新型道岔防脱护轨的应用分析

张强

摘 要：首次在道岔尖轨前安装新型防脱护轨来降低列车的脱轨风险，本文详细介绍了该防脱护轨在该线的应用情况，对轮背与护轨作用后产生的磨痕进行分析，初步评价护轨的使用效果。

关键字：新型防脱护轨；构造；使用效果

某车厂受地形条件的影响，设计采用较多5号道岔及65米半径曲线，线路条件复杂。而该线增购车国产转向架的设计结构较进口转向架发生了较大变化（无摇枕、轴箱外置结构），其转向架回转阻力系数明显大于进口转向架，导致在同等条件下国产转向架脱轨风险明显高于进口转向架，该线增购车顺向出岔时，可能出现第1轮对外侧车轮爬上轨面，进而脱轨。基于上述现状，根据列车动力学数据及技术部门现场调研的情况，为了增强列车运行的安全性，防止列车脱轨，工务分部在车厂线5号单开道岔直线尖轨前安装了新型防脱护轨。

一、新型防脱护轨结构特点及布置方式

（一）结构特点

护轨采用UIC33槽型钢轨加工制造，强度大，安全系数高，耐磨损，使用寿命厂。扣板与支架采用斜面压紧的方式，使扣板与钢轨密贴，消除了钢轨及零部件制造公差而产生的缝隙。

当发生脱轨危险时，车轮背部与护轨发生激烈的摩擦、碰撞，此时产生很大的横向力，护轨及支架组成的结构系统共同承受横向力的冲击，如在砕石道床以外的道床类型上安装时，还可以通过支架底部黏贴的橡胶垫层与道床接触产生的摩擦力共同来抵抗横向力，详细结构图如图1所示。

（二）布置方式

新型防脱护轨总长3600mm，按照护轨布置图要求，新型防脱护轨分左开右开，安装在道岔直线尖轨一侧，通过6个护轨支架与钢轨固定，若道岔前顺坡终点接头为绝缘接头，则该处支架可不进行安装。新型防脱护轨与现有的道岔护轨的各部分开口尺寸也有很大不同，靠近尖轨一端距离尖轨尖端70mm，特殊情况下可适当加大。靠近尖轨一端开口尺寸为140mm，另一端开口尺寸为136mm，护轨平直段长1100mm，轮缘槽宽度为65±3mm，详细布置图见图2。

二、确定护轨安装位置

该车厂进行了多次的列车动力学实验，实验得出车轮镟修前后列车通过5号单开道岔时的脱轨系数，根据脱轨系数的大小，结合实际走行路径与近年两次脱轨股道的相似程度，安装了新型防脱护轨，降低列车的脱轨风险。

三、护轨磨痕分析

新型护轨安装后，为验证护轨是否对轮对的横向位移有限制作用，起到降低列车轮对爬轨的风险的作用，我们对安装在L34、L55道岔上的新型防脱护轨进行了使用情况观察。

（一） 观察方式

我们在L34、L55道岔新型防脱护轨作用边上喷涂白漆，观察列车通过后护轨上的白漆是否被轮背磨蹭，以此判断轮对与护轨是否产生作用关系，并记录通过的列车编号，走行路径，磨蹭点护轨作用边与钢轨作用边的距离。

（二） 观察结果

我们对护轨的使用情况进行了7天的观察，分别有99列及32列车经过L55、L34道岔，统计并分析观察记录的信息，得出了以下共同规律：

（1）60%曲向通过道岔的列车轮对经过护轨后，护轨上有被轮背磨蹭的痕迹（见图5）；

（2）直向通过道岔的列车轮对与护轨基本不会产生磨蹭的现象；

（3）护轨上磨痕的起点轮缘槽宽度平均为69.5mm（见图6）。

（三）磨痕情况分析

护轨轮缘槽的宽度是决定护轨是否能限制车轮横向偏移，防止车轮爬轨脱轨的主要因素，通过对磨痕的情况的分析，可以判断出防脱护轨状态是否正常，是否起到了降低脱轨风险的作用。

经查阅相关资料，作出轮轨及护轨关系图可知，在最大游间时，若要车轮不与护轨发生磨蹭，需轮缘槽宽度≥1451-1351-26=74mm；在最小游间时，若要车轮丝毫不发生爬轨，则需轮缘槽宽度为≤1443-1355-34=54mm。

根据现场实际情况，取轨道及轮对一般状态下的尺寸计算，即轨距为1445mm，轮背距离1353mm，轮缘厚度为30mm，可得在以上轮轨状态下的轮轨游间约为1445-1353-30=62mm。目前安装新型道岔防脱护轨时，平直段的轮缘槽宽度设置为65±3mm。

根据以上分析，可以印证现场磨痕观察所得出的结论：

（1）当列车直向通过道岔后经过护轨时，运行速度低，轮对几乎不产生左右位移，且设置的轮缘槽宽度大于轨道及轮对一般状态下的游间大小，所以直向通过护轨的列车轮对基本不与护轨发生磨蹭。

（2）当列车曲向通过道岔后经过护轨时，列车会产生一定的离心力，轮对会发生一定的横向位移，导致轮背与护轨发生磨蹭。实际护轨磨痕起点轮缘槽宽度的平均值为69.5mm，大于轨道及轮对一般状态下的游间大小62mm，所以大部分曲向通过道岔的列车轮对经过护轨时会产生磨痕。若护轨轮缘槽宽度值设置在70mm时，无论列车直向或曲向经过道岔时，均不会产生磨痕，此结论已在脱轨模拟实验中得到验证。

（3）由结论（2）进一步可得出，当列车曲向通过道岔经过护轨时，一部分列车轮对最大会有约8mm的爬轨量（小于脱轨临界条件29mm），轮缘槽设置为65mm，有效地限制了轮对进一步爬轨的趋势，起到了降低脱轨风险的作用。

（4）最早安装的护轨至今已上线使用了接近一年的时间，护轨作用边的磨耗量最大不足1mm，未发生支架变形、螺栓松脱等情况，可反映出列车经过护轨时，即使轮背与护轨发生了磨蹭，但轮对对护轨的冲击力不大，轮背与护轨间的磨蹭程度较轻微，列车运行时不存在较大的脱轨风险。

四、总结

截止目前，该车厂所安装的新型道岔防脱护轨均出现了不同程度的磨痕，结合上述分析，目前该线车厂安装使用的新型道岔防脱护轨使用效果良好，在一定条件下有降低脱轨风险的作用。后续，工务分部将逐步对车厂内所有5号道岔安装防脱护轨，进一步有效地保障列车运行安全。

五、參考文献：

[1] 王建文，张英州.防爬防脱护轨研究[J].中国铁道学会学术年会，2000

[2] 冉蕾，冯健，李俊玺.城市轨道交通高架桥防脱护轨设计研究[J]《铁道标准设计》，2011（1）：42-44

[3] 俞展猷，李富达.车轮脱轨及其评价《铁道学报》1999

[4] 李耀明.车轮爬轨影响因素分析《铁道车辆》1988

[5] 刘婷林.车厂线5号单开道岔防脱护轨方案设计《铁道勘察》2016