LDPⅢ型减磨护轨
在城市轨道交通中的应用分析
周 泉
（天津轨道交通集团有限公司，天津 300000）
摘 要：以天津地铁 9 号线为背景，介绍 LDP Ⅲ型弹性减磨护轨的设计原理，分析小半径曲线侧面磨耗形成的原因，并对 LDP Ⅲ型弹性减磨护轨在城市轨道交通中小半径曲线上减轻轮轨磨耗效果进行分析。
关键词：城市轨道交通；弹性减磨护轨；小半径曲线；钢轨磨耗中图分类号：U213.4
1 小半径曲线钢轨磨耗成因
钢轨承受着来自车轮的冲击振动荷载，在轮轨相互作用下，表面产生磨耗是必不可免的。列车通过小半径曲线时，接触点上轮轨间的滚动接触作用，即摩擦与滑移，是形成曲线外股钢轨磨耗的根本原因[1]。钢轨磨耗分为垂直磨耗和侧面磨耗，垂直磨耗一般在钢轨顶面宽1/3 处测量，侧面磨耗在钢轨踏面下 16 mm 处测量，钢轨总磨耗 = 垂直磨耗 +1/2 侧面磨耗。相对于垂直磨耗，侧面磨耗对轨道几何形位的影响较大，特别是列车横向摇摆形成的不均匀磨耗危害更大。
根据小半径曲线外股钢轨伤损机理可知，导向车轮轮缘与曲线外股钢轨内侧工作边之间的冲击角和导向车轮轮缘在外股钢轨产生的横向力，对小半径曲线钢轨轨头产生侧面磨耗及伤损的程度具有较大影响。因此，若能减小列车通过时导向车轮对小半径曲线外股钢轨的冲击角和横向力，对减缓钢轨侧面磨耗十分有利[2]。
0 引言
小半径曲线一直都是城市轨道交通工务维修的薄弱环节，其不均匀磨耗的加剧，既增加了养护维修的难度，也会给行车安全带来风险。天津地铁 9 号线开通后不到 1 年，其地下段小半径曲线（R≤400 m）钢轨就出现了较为严重的磨耗，个别点最大侧面磨耗达到11 mm，接近轻伤标准，且钢轨轨头廓形发生较大改变，导向约束能力降低，行车安全风险极高。成段更换隧道内无缝线路钢轨施工难度大，准备时间长，人力和物资消耗巨大，因此，降低曲线钢轨磨耗速率是工务维修最可行的方法。
天津地铁 9 号线项目部经过咨询调研，在部分小半径曲线上改造加装了 LDP Ⅲ 型弹性减磨护轨，有效降低了外股钢轨的侧面磨耗速率，延长了使用寿命，获得了较为理想的效果。
2 LDP Ⅲ型减磨护轨设计
2.1 LDP Ⅲ型护轨结构特点
LDP Ⅲ型减磨护轨结构由护轨、支架、扣板、横向缓冲调距垫块、绝缘缓冲垫片和联结紧固部件等组成[3]，安装在曲线内股钢轨作用边一侧，如图 1 所示。LDP Ⅲ型护轨结构特点具有以下特点。
（1）通用性好，轨下基础与护轨不发生关系，新建线路和既有线路均可安装，维修工作量少。
作者简介：周泉（1980—），男，高级工程师
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工程实践
到的外侧车轮轮缘面对其产生的横向力 Q2 的值降低。
Q2 = Q - Q1 = Q（1-δ） （2）式（2）中，δ 为护轨分担的横向力值 Q 的分配系数，δ = Q1 / Q。
导向轴内侧车轮轮背受到来自护轨工作边产生的横向力 Q1 将引导机车转向架沿护轨方向旋转，在 Q1 与 Q2作用下，外股主轨侧面与导向轮的外车轮之间的轮轨冲击角 α 也随之减小[4]。
对于曲线不均匀磨耗，可通过调整轨距和调节轮缘槽宽度 K 值相结合
的方法来改变外股钢轨的受力[5]，如图 3 所示。对于不均匀磨耗区段较长的情况，以调整轨距为主，调整护轨轮缘槽宽度为辅；如果不均匀磨耗区段较短，调整轨距较为困难，则应以调整轮缘槽宽度为主。
图 1 LDP Ⅲ 型弹性减磨护轨结构图
（2）安装、拆卸非常简便，可在列车夜间停运时间进行作业。
（3）根据轮轨相互作用原理及轮轨关系，设置可调的轮缘槽宽度，护轨可以分担横向力。
（4）护轨具有合理的横向组合刚度，可产生适量的横向弹性变形能力，使轮轨间的相互作用力具有柔性效应，减轻冲击破坏能量。
（5）利用护轨竖向轴 Iy 作为受力轴，可大大提高轨道框架结构的横向稳定性。
（6）护轨与主轨之间设有双重绝缘，有信号的线路地段也可以安装。
（7）护轨装置设有与地绝缘，在隧道内安装使用时，可防止迷流对轨道部件的电腐蚀。
（8）护轮两端设置合理缓冲段，确保列车通过时的顺畅性。
