利用大機打磨鋼軌提高設備質量

1、科學組織線路打磨提高線路設備質量鐵路運輸是以輪軌接觸為基礎的運輸系統(tǒng),鋼軌在其中扮演了重要的角色。由于其上要支撐相當大的重量,無可避免的會出現(xiàn)各種損耗和破壞。而鋼軌打磨是一種對鋼軌進行維護的重要手段。通過對鋼軌進行科學打磨,不僅能恢復鋼軌的斷面形狀,還能有目的的改變其形狀,達到預防鋼軌傷損的發(fā)生與發(fā)展、改善輪軌接觸性能的目的。鋼軌打磨主要是通過打磨機械或打磨列車對鋼軌頭部滾動表面的打磨，以消除鋼軌表面不平順、軌頭表面缺陷及將軌頭輪廓恢復到原始設計要求，從而實現(xiàn)減緩鋼軌表面缺陷的發(fā)展、提高鋼軌表面平滑度，進一步達到改善旅客乘車舒適度、降低輪/軌噪音、延長鋼軌使用壽命的目的。因此,鋼軌打磨是控制線

2、路維修成本，改善輪軌關系的最有效方法。也是提高線路設備質量和減少線路維修工作量的最佳方法。但鋼軌在什么狀態(tài)進行打磨，打磨到什么程度，打磨周期如何控制，打磨前應作那些準備工作等問題如何解決需要進行摸索探討。一、分析鋼軌病害的形成及影響我段在線路設備病害整治中，逐漸意識到鋼軌病害對行車的影響較大，在舊軌地段便攜儀發(fā)生報警峰值較大時，現(xiàn)場基本都存在鋼軌病害。通過對鋼軌病害造成的線路晃車進行整修，在對我段大機打磨的線路進行整修觀察記錄。并通過線路動態(tài)添乘進行數(shù)據(jù)對比，分析鋼軌頂面病害產生大致分為三個過程。病害初期是新鋼軌在上線后。軌面光帶過窄（且靠內側），輪軌接觸應力集中產生輪軌接觸輕微疲勞紋。第二個

3、過程。鋼軌輕微疲勞紋誘發(fā)鋼軌內側波磨，磨耗的波長與平均速度和軌道共振頻率相關，軌道幾何不規(guī)則是波磨產生的關鍵。第三個過程。鋼軌波磨嚴重，列車蛇形運動失穩(wěn)，輪緣沖擊鋼軌作用邊形成側磨。通過對鋼軌病害整修的不斷摸索，我段發(fā)現(xiàn)主要是鋼軌產生了局部的軌面磨耗現(xiàn)象（在鋼軌作用邊起20mm左右的軌頂面磨耗現(xiàn)象，長度在3-5m間，且該磨耗易對角產生），在直線地段當列車輪對行駛至此處時，輪軌相互穩(wěn)定角缺失，造成車輪輪徑左右偏差過大，在列車高速行駛時導致蛇形運動失穩(wěn)，形成晃車并在列車重力及橫行粘著力的作用下產生軌面魚鱗狀裂紋（如圖1-1）。圖1-1二、鋼軌打磨程度如何控制鋼軌打磨程度如何控制問題，首先我們要明確

4、鋼軌打磨的目的；需解決的主要問題；如何改善輪軌接觸關系等方面上進行考慮。一要考慮鋼軌材質，對鋼軌材質較軟的區(qū)段應減少打磨遍數(shù)，重點打磨軌面內側作用面（距鋼軌作用邊10-15mm范圍）以減少鋼軌肥邊產生的幾率。二要考慮線路運量，對線路線路運量較大的區(qū)段應加大軌面和肥邊打磨的力度，重點消除軌面波磨現(xiàn)象，打磨后應使光帶居中，軌面光帶應不低于35mm寬以減少打磨作業(yè)后軌面波磨產生的幾率。三要考慮輪軌接觸疲勞的消除，對線上鋼軌輪軌接觸疲勞造成軌面魚鱗紋嚴重的要增加打磨遍數(shù)（如圖2-1），并軌距軌面魚鱗紋的位置改變打磨角度，打磨后軌面輪廓盡量接近設計輪廓。四要考慮輪軌接觸噪聲，對輪軌接觸噪聲明顯的地段，在

