城市轨道交通钢轨打磨研究

城市轨道交通钢轨打磨研究

王寅

北京局集团有限公司北京工电大修段北京10010

摘要：在我国快速发展的过程中。近年来，我国各大城市积极推进城市轨道交通建设，在为市民提供快捷优质出行服务的同时，各城市的铁路钢轨也都承受着超高负荷。钢轨是铁路轨道的主要组成部件，它引导机车车辆的车轮前进，为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面，且承受车轮的巨大压力。车轮和钢轨长期的滚动接触，会对钢轨的踏面造成损害。钢轨表面会产生波磨和异常损伤等，使列车晃动并伴随有轮轨嚎叫声，不仅对列车平稳运行和乘客的舒适度造成影响，还会对周边环境产生噪声和振动。钢轨表面产生的鱼鳞损伤，如果不及时清除将会渗透得越来越深直至进入轨头，严重时会出现断轨，最终导致严重事故，因此需要对钢轨定期且及时的维护。

关键词：线路养护；钢轨波磨；鱼鳞纹钢；轨打磨涡；流探伤

引言

钢轨是铁路系统中重要的承力部件，随着我国铁路“高速”、“重载”战略的实施，轮轨间载荷也大幅增加，波磨、疲劳裂纹、剥落等钢轨损伤也日趋严重。这些损伤会加剧列车运行时的振动与噪声，甚至对列车运行安全造成威胁，因此当钢轨损伤达到一定限度时，或者在这些损伤出现之初，就需要对钢轨进行维护。钢轨打磨是世界各国铁路工务部门最常用的线路维护技术之一，是对钢轨进行修复最有效的措施。通过打磨作业可修复或减轻轨面损伤，预防接触疲劳等钢轨损伤的产生，有效改善轮轨匹配关系，延长钢轨使用寿命，提高列车运行的安全性与稳定性。当前，随着我国高速铁路的快速发展，钢轨打磨技术也逐渐成熟，我国钢轨打磨技术已经从最开始借鉴国外打磨经验到目前形成自己的打磨模式，但对钢轨打磨机理的理解，特别是钢轨材料去除行为以及打磨参数的选取策略方面的研究还不够充分。在钢轨打磨过程中，钢轨与磨石的相互作用行为复杂，打磨效率与打磨质量受多个因素的影响，且我国铁路分布范围广泛，钢轨服役环境复杂多样，钢轨表面经常存在水、油等第三介质，这也会对钢轨打磨效果产生很大影响。因此，现今钢轨打磨技术的关键在于加深对钢轨打磨机理的研究，不断优化打磨参数，研发更加优良的打磨磨石，将钢轨打磨与其他钢轨维护技术相结合，进一步完善我国高速铁路钢轨打磨技术理论体系与作业标准。

1新建地铁钢轨打磨的必要性

由于施工失误的存在，对新建地铁线路进行必要的打磨是必需的。另外，实际地铁轨道施工过程中，相互独立的枕木在铺垫的过程中，或多或少也会出现变形，引起制造公差;与此同时，实际施工过程中，由于轨底坡差异的存在，整个道床的可控性差，导致难以控制轨底坡的精准性。而我国对地铁轨底坡误差有严格的要求，范围限制于1/50～1/30s之间，对应的倾斜角的范围1°8'45″～1°54'33″。实践经验表明，通过合理的打磨技术，能够纠正施工误差，改善轨轮之间的相互关系。值得注意的是，通过对新建地铁钢轨的打磨，能有效的减短新建地铁运行的磨合期，保证新建地铁的高效率使用。有研究发现，地铁磨合运行期间，对地铁轨轮的耗损非常的大，而过了磨合期，轨轮之间打磨光滑，吻合度提高，磨损相对减少。

1.2长期运行地铁钢轨打磨的必要性

长期运行的地铁，由于内外环境因素，势必导致地铁钢轨的耗损、擦伤等意外，尤其是弯曲路段，钢轨两侧受力不一致，很容易导致地铁钢轨的破损。特别是ATO模式运行的地铁，运行速度、车轴承重一致，反复运行后，轨道弹性变差，尤其是长时间超负荷运行的情况下;与此同时，波磨路段，地铁颠簸厉害，为各种钢轨病害形成创造了条件。