3 LDP Ⅲ型减磨护轨应用效果分析
3.1 监测方法及数据
本文选取了天津地铁 9 号线中 3 条小半径曲线作为观测区段，该 3 条曲线分别在换轨后安装了 LDP Ⅲ 型弹性减磨护轨，具体参数见表 1。更换新轨并安装减磨护轨后，检查人员对各条曲线钢轨磨耗分别进行了连续 6个月的跟踪观测，3 条曲线钢轨磨耗观测数据见表 2、表3、表 4，各曲线钢轨平均磨耗变化见图 4。
机车车辆转向架导向轴
曲线外股主轨
Q2
轮轨冲击角 α
2.2 LDP Ⅲ型护轨作用机理
轮轨磨耗指数W可用式表达：（1）W = Q×α×μ×R×H （1）
式（1）中，Q 为车轮轮缘与外股钢轨的作用力；α 为导向轴轮缘与外股钢轨的冲击角度；μ 为摩擦系数；R 为曲线半径；H 为钢轨的材质硬度。
如图 2 所示，当轮背被护轨约束住时，内侧车轮轮背会受到护轨作用的一个方向相反、大小相等的横向力Q1，即护轨分担了一部分曲线外股轨头受到的来自导向轴外侧车轮轮缘的横向力 Q，使曲线外股主轨内侧受
V
C2
新型护轨
Q1
曲线内股主轨
图 2 运行轮对与曲线轨道关系
现代城市轨道交通 2 / 2017 MODERN URBAN TRANSIT33
工程实践
列车横向力 Q
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机车车辆转向架，导向轴
P
作用于护轨的横向力 Q1
Q
Q1
新型护轮轨
Q2
外侧车轮缘 d
曲线内股主轨
横向组合钢度 D
外股钢轨轨头的横向力 Q2
曲线外股主轨
LDPⅢ-60
K
X
护轨可产生横向弹性变形 X
图 3 LDP Ⅲ型减磨护轨原理示意图
表 1 曲线参数表
编号ABC
半径
/ m300350400
缓和曲线长
/ m30/3540/6070
曲线全长/ m185.486299.274431.718
曲线超高/ mm507596
使用时间*
/月
102234
最大侧磨量平均磨耗速率
/ mm/ mm · 月-1
11.812.112.4
1.060.530.34
测点间距
/m
51010
注：*为未安装护轨前钢轨自投入运营到更换的时间
3.2 监测结果分析
（1）由表 2、表 3、表 4、图 4 可见，各曲线在安装减磨护轨后钢轨侧面磨耗量显著降低，最初 1～3 个月钢轨平均磨耗最快，特别是列车提速或制动区段磨耗最大，3 个月后钢轨平均磨耗变化逐渐减小。
（2）各曲线 6 个月内的最大磨耗量较未安装护轨前减少了 40%，且后期基本无显著增加，随着使用时间的延长，平均磨耗速率明显降低。
（3）由图 4 还可见，随着曲线半径的增加，护轨的减磨效果逐渐减小。
点号月份
123456
000000
0.40.50.50.50.50.61
4
点号月份
123456
000000
0.71.21.61.81.81.91
4
表 2 曲线 A 钢轨侧面磨耗检测结果 mm
71.41.71.92.02.12.1
112.72.92.93.03.03.1
143.33.53.63.73.73.7
172.93.03.03.13.23.2
202.62.72.82.82.92.9
232.72.72.82.82.82.8
262.22.42.42.42.42.5
291.61.61.61.71.71.7
320.50.50.50.50.50.5
350.10.10.20.20.20.2
38000000
平均
磨耗1.591.721.791.851.871.89
表 3 曲线 B 钢轨侧面磨耗检测结果 mm
70.60.80.80.90.90.9
110.91.11.21.31.31.3
141.61.92.22.42.52.5
171.41.61.81.91.92.0
201.51.61.71.71.81.8
230.91.01.01.01.11.1
260.50.70.70.80.80.8
290.20.40.40.50.50.5
32000000
平均
磨耗0.730.870.941.011.031.04
4 结论
（1）在半径 R≤400 m 的曲线地段中安装 LDP Ⅲ 型减磨护轨
