钢轨修理方法的探讨

钢轨修理方法的探讨

王毅

济南铁路局济南西工务段250001

摘要：世界各国铁路轨道修理的理论和实践表明，钢轨修理是整治钢轨表面伤损的有效措施。保持钢轨表面的高平顺性十分重要，钢轨打磨已引起铁路线路维修人员的高度重视，钢轨修理的作用及其技术经济性被逐步认识。

关键词：钢轨修理

1.钢轨打磨的作用

无缝线路钢轨的高平顺性，决定着高速列车的平稳运行，决定着设备质量的好坏，重视钢轨修理，能有效的提高设备质量；能有效地保证线路的稳定性。

消除或减少钢轨表面的微细裂纹和塑性变形层，提高材料的抗疲劳性能；改善轮轨接触条件，从而减少轮轨接触应力，减少钢轨的接触疲劳伤损；通过优化轮轨接触表面，提高轮轨接触的几何性能，提高轮对的导向作用，减少列车运行时的轮缘力；提高钢轨表面平顺度，减少轮轨间附加动力，减小钢轨及联结零件的伤损率；减小轮轨噪声，有利于环境保护。

对新钢轨进行有计划的预打磨，可以清除钢轨表面的脱碳层，矫正微小的钢轨轮廓形变，修复在钢轨铺设过程中所产生的轨道表面损坏。提高钢轨表面接触疲劳强度，并从一开始就保证车轮和钢轨的良好接触，可延期钢轨接触疲劳的萌生。钢轨修理性打磨改善了钢轨的技术性能，延长了钢轨的使用寿命，降低了轨道的维修成本。

研究表明：0.2mm的微小焊缝迎轮台阶形不平顺，300km/h时引起的轮轨冲击性高频作用力可达722KN，低频轮轨力达321KN，可加速道碴破碎，道床路基产生不均匀沉陷，从而形成较大的轨道不平顺。钢轨的初始不平顺同时具有记忆特征，会直接造成相同的局部不平顺。因此，若要提高线路的行车品质必须重视钢轨修理工作。

2.钢轨修理作业分类

分为小型钢轨打磨机打磨和大型钢轨打磨列车打磨。

2.1小型钢轨打磨机打磨

小型钢轨打磨机是一种常用的小型养路作业机械。小型钢轨打磨机的种类、型号很多，目前使用较普遍、性能较理想的是仿型打磨机。小型钢轨打磨机的特点是作业灵活、携带方便，其作业对象主要是零星的、非连续性钢轨不平顺和钢轨表面伤损，适用于钢轨接头、道岔基本轨、尖轨、心轨及翼轨肥边和不平顺的打磨。

2.2大型钢轨打磨列车打磨

大型钢轨打磨列车是一种先进的大型养路机械，是处理连续性的钢轨不平顺和钢轨表面伤损的主要设备，适用于钢轨波浪形磨耗、鱼鳞裂纹等的打磨。钢轨打磨列车所具备的波浪形磨耗及轨廓测量系统和打磨控制系统能保证高质量的作业质量。

3.钢轨表面伤损形式及其危害

3.1钢轨表面伤损形式

钢轨在运营过程中，由于轮轨作用及钢轨材质、线路条件和人员操作等原因，在钢轨轮轨接触的表面或次表面产生接触疲劳裂纹、变形、剥离、磨耗和擦伤等伤损。

3.1.1钢轨纵向变形

⑴钢轨焊接接头不平顺

由于钢轨焊接后焊缝处轨顶面金属的强度、硬度的差异及接头原始不平顺引起的过大的轨道附加动荷载，所产生的磨耗、变形。

⑵钢轨波浪形磨耗

轮轨接触的黏滑现象是解释钢轨波浪形磨耗的典型理论。当轮轨接触时，产生黏着和滑动交替、往而复始的过程，在这过程中表面摩擦力也出现大小交替变化，从而磨损量在此过程中也不一样，波浪磨耗也就出现了。