5、打磨前應檢查軌面焊縫矢度、鋼軌軌面擦傷等問題，對焊縫矢度超限較大處所（0.8mm以上）應提前進行人工打磨，對軌面擦傷等病害在打磨前應進行焊補或更換，以提高打磨效果。打磨前后對比圖2-1三、鋼軌打磨的目的鋼軌打磨技術的最初應用是為了控制波磨的發(fā)展，以及改善鋼軌頭部斷面形狀，滿足輪/軌接觸特性（即所謂的最佳斷面），從而減少鋼軌及車輪的磨耗率。隨著鋼軌打磨技術的發(fā)展和推廣，越來越多的高速鐵路、重載鐵路和城市軌道交通都采用該項技術來延長鋼軌壽命?？偟膩碚f，鋼軌打磨的目的；通過修正鋼軌斷面形狀，改善輪/軌接觸關系，從而減少輪/軌接觸應力和磨耗；修正/控制鋼軌波磨以及低接頭。這些缺陷會增加輪軌噪音、加快車

6、輛部件和軌道部件的惡化率，甚至造成列車限速；修正/控制滾動接觸疲勞缺陷。這些缺陷會增加鋼軌損傷的風險，甚至降低超聲波鋼軌探傷的效果；修正/控制其他鋼軌缺陷（如車輪滾傷、壓潰、軌頭垂向及縱向裂紋）；減少車輪和轉向架運動的不利影響，這種情況下，會加劇鋼軌磨耗和缺陷的惡化；減少噪音和振動，減少普通接頭和焊接接頭的垂向不平順，控制鋼軌波磨；緩和大軸重車輪作用的不利影響，改善輪/軌接觸條件；減少車輛橫向不穩(wěn)定性（蛇行運動）。打磨的目標對打磨的策略和工序有很大的影響。四、鋼軌打磨周期及時機通過對鋼軌面波磨病害的分析，我段認為預防整修鋼軌病害必須掌握鋼軌病害發(fā)展的規(guī)律。合理制定打磨周期，并把握打磨時機。打磨

7、周期應根據(jù)列車通過的運量，線路的基礎狀態(tài)，鋼軌的材質區(qū)別進行。根據(jù)我段對線路打磨作業(yè)的跟蹤檢查，霸州至衡水間年通過總重91.5Mtkm/km時應每6個月進行鋼軌預打磨一次，每兩年進行鋼軌修理性打磨一次，衡水至臨清間年通過總重74.77Mtkm/km線路打磨后，應每年進行鋼軌預打磨一次，視情況進行鋼軌修理性打磨，通過打磨可保持12個月不產生因鋼軌病害造成的晃車。霸州以北年通過總重38.22Mtkm/km線路可每兩年進行線路打磨一次。合理的打磨周期，可避免鋼軌產生嚴重局部波磨現(xiàn)象，減少軌面削切量，最大限度延長鋼軌使用年限。通過對今年9月份對線路打磨的跟蹤檢查，發(fā)現(xiàn)最佳打磨時機是在新軌上線后就應進行

8、預防性打磨，最遲應在兩年之內進行打磨作業(yè)。在對08年上線新軌地段進行打磨作業(yè)時，發(fā)現(xiàn)鋼軌上線后，新軌地段光帶偏軌頭中心線內側，線路的較小病害（線路1mm單側小高或2mm向內側的方向）即可產生鋼軌魚鱗狀波紋，進而發(fā)展為波磨軌（如圖3-1）。鋼軌病害的產生還可加速線路病害的擴大，造成線路晃車產生新的鋼軌病害（即病害復制）。如在鋼軌上線后即進行鋼軌打磨，使光帶外移，在軌頭中心線處著力，以減少因軌頭邊緣受力過大而產生的塑性變形。鋼軌打磨時應和線路維修大機同步進行，最好在大機作業(yè)后5日內進行打磨作業(yè)。圖3-1）對大機打磨鋼軌病害的調查主要通過數(shù)據(jù)檢測。具體方法一是對軌檢車高頻波的數(shù)據(jù)進行分析，軌檢車高低

9、波線上的毛刺波形經現(xiàn)場調查，多為軌面波型磨耗（如圖4-1）。二是利用鋼軌磨耗檢查尺對磨耗處所進行間隔檢查。其次為現(xiàn)場目測的方法，觀察鋼軌頂面有無魚鱗狀波紋現(xiàn)象，觀察鋼軌頂面的輪軌接觸光帶是否呈非均勻變化。通過以上方法基本可以確定鋼軌病害的狀態(tài)，并據(jù)此制定鋼軌打磨計劃，根據(jù)鋼軌不同的磨耗，采用不同的打磨方式。應以最小削切量為打磨原則。軌檢車圖紙（圖4-1）W*心4ilA.AaJUIu.略=irtfrtJFFC:Dut?ua9nltfand文:件世）彳見PO&）打&卩0）XM（T）分析CA）鋼fthOf）.blid.JUA*,ji.j.a”JiJik-*AlAkHiLf/UjJ.hJj.JIJiA