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工程实践
轨装置的研究与应用[J]．铁道建筑，2013（10）：120-123．
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[6] 毛建红，向俊，龚凯，等．新
型护轨在小半径曲线轨道中
曲线A曲线 B曲线 C
表 4 曲线 C 钢轨侧面磨耗检测结果 mm
点号月份
123456
2
1.81.61.41.21.00.80.60.40.20
1000000
400
7111417202326293235384100000
44000000
平均磨耗0.350.380.400.420.430.46
0.10.20.50.80.90.70.70.60.40.30.10.10.20.60.81.00.80.70.70.40.30.1
0.10.10.20.60.91.00.80.70.70.40.40.10.10.10.30.60.91.10.80.70.70.50.40.10.10.10.30.61.01.10.80.70.70.50.40.2
0.10.20.30.71.01.10.80.80.70.50.40.20.1
平均磨耗量 / mm的减磨效果分析[J]．铁道科学与工程学报，2015（1）：46-52．
收稿日期 2016-01-11
1月 2月 3月 4月 5月 6月
月份
责任编辑 朱开明
图 4 不同半径曲线钢轨平均磨耗变化图
后，曲线钢轨磨耗显著降低，磨耗速率得到很大减缓，曲线维修工作量也明显降低，LDP Ⅲ 型减磨护轨的装配获到了良好的减磨效果，并且提高了防止列车脱轨的安全系数。
（2）安装 LDP Ⅲ 型减磨护轨宜在新轨铺设期安装，轮缘槽宽度应在运营 1 个月内磨耗趋势明显后进行调整，以适应磨耗的发展。
（3）LDP Ⅲ 型减磨护轨虽更换方便，但自身磨耗速度也较快，建议适当提高护轨刚度，提高使用寿命，降低维修成本。
参考文献
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限成因分析及影响因素研究[J]．铁道建筑，2012（2）：82-86.
[2] 胥菲．防脱新型护轮轨在小半径曲线上的应用[J]．
包钢科技，2011（10）：37-38.
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Application Analysis of LDP Ⅲ Type Less-Wear
Guard Rail in Transit
Zhou Quan
Abstract: Taking Tianjin metro line 9 as an example, the paper introduces the design principle of LDP Ⅲ type elastic less-wear guard rails, makes analysis of the causes of the small radius curve rail side wear development. The reducing wheel-rail wear effect on the small radius curve with the LDP Ⅲ type elastic less-wear guard rail on urban rail transit are briefl y analyzed.
Keywords: urban rail transit, elastic less-wear guard rail, small radius curve, rail wear
更正启示
本刊 2017 年第 1 期 28 页 “滨河地区地下水位变化引发区域沉降计算方法探讨”文中第一作者“张柏林”更正为“张伯林”，特此说明。
在此向作者表示歉意。
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