货运专线查照间隔限值调整研究
葛晶1，2，杨东升1，2，游彦辉3，樊小平3，王璞1，2
（1.中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京100081；
2.中国铁道科学研究院集团有限公司高速铁路轨道技术国家重点实验室，北京100081；
3.铁科（北京）轨道装备技术有限公司，北京102202）
摘要：查照间隔于20世纪60年代制定，目的是保证车轮不冲击辙叉心轨尖端。目前查照间隔制定时对应的机车车辆相关标准已经修订多次，因此查照间隔也应修订。首先基于现行标准重新计算查照间隔理论限值，再利用轮廓测试设备实测上百个服役车轮踏面，从统计学角度分析轮缘厚度范围，重新确定查照间隔的合理值；通过货运专线现场的实车试验，验证了查照间隔≥1388mm完全可满足使用需求，同时可减少现场养护维修工作量。从轮轨关系角度，分析查照间隔对应的脱轨风险，以及轮缘磨耗极端状态下可采取的其他安全措施。
关键词：重载铁路道岔；查照间隔；限值；车轮踏面；分布概率；固定型辙叉结构；轮轨关系；
缩尖结构
中图分类号：U213.3+7文献标识码：A文章编号：1001-683X（2021）07-0031-05 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2021.07.031
0引言
查照间隔是固定型辙叉最重要的检查尺寸之一，保证轮对在最不利的条件下，借护轨制约一侧车轮而不使另一侧车轮冲击辙叉心轨尖端。
《铁路线路修理规则》中规定固定型辙叉查照间隔≥1391mm，我国各铁路局集团公司将此检查项点评价扣分标准定为41分，即一旦出现问题，为不合格；为此铁路局集团公司工务部门组织大量人力物力进行维修，以保证查照间隔满足要求，维护运营成本投入升高，同时增加了行车干扰。固定型辙叉查照间隔限值是20世纪60年代依据机车车辆轮对内侧距离和车轮轮缘厚度等有关参数制定的［1］，现场这些参数所涉及的机车车辆已经发生变化。因此在用的查照间隔面临限值与实际车辆参数不对应，但又作为一个重要指标影响运营安全的状况。从理论计算、现场调研和试验验证等角度重新对辙叉区查照间隔取值范围进行研究。1查照间隔计算
1.1我国查照间隔由来
20世纪60年代《铁路技术管理规程》中规定查照
基金项目：国家自然科学基金面上项目（51878661）；国家自然科学基金青年基金项目（51808557）；中国铁道科学研究
院集团有限公司科技研究开发计划项目（2020YJ208）；
铁道部科技研究开发计划项目（2010G013-B）
第一作者：葛晶（1981—），女，研究员。
E-mail：
通信作者：王璞（1988—），男，副研究员。
E-mail：wpwp2012@yeah
货运专线查照间隔限值调整研究葛晶等
间隔不应小于1391mm ；该查照间隔根据当时运行状态最不利的蒸汽机车参数计算求得；蒸汽机车荷载施加在轮背内侧距位置，因此车轮轮缘会向外侧偏转（见图1），增加查照间隔数值，具体计算结果如下：D max =T max +d max +∆1=(356+33+2)mm =1391mm ，
（1）式中：T max 为轮背内侧距，mm ；d max 为轮缘厚度，mm ；△1为轮缘偏转量，mm 。
1.2现行机车车辆相关标准
经过多次修改，现行有效的机车车辆的车轮轮缘
厚度和轮对内侧距离相关标准及规章制度有如下版本：
（1）TB/T 449—2016《机车车辆用车轮轮缘踏面外形》。该标准规定了经机械加工的铁道机车车辆车轮轮缘踏面外形的类型和轮廓。
机车的轨距测量位置处轮缘最大厚度为31.6mm ；车辆轨距测量位置处轮缘最大厚度为30.5mm 。
（2）TB/T 1463—2015《机车轮对组装技术条件》。该标准规定了铁道机车新造轮对组装的技术要求。运营最高允许速度v ≤120km/h 时，轮对内侧距离公差为+1.5-1；运营最高允许速度120km/h<v ≤200km/h 时，轮
对内侧距离公差为±1。
（3）TB/T 1718—2017《机车车辆轮对组装第2部分：车辆》。该标准规定了铁道车辆新制车轮和新制车轴的组装技术要求。运营最高允许速度v ≤160km/h 时，轮对内侧距离公差为±2；运营最高允许速度为160km/h<v ≤200km/h 时，轮对内侧距离公差为±1。
（4）其他标准。《铁路技术管理规程》（普速铁路
部分）2014版和《铁路技术管理规程》（高速铁路部分）2014版，这些规章制度规定了维修时轮对内侧距离和轮缘的磨耗限值。
1.3新标准对应查照间隔
现用机车车辆的荷载均施加在车轮轮缘外侧，因
此车轮轮缘会向内侧偏转（见图2），按照最不利情况
计算查照间隔限值D max =T max +d max ，此处忽略车轮轮缘因变形引起偏转量。
1.3.1新出厂车轮
由上述现行机车车辆相关标准及其他相关技术标准［2-5］可求得：
新出厂机车车轮的查照间隔限值D max =T max +d max =（1353+1.5）mm+31.6mm=1385.1mm ；新出厂车辆车轮的查照间隔限值D max =T max +d max =
（1353+2）mm+30.5mm=1385.5mm 。
1.3.2服役车轮
目前《铁路技术管理规程》（普速铁路部分）和
《铁路技术管理规程》（高速铁路部分）［6-7］
中仅规定了
机车维修时轮缘的厚度，且车轮踏面轮缘厚度的测量位置与线路轨距测量位置存在偏差，因此服役车轮的轮缘厚度应依据车轮实际使用情况确定。