10、.ill.iiiJkA1J.Ih.AjU236km+斗OOtTiSSSkrn+SQQmSSSklTiSOOtTi238ktTi+7Q0lT!SSSkrn+SQQiT!23Sk(Ti+9QQlT!1239ktTi*QtT!SSSkiTiloorn鋼軌打磨有4種類型的策略：1）矯正性打磨（缺陷打磨），該打磨策略的主要目的是消除或減少在線鋼軌的缺陷，一般采用積極打磨的工序，預先設計好打磨量（0.5mm到4-6mm之間），并且，作業(yè)間隔相對較長，通常由缺陷的嚴重程度來決定。矯正性打磨并不是非常經濟，主要是因為需要除去鋼軌表面的大量金屬，還要求使用大量的打磨過程，減少了鋼軌的潛在使用壽命。但是，為了確保

11、鋼軌不會在短期內失效，矯正性打磨是非常必要的，特別是在更換鋼軌的預算較為緊張的時期。不過這種條件的鋼軌可能會導致列車限速。2）過渡性打磨，該打磨策略是鋼軌長期使用策略，目的是將矯正性打磨制度轉變成預防性或者周期性的打磨制度。這種策略需要經歷數(shù)次打磨周期，特別是鋼軌不是很規(guī)范地養(yǎng)護的時候。然而，從預防性打磨或周期性打磨策略的成本效果來看，過渡性打磨是一個較好的選擇，可以保證有限資源的合理利用。過渡性打磨策略的作用必須具有：a）減少某種鋼軌傷損的嚴重性，如鋼軌波磨和滾動接觸疲勞；b）實現(xiàn)預期的鋼軌斷面形狀，從而減少傷損的發(fā)展率；c）逐步實現(xiàn)最佳的鋼軌斷面形狀。過渡性打磨移除的鋼軌金屬量要少于矯正性

12、打磨，例如，打磨量在0.3mm1.0mm之間，且每個打磨周期的鋼軌打磨量均逐步減少。3）預防性打磨或周期性打磨，由于主要的鋼軌表面缺陷已經被矯正性打磨或過渡性打磨所消除，接下來，就可以執(zhí)行預防性打磨。這種打磨策略的目的是消除或控制鋼軌表面缺陷、保證鋼軌表面狀態(tài)和良好的外形。通常需要移除少量金屬（0.20.3mm），且打磨時期更為頻繁或可控。預防性打磨非常經濟，特別是只需要去除少量金屬，減少了打磨工具的使用量，最大化地延長了鋼軌的使用壽命。打磨周期依靠影響鋼軌惡化率的因素：a）通過噸數(shù)；b）主要列車類型及貨物類型，即靜輪載和動輪載；c）鋼軌類型；d）軌道特征，特別是曲線曲率、超高、鋼軌支承條件；

13、e）運營特征，特別是運行速度。4）特殊性打磨，這種打磨策略是為實現(xiàn)上述三種目的之外的某種特殊目的而進行的打磨。例如：a）實現(xiàn)特殊的鋼軌斷面形狀，通過打磨量超過鋼軌頭部允許磨耗限度，從而延長鋼軌短期使用壽命。例如，當輪/軌接觸區(qū)接近2030mm寬時，接觸區(qū)過于集中，可以采用這種打磨策略移除車輪和鋼軌的相應金屬量，并打磨鋼軌軌距內側面。鋼軌打磨量必須與通過線路的主要列車車輪斷面相配合。b）實現(xiàn)特殊的鋼軌斷面形狀從而減少車輪懸空的概率。經過這種打磨策略，為了將鋼軌接觸區(qū)沿車輪踏面橫移，可以沿著軌道線路的方向將鋼軌斷面形狀進行變化。如輪軌接觸區(qū)寬度為2030mm，經過數(shù)公里后，輪軌接觸區(qū)可能從鋼軌頭部

