钢轨波形磨耗打磨

摘 要：由于单趟列车运量不断增大,每日运输列车不断增多,钢轨承受的运载力不断加大,导致钢轨磨耗和伤损加快,工务维修换轨周期缩短.其中波形磨耗是最常见的一种磨耗,引起诸多病害.通过对钢轨打磨,能恢复钢轨的断面形状,改善轮轨接触关系,减缓钢轨磨耗的发生.

关 键 词：波形磨耗；打磨轮轨；钢轨磨耗；断面形状

中图分类号：U213文献标识码：A文章编号：1009-2374（2013）14-0089-02

发展重载铁路运输是铁路扩能增效的一种有效途径,也是我国解决目前铁路运输能力紧张的重要举措.我局大秦线开行着2万吨重载列车,侯月线马上开行万吨重载列车.在高速和大轴重下,钢轨出现波浪型磨损的病害增多,维修成本也越来越大,钢轨的维修和养护日益重要.因此,解决钢轨波磨问题,可以减少钢轨伤损,降低维修费用,有很重要的现实意义.

1钢轨波磨的特性

钢轨波磨是在钢轨表面形成的波浪形磨耗,具有很宽的波长域,与轨道结构形式有关.波磨按波长分为短波磨耗、中长波磨耗和均匀长波磨耗三类.

1.1钢轨波磨特性

经对侯月线钢轨波磨做了大量调查后发现,钢轨波磨具有以下特点和规律：钢轨波磨主要出现在曲线地段,曲线半径小,形成和发展的速度快,直线地段波磨出现的较少.

列车制动地段波磨严重.说明轮轨的滑动和切向力直接影响波磨的产生和发展,轮对的扭曲振动对波磨有很大影响.砼枕道床和板结地段波磨严重,说明波磨与轨道弹性有关,弹性强的轨道较少出现波磨.

1.2钢轨波磨成因

国内外关于产生钢轨波磨的理论认为,钢轨波磨是由于受轮轨系统接触应力作用产生的,在不改变车辆轨道结构的前提下,采取科学的打磨策略,优化轮轨型面,可以减小轮轨应力,减缓波磨的产生,延长钢轨使用寿命.

轮对在曲线轨道上行驶时,两轮的滚动圆半径不可能绝对一样,造成两轮走行距离的不一致,此时轮轴就会受到扭矩作用,当扭矩累积增大到一定值,轮轨踏面的粘着力小于扭矩在轮踏面上所产生扭转力时,扭矩就会突然释放,于是车轮踏面与钢轨踏面之间的粘着状态就会转变成滑动状态,即轮轨之间的“粘着-滑移”效应.这一过程是在非常短暂的瞬间完成的,而且周而复始,一旦轨面有某一缺陷存在,就会造成轮对在通过这一缺陷时总会产生粘滑振动,也即轮对在同一地点产生粘滑振动,并沿着钢轨的纵向发展,于是就有可能在整个钢轨踏面上产生波形磨耗.

1.3轮轨系统应力

波磨的发生主要与垂向振动有关,轮对横向振动和扭转振动对波磨也有一定影响,在曲线地段波磨更加严重,因此主要运用轮轨系统垂向振动理论来分析钢轨波磨.

垂向振动理论指出波磨波长与轮轨垂向振动频率存在对应关系,因此与车速也密切相关.列车以相同速度通过某一区段时,将产生与轮轨振动频率相一致的波长.另外,列车速度越高,越容易激起轮轨系统的高频振动,导致钢轨波纹磨耗的产生.

2减缓波磨的措施

消除波磨可以提高钢轨的使用寿命,有以下四种措施.

2.1减少轨道不平顺

轨道不平顺会增加车辆产生的震动和轮轨冲击力,诱发波磨的产生.因此消灭轨道的不平顺,保持轨道高低和方向良好,能有效控制波磨产生.

2.2加大轨道弹性

通过改换弹性好的扣件和胶垫,捣固空吊轨枕,消灭板结道床,能提高道床的整体弹性,有利于消除波磨.

2.3降低曲线外股超高

在曲线地段适当降低曲线外股超高,能减少横向力的作用,减小轮轨的扭曲和垂直振动,减缓波磨的发展.

2.4打磨钢轨

打磨钢轨是解决轨面短波不平顺的主要方法,可以消除钢轨的波形磨耗和钢轨的滚动接触疲劳伤损,已成为日常维修养护中重要的作业方式.

3钢轨打磨

3.1打磨技术发展

国外的钢轨打磨技术起源于1950年的美国,其后经历了3个发展阶段：第一阶段为修复性打磨阶段,第二阶段为预防性打磨阶段,第三阶段为渐进性预防打磨阶段.

我国至1988年以来,北京铁路局、郑州铁路局和广铁集团公司相继从国外引进了钢轨打磨车.我段集中修施工时,线路上采用96磨头的钢轨打磨车磨轨,极大地消灭了钢轨磨耗.

3.2打磨技术分类

钢轨预打磨是开通运行前对新钢轨的打磨,适合新建铁路的钢轨养护.

钢轨修复性打磨是在钢轨表面形成缺陷以后才进行的打磨,打磨钢轨表面,打磨量在3mm以上,由于其打磨深度较大,需要用打磨车来回多次通过该段钢轨进行反复打磨.钢轨修复性打磨的打磨速度低,只是简单地把轨头磨平,反复进行,可以基本去除钢轨表面伤损或波磨,但不能去除深度裂纹.

钢轨预防性打磨是打磨外形,将轨头打磨成各种目标形状以达到控制钢轨伤损的形成和发展,打磨量小,表面打磨深度不超过0.2mm,通过一次快速打磨,完全去除包含微裂纹的薄层,形成理想的轮廓,使钢轨经久耐用.钢轨预防性打磨,可以去除钢轨表面脱碳层；去除因施工时造成的轨面伤损；提高轨道平顺性,与焊接接头轨面浑然一体；形成适合轮轨接触的轨头廓面；预打磨后车轮走行光带必须居中.

3.3打磨过程实施

钢轨打磨是改善钢轨轮廓形状,改变轮轨横向耦合轮廓的接触面,提高轮轨接触纵向平顺性,使轮轨接触应力最小.曲线地段通过打磨曲线下股钢轨外侧,使轮轨之间的接触点向钢轨横断面中心转移,降低接触应力,控制塑性变形.

钢轨打磨车自带实时检测装置,能以最快速度针对需打磨钢轨确定打磨模式；打磨精度高,300mm、1000mm长度范围最大幅值小于0.02mm和0.2mm.列车装有集尘装置符合环保要求,可收集打磨作业粉尘,抑制轨面火花飞溅,减少对环境和列车装备的污染.列车自运行时速100km,可快速到达作业现场.

2013年3月25日至29日,南同蒲线下行集中修施工,打磨霍州-临汾间5个180分钟施工点,完成34.65km/90.54遍.km,平均日完成进度6.93km/18.108遍.km.打磨作业效率高,打磨后优化了钢轨外形轮廓,工区更换钢轨的数量明显减少.

4建议

钢轨波磨的成因复杂,应综合多种因素考虑.本文仅是针对钢轨波磨问题做了一些简单分析,建议打磨施工中掌握钢轨轮廓状况及磨耗规律,根据运营条件确定科学的打磨方案,对区段内波磨严重的钢轨进行大机打磨,维修天窗中由专业机械化工队重点进行手工打磨,通过缩短打磨周期,使钢轨表面保持合理的轮廓,减少病害的发生.

作者简介：高锋智,大秦铁路股份有限公司侯马北工务段助理工程师.

（责任编辑：吴涛）