在货运专线上采集200个服役机车和车辆的车轮踏面见图3，图中粗实线为标准的LM 踏面，实测踏面与LM 踏面在名义滚动圆半径处重合。
轨距测量位置的轮缘厚度计算结果见图4。由MATLAB 分析200个车轮的轮缘厚度符合weibull 分布，均值为30.2mm ，方差为1.55
，其累积概率分布曲线见图5。
图1蒸汽机车荷载施加位置及车轮轮缘变形
图2现用机车车辆荷载施加位置及变形
图3
服役车轮踏面
货运专线查照间隔限值调整研究葛晶等
具体轮缘厚度概率分布见表1，机车车辆的轮缘厚度达到33mm 的概率为0.15%；出厂后轮背内侧距不会发生变化，由此确定维修后查照间隔D max =T max +d max =
（1353+2）mm+33mm=1388mm 。
综上所述，可将查照间隔修订为≥1388mm 。由于未考虑因机车车辆施加荷载而引起的轮缘偏转（偏转
量约有1mm ），因此计算结果有足够的安全余量。
1.4试验验证
为验证修订后查照间隔能否满足使用要求，在货
运专线上进行了查照间隔验证试验［8］。具体方法为：服役辙叉的心轨工作边侧面粘贴易碎块试片（见图6），易碎块破碎即为车轮轮缘与心轨工作边侧面接触上了，查照间隔不满足要求。
试验结论表明：普通辙叉经过粘贴一定厚度的试片，使查照间隔由1391mm 改为1385mm ，试片经过
71d ，未被挤碎、脱落，期间约350万个轮对经过，证明查照间隔1385mm 可保证车轮踏面不会接触心轨。
1.5查照间隔修订意义
辙叉名义轨距为1435mm ，护轨轮缘槽名义宽度
为42mm ，由此可知，查照间隔位置轨道尺寸名义值=（1435-42）mm=1393mm ；因此当查照间隔D x ≥1391mm 时，维修余量仅有2mm ；修订查照间隔D x ≥1388mm 后，维修余量增大至5mm ，基本满足了现场正常养护维修的要求，避免了因查照间隔不合格而频繁维修、频繁扰动线路。
2
查照间隔检查位置轮轨关系
2.1
辙叉区
我国早期仅从平面布置角度分析查照间隔设置合
理性，近年随着轮轨关系的认识深入，越来越清楚地意识到轮轨关系是影响列车运行安全的重要因素［9］，而辙叉区查照间隔也是一种轮轨关系。
下面从轮轨关系角度分析查照间隔测量范围如何
表1
轮缘厚度概率分布
轮缘厚度x /mm
2425 (3031323334)
分布概率F （x ）0.0.2980.3490.1110.0015
1.2×10-8
图4
车轮轮缘厚度（轨距测量位置
）
图6心轨工作边侧面上粘贴易碎块试片
图5
北京汽车限号车轮轮缘厚度概率分布
货运专线查照间隔限值调整研究葛晶等
保证行车安全。
根据EN 13232《铁路应用轨道道岔和交叉第9部
分：平面布置》［10］
中5.3.2.4.2条，明确车轮发生脱轨
的原因是车轮与轨件接触角度超过安全范围。根据脱轨理论，车辆的脱轨机理是由于轮对产生的回复力小于轮轨接触区域可提供的摩擦力，同时在向外的横向力持续作用下，轮缘逐渐爬上钢轨顶面，轮对失去约束，导致车辆脱轨。心轨与车轮轮缘接触断面见图7。
在简化二维模型中，轮轨接触斑倾角为γA ，提供导向的横向力为Q ，提供回复力的垂向力为P ，轮轨接触面摩擦系数为μ，则保证在接触面上轮对不脱轨（即回复力不小于摩擦力与导向分力之和）：
μ·Q ·sinγA +μ·P ·cos γA +Q ·cos γA ≤P ·sin γA ，（2）最终推导出轮轨接触斑倾角为γA 最小值：
γA ≥arctan μ+arctan (
Q
P
)。（3）除个别试验段外，国内轮轨间主要接触为干摩擦，
干燥钢轨的轮轨摩擦系数值按0.4计算，结合TB/T 2360—1993《铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准》中车辆脱轨系数安全指标，可得轮轨接触斑
倾角（见表2）。
计算轮轨接触斑倾角γA 为63.8°时，LM 、JM 、JM 2
和JM 3的轮轨接触斑倾角位置轮缘厚度d 、测量位置Y 及各参数位置见图8，结果见表3。
为保证列车过岔时的平稳性，固定型辙叉均设有翼轨抬高值和心轨降低值，固定型辙叉心轨最薄弱关
键断面为轨头宽10mm 位置，该位置处心轨降低值通常设置为10mm ；翼轨与心轨之间的高差可达到15mm 左右，小于表3所示轮缘测试位置Y 最小值17.4mm 。当车轮轮缘磨耗后，轮缘变得陡峭，轮缘测试位置Y 更大，更靠近轮缘顶端。由此可知，按照现有固定型辙叉结构设计，心轨轨头宽10mm 断面之后不存在因回复力不合适而引起的脱轨。
2.2心轨缩尖结构
固定型辙叉的心轨薄弱断面可设置缩尖结构，缩
尖结构为心轨向远离同一侧工作边方向刨切一定量，例如可采用缩尖结构将心轨轨头宽10mm 单侧刨切2mm ，缩尖至6mm ，具体结构见图9，图中虚线为原辙叉心轨工作边，实线为采用缩尖结构心轨工作边。缩尖结构在查照间隔满足要求的情况下，进一步避免了极限状况下因轮缘超限时引起的车轮轮缘碰到心轨工作边侧面的风险。
3结束语
依据数值计算、统计分析和实车测试试验，分析
得出我国货运专线上查照间隔D x ≥1
388mm 是合理的。
图
8接触斑倾角位置轮缘厚度、测量位置
图7心轨与车轮轮缘接触断面图
表2
轮轨接触斑倾角γ
A
表3
测量结果
mm
货运专线查照间隔限值调整研究葛晶等
修订查照间隔后，维修余量增大至5mm ，基本满足了现场养护维修要求。通过分析查照间隔影响范围
内的轮轨关系得出结论：心轨轨头宽10mm 断面之后不存在因回复力不合适而引起的脱轨；且固定型辙叉设置缩尖结构后可避免因轮缘超限引起的查照间隔不满足要求的风险，进一步保证行车安全。