14、中間移至靠近軌距內側面。c）實現(xiàn)一個非常平滑的鋼軌接觸表面，從而減少輪軌接觸區(qū)噪音的發(fā)生。這種打磨策略在高速線路和城市軌道交通線路上的應用越來越普遍。經過特殊打磨工序，鋼軌表面的粗糙度少于12.5ymRA，但最好的鋼軌表面粗糙度是46ymRA，這時的最大鋼軌打磨寬度為46mm。這種作業(yè)情況下，鋼軌類型尤為重要，因為對于低硬度的鋼軌，打磨的效果很快會被車輪所清除，而高硬度的鋼軌，打磨效果會保持相當長的一段時間（圖6-1）。線路鋼軌打磨后的斷面圖（圖6-1）七、打磨的技術要求鋼軌打磨主要是改善輪軌關系，通過對因鋼軌病害造成的線路晃車進行整修時，發(fā)現(xiàn)對行車影響較大的為鋼軌頂面輕微不均勻磨耗。為此大機

15、打磨線路時，利用白色自噴漆噴涂軌面，觀察快速旅客列車車輪輾壓的光帶來選擇確定最佳打磨方式。直線區(qū)段采用對稱性打磨。首先消除鋼軌頂面凸凹不平順（即；軌面波磨），其次加大鋼軌頂面內側的打磨量使鋼軌頂面形成1:20的斜度，使輪軌接觸后在鋼軌頂面中部形成2530mm寬的光帶（光帶內側距作用邊20mm為宜），消除軌頂角處輪軌接觸的幾率，使兩股鋼軌車輪的滾動直徑接近相等，從而進一步減緩列車的“蛇行運動”。曲線地段采用非對稱性打磨，輪軌接觸帶稍向鋼軌內側偏移，外軌消除軌頂角處輪軌間接觸。內軌則在外側打磨，使車輪在鋼軌中心部分著力。打磨后軌頂面中心有25-30mm寬凸面，在離心力的作用下輪對滾動直徑差盡可能增

16、大，以提高優(yōu)過曲線性能（如圖7-1）。曲線打磨分析（圖7-1）八、打磨方案制定經過前期調查確定打磨區(qū)段后，就要進行打磨方案制定。大機打磨方案制定時，工務段應會同線路車間與工務機械段相關人員，根據(jù)前期調查的鋼軌磨耗、魚鱗紋深度、軌頭肥邊、焊縫矢度等現(xiàn)場情況，共同商議確定。對特大橋等橋上安裝護軌不易拆除的，可利用道岔打磨車和線路打磨車聯(lián)合作業(yè)的方式，解決線路打磨車無法實施負角度打磨的問題。根據(jù)各區(qū)段的具體情況決定鋼軌打磨的遍數(shù)、重點打磨的部位，明確打磨后車輪在軌面的著力位置等，以便進行打磨后的質量檢查。方案制定時還應考慮，施工前的準備工作，為了確保打磨效果，打磨前應拆除影響打磨的鼓包夾板和不再安設

17、護軌的橋梁廢棄護軌螺栓。對道口等需點內外拆除的制定具體措施提前拆除。九、打磨過程控制線路打磨過程中應跟據(jù)事前制定的打磨方案，對打磨參數(shù)、打磨遍數(shù)、打磨重點部位進行重點控制，跟機監(jiān)控人員應分別在車上和車下進行質量監(jiān)控。車下人員應按事前指定的方案，檢查是否打磨部位正確，打磨削切量合理，并經常將情況反饋給車上監(jiān)控人員。車上監(jiān)控人員應監(jiān)控好打磨角度是否按計劃進行，打磨速度是否合理。啟停車時是否進行退行順撬，并經常與車下人員聯(lián)系，將情況反映給操作人員。跟機人員還要密切注意打磨后有無著火點，一旦發(fā)現(xiàn)著火，跟機人員立即下車組織滅火。十、打磨效果分析1、通過鋼軌打磨作業(yè)的實施，鋼軌橫向振幅明顯減小。通過對京九

18、線打磨地段的分析，下行K125K145使用動態(tài)添乘儀添乘速度為160km/h的直達列車通過線路分析打磨前、后的檢查圖幅分析（圖10-1），經多處測量，對比分析，打磨后的橫向振幅較打磨前得到大幅度降低，報警數(shù)量明顯減少，平均減少60%左右。京九下行k130+850鋼軌打磨前、后橫向振幅（圖10-1）2、軌檢車動態(tài)檢查扣分進一步降低。京九下行k125k145由整治前的平均每公里扣分33.6分，降至整治后的平均每公里5.7分，其中k126、k127、k135由扣分30分以上降至5分以內,k128公里由25分降至0分；對比整治前后的軌檢車圖幅，整治后的線路垂直加速度、水平加速度振幅明顯小于整治前，橫加變化率扣分下降明顯。十一、鋼軌病害的源頭控制措施經過我段對輪軌關系研究分析，認為預防鋼軌病害應注意如下幾方面問題。一是加強線路撥道工作，控制好線