线半径越小、列车速度越快，钢轨需要提供的导向力越大，外股钢轨受横向力越大，钢轨侧磨越快。现场测量表明，半径越小，磨耗速度越快，半径小于300米的曲线磨耗极为明显，更换钢轨后一个月内就可观测到明显侧磨。
（2）整体轮对车轮是装死在车轴上的，两轮对转动角速度和线速度相同，但曲线钢轨外股的长度长于内股。列车通过曲线时，内外轮对走行距离不同，外股轮对走行距离长 ，当内股轮对滚动时，外股轮对必然在钢轨上滑动，钢轨产生磨耗，滑动量越大，钢轨磨损就越重。根据现场观察，小半径曲线上股钢轨作用面存在不同程度的鱼鳞状波纹和分层掉块。
（3） 由于转向架的特定结构，当列车转向时转向架上轮对与轨道间存在4种接触形式：斜接、自由内接、楔形内接、正常强制内接，通常以自由内接形式最为有利，当转向架以自由内接形式运行时，转向架的最前位车轮轮缘与外轨作用边接触，其它轮缘均无接触的在轨道上自由行驶。此时前轮轮缘切削钢轨作用边，因此加剧钢轨磨损。
3 养护措施
（1） 合理设置超高
为保证列车运行平稳曲线要设置超高，超高计算公式H=11.8×V?/R （V为平均速度），过超高和欠超高都会加剧曲线外股的侧磨，因此需利用仪器实测多趟列车速度取平均值计算，不得盲目设置超高。博八线k1+300-k1+700因过超高20mm，曲线下股压溃，上股因轮轨接触面小，钢轨光带窄，垂磨严重，调整超高后钢轨光带变宽，上股垂磨得到缓解；博八线k4+088-k4+525曲线欠超高，曲线下股垂磨、侧磨均比较严重，而且上股撑道，轨距不良，经测速后对曲线调整超高，钢轨磨耗正常，轨距超限少，曲线状态良好。
（2） 加强钢轨涂油
为了减少钢轨与轮对的磨耗，必须降低轮轨之间的摩擦因数，因此可以在钢轨和车轮之间增设润滑材料，使轮轨之间产生一层油膜，避免金属之间的直接接触，我段采用机车涂覆和人工涂覆相结合。我车间按段规定对小半径曲线每周进行干式涂覆两遍，涂覆后基本见不到有钢轨碎屑，而未进行涂覆的钢轨通过列车后可以明显看到一层钢轨碎屑，经测算涂油后钢轨使用寿命延长了2倍以上，因此对钢轨作用边进行涂油是一种有效的、经济的减少钢轨磨耗的方法。
（3）合理养护，杜绝几何尺寸超限
小半径曲线由于受力大，方向不易保持，造成曲线不圆顺，曲线不圆顺就意味着曲线的半径不一致，半径忽大忽小，轮轨横向力不均，受力大时，钢轨磨耗严重。博八线k4+088-k4+525曲线由于正矢不良，多次拨道后仍难以整治，工区因其它生产任务，未继续整治，导致曲线不均匀侧磨，侧磨严重处达到11mm，钢轨状态严重不良，晃车严重，不得不对其进行了换轨。换轨后经过多次拨道，并加装了地锚桩，对曲线方向进行加固，半年来钢轨侧磨均匀，无晃车，曲线状态良好。
轨距直接影响轮轨接触形式，轨距过小时轮轨接触力大，产生的磨耗大，轨距过大时，列车蛇形运动加剧，影响行车安全，因此严格按加宽标准保持轨距是最科学的，博山线路车间2014年安设砼枕和木枕轨撑近12000套，补充轨距杆870根，对于保持轨距和防止钢轨外翻起到了较好的作用，安设轨撑后轨距严重超限基本解决，一般超限大幅度减少，曲线几何尺寸良好。
（4）曲线钢轨预打磨，改善钢轨作用面。
通过打磨来建立一个最佳接触应力和滚动圆半径差之间平衡关系的轮轨接触几何形状，一是减小钢轨表面疲劳产生率；二是减小曲线上的钢轨轨头侧面和轮缘的磨耗，对于外轨对轨头打磨以后，从而加大了外轮的滚动圆半径；对于内轨，钢轨打磨以后减小了内轮的滚动圆半径，从而达到加大内外轮滚动圆半径差的目的，改善轮对的自导向性能，减小轮缘和钢轨内侧磨耗。打磨外轨内侧，以避免轮对圆弧部接触轨头，改善轮轨接触状态，减少钢轨磨耗。
4 结论
通过研究小半径曲线钢轨侧磨成因和整治措施，要求工区按要求对小半径曲线进行养护，小半径曲线的质量得到了提高，维修周期延长了30%，钢轨使用寿命也大大延长，晃车问题也大幅降低，减少了重复工作量，增强了设备安全系数。
参考文献：
[1] 郝瀛.铁道工程.中国铁道出版社.2000
[2]李成辉.轨道.西南交通大学出版社，2004
[3] 张铭达.刘学毅.钢轨预防性打磨原理及应用.铁道建筑.July.2006