2钢轨的打磨分类

2.1钢轨全线预打磨

线路开通运行前，新铺设钢轨存在影响列车平稳运行的有害因素，主要包括：①钢轨出厂时，钢轨表面会有全脱碳层0.1～0.2mm；②因线路施工时造成的钢轨表面损害；③因线路铺设造成的表面不平顺；④钢轨表面附着的灰尘及黏着层。这些问题可通过钢轨预打磨去除。

2.2钢轨周期预防性打磨

线路运行一段时间后，钢轨表面会产生的一定伤损，主要包括：钢轨表面出现的硬化层，钢轨轻微波磨。这些问题可通过预防性钢轨打磨去除。

2.3钢轨修复性打磨

线路经过长时间的运行，没有进行钢轨的养护，小半径曲线段乃至直线段会产生较为严重的伤损。例如：钢轨波磨、钢轨鱼鳞纹和钢轨掉块等问题，这些问题可通过钢轨修复性打磨去除。

3地铁轨道打磨方式、方法探究

3.1钢轨断面廓打磨

实际施工过程中，由于轨底坡差异的存在，整个道床的可控性差，导致难以控制轨底坡的精准性，所以新建地铁经过一段时间运行后，轨道光带不等，甚至偏向于一侧。为了防止此类事故的发生，需结合实际光带情况，采用合适的打磨方式、方法，以填补因为施工原因导致的误差。除此之外，弯曲路段的地铁，内外轨长差距大，受力分布不均，磨损比别的地方严重的多。有研究指出，通过曲线路段的列车，列车除了施重于钢轨，而且列车轮还需维持快速的转动状态，尤其是在曲线向心力的作用下，钢轨的凹凸面在相互咬合的过程中，势必导致轨轮疲劳，长期的超负荷运载的情况下，必然形成磨损。施行钢轨断面廓的打磨，能够有效的降低轮轴横向力，减轻钢轨的侧向磨损，有效延长钢轨的使用寿命。有实践经验表明，通过钢轨断面廓打磨，铁路轮轴横向力下降了50%～90%，弯曲路段的钢轨寿命至少增加了0．5倍以上。

3.2钢轨波磨

钢轨波磨成因比较复杂，形成波磨的因素也较多。根据波磨的波长可分为3类，分别为波纹、滚动波和长波。波长在10～30mm之间的为波纹，多出现在直线段双轨，还和路基、桥梁及枕木间隙等因素有关。详见图2。波长在30～300mm之间的为滚动波，一般出现在曲线段的内侧轨。车辆在小半径曲线区间行驶，内外车轮滚动半径会有差异。车辆在离心力的作用下向外微倾，内侧车轮与钢轨间的摩擦力减小造成内侧车轮滑动，周期性磨损形成滚动波。

3.3预防性打磨

轨道伤害病，以预防为主。预防性打磨技术，能够有效的清除钢轨接触疲劳纹的产生。尤其是弯曲路段，外轨的长度要大于内轨，由此而产生的粘着－滑移效应是导致轨道磨损的重要原因;有研究指出，预防性打磨，采用0．2mm范围内的打磨，能最大限度的降低轨道磨损;与此同时，通过预防性打磨技术，可以有效的缓解轨道疲劳纹，一般而言疲劳纹非常的浅，通过0．05～0．75mm范围内的打磨，极好的预防了疲劳纹的产生。与修复性打磨相比较，预防性打磨的频率高，打磨的总量相对较小，是延长轨道寿命的有效方法，有研究指出，经过预防性打磨的钢轨比未经过预防性打磨的钢轨通过的总量增加了60百万吨;除此之外，有实验表明，定期预防性打磨，能够有效的防止波磨的产生。

结语

为满足人们方便、快捷和舒适出行，城市轨道交通载客量越来越大、发车间隔越来越短，造成钢轨的磨损更加严重。钢轨的养护需求日渐增多，高速钢轨打磨能快速、安全、环保、高效地对钢轨进行养护。北京地铁六号线首次使用高速钢轨打磨车对线路钢轨进行养护，在打磨工艺、人员组织、打磨廓形设计、机车运用、安全卡控及效果评估等方面均进行了积极的探索，积累了丰富的经验，为城市轨道交通线路的钢轨养护工作提供了一种新型养护方式。

参考文献

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