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摘 要:结合探伤工作实际分析总结矿区铁路钢轨伤损的类型,详细阐述了导致伤损的主要原因.为今后钢轨养护提供了依据.
关 键 词:钢轨伤损核伤螺孔裂纹应力
中图分类号:TH11文献标识码:A文章编号:1007-3973(2010)08-049-01
鹤岗矿区铁路纵贯鹤岗市区,全长237KM,道岔397组,负有运输各大矿煤炭和旅客的任务,其线路钢轨主要轨型是43KG/M和50KG/M.因钢轨成本高,部分钢轨未能及时更换只能超限使用,极易出现钢轨伤损,若没有及时发现,一旦发生钢轨断裂就会危及旅客生命安全及造成运输中断,给企业带来巨大经济损失.因此从1998年开始,铁路运输部工务段就开始利用CGT-7型钢轨探伤仪对矿区铁路的钢轨进行全面探伤.通过几年的探伤工作,对矿区线路上的钢轨伤损情况已经作出了系统的鉴定.线路干线钢轨中重伤约占2%,轻伤约占6.5%.经研究分析,其伤损情况主要有五大类型:(1)钢轨核伤,(2)钢轨接头部位伤损,(3)钢轨的水平和纵向裂纹,(4)钢轨轨底裂纹,(5)钢轨切割接头伤损.其中发生在矿区钢轨上最多的类型为钢轨接头部位伤损和钢轨核伤.钢轨接头部位伤损大约占伤损发生量的41%,钢轨核伤大约占44%.
1钢轨接头部位伤损
钢轨接头是线路的薄弱环节,车轮作用在钢轨接头上的惯性力要比其他部位大60%左右,尤其是矿区线路运输煤炭重车,巨大惯性力撞击钢轨接头,接头伤损程度即较其他部位大,主要伤损部位是在螺孔裂纹,其次是下颚裂纹.
1.1螺孔裂纹产生的原因
(1)钻孔裂纹矿区铁路钢轨两端的螺栓孔常用人工在现场自钻,在钻螺栓孔时,螺栓孔内壁常会因受力不均匀发生应力散射,导致螺栓孔外侧钢轨产生潜生裂纹,在一定条件下明纹就会产生,使钢轨断裂的机率大大增加.例如:2006年在东选至南山干线上左股有一根钢轨南端第一孔就从钻孔处产生裂纹,经探伤发现裂纹长度达12.
(2)轨道结构不合理矿区铁路P43、P50钢轨均采用斜坡支承夹板,当螺栓孔被人工拧紧后,轨头就因螺栓固定而被迫承受向上拉力,容易导致螺孔裂纹.在矿区铁路P43、P50两种异型钢轨连接采用异型夹板更易产生螺孔裂纹.
(3)接头冲击过大由于矿区铁路的线路基础差,接头常出现捣固不实,机车在通过接头时,接头迎着列车运行方向受到冲击力撞击,轨端第一螺孔裂纹的发生频率非常高,据统计一孔裂纹占各孔裂纹的73%.
(4)养护状态不良
根据多年现场实测,钢轨接头高低错牙1就会大大增加对螺孔的冲击力,2以上的低接头使第一螺孔拉应力增大33%,由于矿区铁路道床石碴厚度不够,且其中含土量高,易板结,导致轨下弹性较差,使第一螺栓孔的冲击力也成倍变化.此外,插短轨钻孔孔位有高差等都会导致应力集中,特别是绝缘接头,因受结构限制,螺栓扭矩不足,就会出现大轨缝,低接头,吊空板等病害.受到上述种种因素影响,螺孔裂纹的发生机率大大高于普通接头.
1.2轨头下颚裂纹的形成因素
从矿区线路轨道结构上,P43钢轨占全线的20%,而P43钢轨轨腰较薄,其厚度只有14.5,因此在较小半径曲线上的钢轨轨腰上,极易产生轨腰裂纹.主要原因是运输煤炭的重车在通过曲线时由于离心作用,使车中的煤炭集中偏向外侧,导致曲线上的钢轨轨腰即会受到过大的荷载,在水平推力以及轨头挠曲应力的复合作用以及机车车辆的蛇形运动产生的横向作用力等多种力作用下,下颚裂纹从外向内&#
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1.3马鞍型磨耗
在矿区铁路上P43轨出现马鞍型磨耗发生率很大,更容易引起第三螺孔向上裂纹的产生.
2钢轨核伤
矿区铁路上的钢轨常出现轨头断裂,轨头断裂每年发生数量6次左右,其产生原因就是钢轨核伤,它直接造成断轨事故,同时也是较难发现的伤损.
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据钢轨探伤的实践证明,核伤面积由4%发展到20%-29%,仅能通过1.6×107t左右的运量.
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在矿区线路钢轨核伤形成的主要原因是钢轨本身存在白点、气泡、非金属夹杂或严重偏折等原内部缺陷,当然也有割铁造成的人为缺陷,它们在列车动荷载的反复强力作用下,这些微细疲劳源就会逐步扩展而形成斑痕,即为白核.当白核穿透到轨面,疲劳斑痕被氧化,就会发展成黑核.一般因材质原因产生的核伤与钢轨面垂线呈7～10°夹角.普通因材质问题产生核伤一般产生于作用面下3.5～14处,距作用边7.5,
除材质因素外由于矿区铁路的特殊性还有下列原因:
(1)矿区线路曲线半径过小,且在高坡地段,因上下坡车速悬差很大,曲线超高难设计,往往下股偏载,轨头表面的接触疲劳核多发.例如在集配站的二改干线上就发现过此种伤损.
(2)擦伤形成的核伤
在鹤矿矿区线路,轨头常出现轨头碎裂和重皮以及擦伤形成的核伤,这是由于钢轨淬火不良和机车车轮的空转以及车轮对钢轨踏面的强烈冲击,使钢轨踏面严重擦伤或产生网状裂纹并逐步发展成核伤.
由此可见钢轨核伤的产生和发展不仅与材质有关,而且与钢轨所处的外界条件有关.
综上所述可以看出,矿区铁路钢轨的伤损导致线路状况不容乐观,但如果按《技规》全部同时更换的话,大量消耗成本,而且增加巨大的工作量,因此工务段决定逐步按计划更换,对于未更换的伤损钢轨的处理如下:(1)探伤员在钢轨上作出各种标记,巡道员进行每日仔细观测伤损有无发展变化,(2)部分地段采用限速等方法进行控制.
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