轨道与运量及行车速度的关系

摘 要:本文对轨道与运量及行车速度的相互关系进行了分析,给出了统筹兼顾轨道、运量、行车速度的合理化建议。

关键词:轨道 运量 行车速度

中图分类号:U29 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)01(b)-0046-01

1 运量

运量,通常用机车车辆通过的总重量来表示。在运营条件下,运量仍是决定轨道类型的主要指标。我们知道,钢轨的使用寿命主要取决于它的磨耗,通过运量愈大,钢轨磨耗愈快,其使用寿命愈短;愈容易引起轨道部件的疲劳折损;加速轨道几何尺寸的变化。因此,必须通过年通过总重量,合理地选择与之相适应的钢轨,否则既影响钢轨的使用寿命,又缩短线路换轨大修周期。在经济上也是不合理的。

道床变形是轨道永久变形积累的主要因素,实验表明,道床沉陷正比于荷载循环次数的对数。道床永久变形的积累与通过运量之间关系十分密切。在机车车辆荷载的压力与振动作用下,引起道床松动和不均匀下沉,逐渐形成不平顺的轨面,反过来又加剧机车车辆对轨道的冲击,增加了轨道的养护工作量。还应指出,货车的运行对道床和路基的影响,要比大型机车和客车严重得多,因此,在货运量大的线路上,必须采用标准较高的轨道设备。

2 轴重

钢轨类型必须与机车车辆的轴重相配合。增加轴重,改用大型机车或行驶重载车辆,会增加轨道各部件的损坏,特别是钢轨,因为随着轴重的增加将使钢轨折断的弯曲应力相应增加,而使疲劳伤损的荷载循环次数相应减少,缩短钢轨的使用寿命。

由于钢轨顶面与车轮踏面的接触面积不到2cm2,而轮轨间的接触应力则可达1000MPa～2000MPa,从而促使轨头金属表面外挤,造成钢轨剥离掉块,甚至断裂。在计算容许轴重或根据给定轴重选择轨道类型时,应考虑轮轨接触处的应力状态。

据统计,钢轨头部折损几乎都是由超载引起的疲劳折损。钢轨折损率随轴重的增加而增加,而其它轨道部件也出现同样情况。例如重载货物列车,即使运行速度不高,但对轨道的破坏往往要比一般高速列车大。有些国家认为,轴重超过245kN后,机车车辆对轨道的影响将比行车速度提高到160km/h更大。

造成钢轨疲劳伤损的一个重要原因是轴重的增加和轮径的减小。轴重愈大,轮径愈小,则轮轨间的接触应力也愈大,而对钢轨的破坏愈严重。内燃机车和电力机车,由于轮径减小,轮重较大,从这个角度来说,对钢轨是不利的。

列车荷载的重复作用是破坏道床和路基承载能力的最主要因素,当轴重增大时,影响特别显著。如果列车的轴重减小,即使速度较高这种作用的影响也不大。所以,若轴重增加,必须相应地加强轨道和路基。

3 行车速度

在一定的行车速度下,车轮对钢轨的冲击作用、轨道部件及道床的振动加速度,同钢轨的重量成反比。即钢轨愈重,车轮对钢轨的冲击作用愈小。因此,要提高行车速度,又要保证良好的线路质量,就必须采用与行车速度相适应的钢轨。

列车车轮在轨道上行驶时,由于动力作用,车轮的垂直力要比静止时的重力大,其增长幅度随具体情况而异。从理论上讲,当圆顺的车轮在平顺的轨道上行驶时,车轮对钢轨的动压力比静止时的车轮压力增加很少,速度的影响不大。实际试验也表明了这一点,如在平顺的轨面上,行车速度从10km/h提高至100km/h,动压力只增加7％;而当轨面上只要存在有长60mm,深3mm的不平顺时,动压力将增加1.5倍;如果车轮上出现扁瘢,动压力甚至可增加2～2.5倍。而道床变形主要是轨道振动的结果,所以,轨道不平顺也是道床变形及其引起的各种轨道病害的根源。

一般认为,现在轨道结构所能达到的极限行车速度为300～350km/h,超过这个速度,传统的轮轨系统必须加以改变,如采用磁悬浮列车。目前各国高速铁路列车的最高速度:日本为240km/h;法国为300km/h;美国为190km/h;英国、德国为200km/h。为了缩小同世界先进水平的差距,我国选用行车速度为250～300km/h。高速行车技术作为当代世界铁路的一项重大技术成就,已为世界各国所公认,成为当今世界铁路客运发展的共同趋势,同样是中国铁路旅客运输现代化的必然选择。铁道部密切注视国际铁路发展动向、作出了我国发展高速铁路的战略决策。不失时机地在我国发展高速铁路,将为传统的铁路行业注入高、新技术,无疑会给我国铁路的发展带来勃勃生机。

目前,铁路作为我国的主要运输工具,它担负着全国客货周转量的60％和70％。我国的国情决定了,在可预见的将来铁路仍将是国民经济的大动脉、综合运输体系的骨干、客货运输的主力。

我国铁路是客货共线,以货运为主。当客车超过一定的对数时,这些线路将转为以客运为主。在能力上客货运输难以兼顾,在速度上客货共线混跑难以提高。为了增加货运能力,就要加大货物列车重量,货车速度不能提高,只提高客车速度,两者的速差加大,对提高线路的综合能力不利。客车速度不高,又不能满足人们旅行的要求。尤其是旅客运输,已不再是那种运输能力大、经济、能满足客运量要求的运输方式,而更多的是追求速度快、时间短、舒适、安全、方便等运输服务质量方面的提高和完善。这是经济发展的结果,是时代发展的必然趋势。

不难看出,用传统技术改造旧线,很难满足客货运输发展的需要,只有突破传统技术和运输模式,实行客货分线运输,采取高速客运技术,才是解决我国客运紧张问题的根本途径。客货专线与既有线的通过能力可分别提高一倍以上。

参考文献

[1] 陈岳源.铁路轨道[M].北京:中国铁道出版社,1998.

[2] 郝瀛.铁道工程[M].北京:中国铁道出版社,2000.

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