为什么要及时更换磨耗护轨吗

当你进行道岔设备检修时，发现护轨磨耗了一些，这个磨耗量，对于轨头总体的宽度来讲，根本不算什么，但工长告诉你，这个磨耗量已达到重伤标准，需要更换下线，但明明护轨状态很好，更换下线真的很可惜，这难道就不是浪费？本篇，我将从科学视角带你分析更换原因。󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

正常情况下，列车车轮首先是从缓冲段开始接触的，为了更好地说明护轨接触受力，我们引入一个“冲击角”概念。所谓冲击角，就是列车车轮轮缘与护轨工作边接触瞬间，车轮行驶方向与护轨工作边法线方向之间的夹角。如图1：󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

简单理解，冲击角就是车轮“撞上”护轨时的角度。它不是护轨本身的几何角度，而是一个与车轮运动状态相关的动态角度。

当车轮以一定速度和冲击角撞上护轨时，会产生一个横向冲击力。这个横向力F1 的大小，与车速 V 的平方成正比，与冲击角 a 的正弦值成正比，这个可以通过受力分析计算出来。󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

简化关系可表示为：F1 ∝ V² · sina

至于为什么横向力与速度的平方成正比，与向心力计算公式基本一致，这里不再赘述。󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

可以看出，速度的对护轨受力的影响是平方级的，速度增加一倍，横向力增大到约四倍。而冲击角直接影响力的强度，冲击角越大，横向力也越大。󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

基于上述原理，为了保障运行安全和乘坐舒适性，冲击角必须根据设计通过速度来确定，高速行车的岔位，必须要求使用小冲击角；而低速行车的岔位，可以使用较大的冲击角。这也解释了为什么行车速度越高的道岔，其护轨越长；允许速度越低的道岔护轨，其护轨更短。总之，必须保证护轨或轮对横向力控制在允许范围内。󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

工务部门在日常维修护轨过程中，会时常监测护轨的磨耗情况。如果护轨磨耗过大，平直段变薄，我们就会在平直段后背加垫护轨垫片，这样就会改变护轨缓冲段工作边的几何形状，导致实际冲击角增大，进而增大过车横向力，引起行车舒适度不良。󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

因此，护轨在不同速度等级下，磨耗达到重伤标准，就应该及时维修或更换，以恢复其原有的平顺度。《普速铁路线路维修规则》规定：护轨侧面磨耗分轻伤和重伤两类，护轨侧面磨耗达到重伤应及时更换。如下表：

护轨侧面磨耗轻伤和重伤标准