軌底坡

由於車輪踏面與鋼軌頂面主要接觸部分有一定的斜度，軌道鋪設時需將鋼軌向內側傾斜，使軌底與軌道平面之間形成一個橫向坡度，即為軌底坡。

基本介紹

• 中文名：軌底坡
• 外文名：rail cant
• 特點：適當地向內傾斜
• 比例：1∶20、1：40
• 作用：提高鋼軌的橫向穩定性
• 重要性：減緩鋼軌側磨和疲勞

軌底坡的作用

軌底坡取值適當，能使輪軌接觸集中於軌頂及車輪踏面的中部，鋼軌軸心受力，橫向偏壓受力較小，軌腰部位產生的附加彎曲應力較小,提高鋼軌的橫向穩定性。

適當的軌底坡使輪軌接觸面最大，一方面降低接觸應力，減少輪軌疲勞損傷，提高輪軌使用壽命，並使列車運行更穩定；另一方面還可增大牽引黏著力，獲得最佳的運行效率。

軌底坡取值適當，還可減輕軌頭及輪踏面不均勻磨耗，減少鋼軌打磨量及镟輪成本，延長鋼軌及車輪使用壽命；減少鋼軌旁側因磨耗產生的鐵屑，使軌道結構更乾淨，減少雜散電流。可見，軌底坡的合理取值對城市軌道交通工程的運營具有綜合效益，故軌底坡是軌道系統設計的重要參數之一。

軌底坡重要性

列車的運行依靠輪軌之間的相互作用，而輪軌間的疲勞和磨損是鐵路運輸中耗資最大的一個問題。隨著列車提速和重載牽引的開展，輪軌磨損和疲勞加劇，這種趨勢是必然的。但是，通過人為的努力，可以將這種磨損和疲勞減緩並降低到最低程度。導致車輪及鋼軌出現磨損和疲勞的原因很複雜。輪軌之間的幾何條件是影響磨損和疲勞的重要因素之一，這是由於鋼軌及車輪的接觸表面形狀直接決定輪軌接觸應力的大小。輪軌接觸、磨損和疲勞是十分複雜的過程，合理設定輪軌各種幾何參數，可以在一定程度上減緩輪軌的磨損和疲勞。其中軌底坡的設定對降低輪軌橫向力和沖角、改善輪軌接觸條件，從而減緩鋼軌側磨和疲勞是至關重要的。

調研及分析

我國國鐵軌底坡的變遷

我國國鐵車輛標準型車輪均採用1 /20的踏面，我國標準鋼軌斷面也是按採用1 /20軌底坡設計的。圖1為我國常用的車輪踏面及標準60 kg /m鋼軌的理論匹配關係，可以看出，無論採用傳統的標準型踏面還是新型的磨耗型踏面，軌底坡為1 /20時，輪軌接觸點基本位於車輪及軌頂踏面的中心，磨耗型踏面與標準型踏面在輪軌接觸點附近的母線形狀也基本重合，故對軌底坡的要求也是一致的。

圖1 我國標準鋼軌及輪踏面匹配關係

因此，國鐵在1965年以前一直採用1 /20軌底坡。但當時的軌道結構標準較低，採用鉤頭道釘扣壓鋼軌，在機車車輛尤其是蒸汽機車的長期動力作用下，鋼軌動態外翻較普遍，使鋼軌內口道釘浮起，實際軌底坡變小，接近1 /40，車輪踏面經過一定時間的磨耗後，原1 /20踏面也接近1 /40，故1965年以後國鐵將軌底坡改為1 /40。

部分國外鐵路軌底坡的設定情況

歐洲大部分國家、澳大利亞、東南亞、香港等國家和地區均按UIC標準採用1 /20的軌底坡，這是因為他們的車輪大多採用了1 /20的錐型踏面或接近1 /20的磨耗型踏面，部分實例參見圖2。

圖2 UIC鋼軌與英國“休曼”及香港 九廣鐵路輪踏面匹配關係

日本、美國等少數國家採用1 /40的軌底坡，也有個別國家（如瑞典）採用1 /30軌底坡。

我國城軌交通軌底坡取值

我國已開通運營的捷運均沿用了國鐵修正後的1 /40軌底坡標準。但是，與國鐵的機車車輛相比，捷運車輛軸重輕，軸距小，採用動車組使牽引力分散，且軌道結構採用的扣件及整體道床強度和穩定性都很好，特別是隨著60 kg /m重型鋼軌的普遍採用以及扣件性能的進一步改善，繼續沿用國鐵根據20世紀60年代各種條件所修正的1 /40軌底坡，很值得商榷。

北京機場線直線電機輪軌系統擬引進龐巴迪車輛技術，車輪採用磨耗型踏面。龐巴迪依據我國標準鋼軌斷面，經過模擬及分析後提出，鋼軌軌底坡應採用1 /20，若採用1 /40，則應對軌頭進行修磨，以獲得最佳的運營質量。這也表明我國城軌交通更適於1 /20軌底坡。

可行性分析

國鐵1965年根據其機車車輛動載作用及軌道結構的特點，將軌底坡從1 /20改為1 /40。 由於所有相關軌道標準設備和產品等均以1 /40的軌底坡標準為基礎而設計，故無論其現在的合理性如何，若對其進行修改，牽涉面較廣，難度較大。

對於國內城軌交通而言，由於大多數正線均採用短枕式整體道床，即通過短軌枕的傾斜得到軌底坡，僅有數量不多的地面線地段及上海等城市軌道交通工程通過鋼筋混凝土長軌枕的承軌台斜坡來實現軌底坡，故修改軌底坡僅需對鋼筋混凝土長軌枕的承軌台做局部修改，另需對個別木枕用扣件帶軌底坡的鐵墊板進行改造，實現難度和成本均較低。

合理的判定

軌底坡設定是否適宜，可由兩個方面來判斷：

1.觀察鋼軌頂面的亮光帶新鋼軌在鋪設初期，經過半年左右列車運行，觀察軌面亮光帶：若亮光帶在鋼軌中軸以內，是軌底坡不足；若亮光帶在鋼軌中軸以外，則是軌底坡偏大。

2.測量軌頂磨耗橫坡

新鋼軌鋪設使用若干年之後，軌面必然產生磨耗，實設軌底坡適宜，則軌頂垂直磨耗均勻，其磨耗橫坡接近於零。實設軌底坡不適宜，則產生軌頂磨耗橫坡：當軌頂磨耗橫坡傾向與實設軌底坡一致時，說明實設軌底 坡偏緩：當軌頂磨耗橫坡傾向與實設軌底坡相反時，說明實設軌底坡偏陡 。