参考文献
［1］铁道部第三设计院.道岔设计手册［M ］.北京：人民
铁道出版社，1975．
［2］国家铁路局.机车车辆用车轮轮缘踏面外形：TB/T
449—2015［S ］.北京：中国铁道出版社，2015．
［3］国家铁路局.铁道车辆轮对及轴承型式与基本尺
寸：TB/T 1010—2016［S ］.北京：中国铁道出版社，2016．
［4］国家铁路局.机车轮对组装技术条件：TB/T 1463—2015［S ］.北京：中国铁道出版社，2015．［5］国家铁路局.铁道车辆轮对组装技术条件：第2部
分：车辆：TB/T 1718.2—2017［S ］.北京：中国铁道出版社，2017．
［6］中国铁路总公司.铁路技术管理规程：普速铁路部
分［M ］.北京：中国铁道出版社，2014．
［7］中国铁路总公司.铁路技术管理规程：高速铁路部
分［M ］.北京：中国铁道出版社，2014．
［8］王树国，葛晶，司道林，等.固定辙叉查照间隔及心
轨加宽研究［J ］.中国铁道科学，2014（1）：7-12.［9］吴细水.高速铁路轮轨关系典型案例研究［J ］.中国
铁路，2018（3）：65-68.
［10］EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZA⁃
TION.Railway applications ：Track Switches and Crossings ：Part 9：Layouts ：EN 13232—9［S ］.2011.
责任编辑翟立飒收稿日期2021-03-29
Research on the Adjustment of Check Gauge Limit of Freight Dedicated Railway
GE Jing 1,2,YANG Dongsheng 1,2,YOU Yanhui 3,FAN Xiaoping 3,WANG Pu 1,2
(1.Railway Engineering Research Institute,China Academy of Railway Sciences Corporation Limited,Beijing 100081,China;2.State Key Lab of Track Technology of High-speed Railway,China Academy of Railway Sciences Corporation Limited,
Beijing 100081,China;
3.China CNR (Beijing)Railway Equipment Co Ltd,Beijing 102202)
Abstract:The check gauge was established in the 1960s to ensure that the wheels do not impact the actual point
of frog.At present,the relevant rolling stock standards prepared when the check gauge was formulated have been revised many times,so the check gauge shall also be revised.Firstly,the theoretical limit of the check gauge is recalculated based on the current standards,and then the contour test equipment is used to measure the treads of hundreds of service wheels,the flange thickness range is analyzed from a statistical perspective to redefine the reasonable value of the check gauge;through the actual vehicle
test on the site of the freight dedicated railway,it is verified that the check gauge ≥1388mm can fully meet the service requirements,and reduce the on-site maintenance workload.In addition,from the perspective of wheel-rail relation,the derailment risk corresponding to the check gauge and other safety measures that can be taken in extreme state of wheel flange wear are analyzed.
Keywords:heavy haul railway turnout;check gauge;limit;wheel tread;distribution probability;fixed frog
structure;
wheel-rail relation;pinch structure
图9心轨缩尖结构图