波浪形磨耗依波长长度分为波纹（波长30~80mm）、短波波浪（波长80~300mm）、长波波浪（波长300~1000mm）。

3.1.2表面疲劳

轮对在承受列车荷载并在与钢轨接触表面产生高速转动时，接触体表面或次表面会产生极高的接触剪应力，是造成钢轨表面疲劳的原因之一。钢轨表面疲劳主要表现形式主要有三种：鱼鳞裂纹、轨头肥边、表面塌陷。

3.1.3擦伤

列车在运行过程中进行爬坡、制动或启动的过程中，轮轨产生剧烈的滑动摩擦，使钢轨踏面表层产生淬火马氏体金相组织，高硬度抵强度的机械性能使其在轮轨接触应力作用下的金属破碎，产生龟裂和剥离。剥离裂纹的尖端极有可能成为疲劳源，扩展成轨头核伤。

3.2钢轨表面伤损的危害

3.2.1动态过载：周期性的长波变形会产生低频高能量的振动，这种振动向下延伸到次级频率，会给轨道和车辆带来永久性的损坏。

3.2.2振动危害：钢轨周期性的变形会产生有规律的振动。这就存在着共振的危险。当振动频率与系统构件的固有频率相同时，就会发生共振。振动的振幅得到加强，释放出巨大的能量，铁路构件侍因此而迅速被损坏。

钢轨的振动还会导致构件承受过多的栽荷，造成紧固螺栓断裂、枕木伤损、道碴过度粉化等，从而加大轨道部件的修理和道碴的清筛工作量。

3.2.3能量损耗：有试验表明，钢轨周期性变形将明显增加机车的燃料消耗。研究表明，在0.8mm深波纹的钢轨上，机车需要付出大于三倍的牵引力。对无波浪变形的轨面，可以减少能耗到30﹪左右。

3.2.4噪声危害：线路纵向周期性变形的影响结果就是噪声，它普遍可以使噪声升高12分贝（分贝声音的计量单位）。路基的振动也能产生较高级别的噪声。极端情况下（比如砖砌的隧道中），振动能导致结构的损伤。

4.钢轨修理

4.1钢轨打磨质量技术要求：

4.1.1打磨廓形应符合设计要求，并采用模板或钢轨轮廓（磨耗）测量仪进行打磨廓形检查和验收。钢轨打磨作业后应满足《高速铁路无砟轨道线路维修规则》表4.1.1-1和表4.1.1-2的要求。

4.2.4沿钢轨100mm长度范围内，打磨面宽度最大变化量不应大于打磨面最大宽度的25%。

4.2.5打磨后接触光带应居中，且宽度为20～30mm。钢轨打磨面应无连续发蓝带。

4.3注意事项：

调查钢轨内侧肥边，用1m直尺或波磨尺对焊缝、接头、轨面，按轨号、股别、深度、长度做好记录，将需要打磨的位置和深度做好标记，划在钢轨头部外侧。

根据打磨的长度和轨面宽度，打磨倾斜角度应与轨底坡相一致，使砂轮作用面与轨头顶面吻合，保持轨底坡不变。

打磨时接触要轻，走行要稳，返回要快，用力要均匀，注意在打磨时不可在一点停留时间过长，过长易造成轨面局部退火发蓝。

在打磨过程中，分三次用1m直尺对钢轨平面进行检测精细打磨，不符合规定的应进行返工。对高焊缝进行打磨要掌握走行规律及推拉趟数，钢轨轨顶因打磨发热而产生上拱，造成焊缝数据扩大，这时要停止打磨或打磨其它高低焊缝，高焊缝不可一次打磨到位，这样钢轨冷却后，易造成低焊缝。钢轨焊缝的打磨易高不易低，高的可再次进行打磨直到平顺为止，高焊缝打磨低后就会造成新的病害，增加打磨工作量。如遇有钢轨内侧肥边时，应同时打磨。并配合打磨进行高低、水平整治。

一周后进行复查，如发现轨面车轮碾压线不平与生锈现象，应重新打磨。

参考文献

［1］铁运[2014]357号，高速铁路钢轨打磨管理办法［S］.

［2］铁运[2012]83号，高速铁路无砟轨道线路维修规则（试行）［S］.

［3］段剑峰．道岔综合打磨技术探讨［J］．铁道建筑，2008(11):75-76．

［4］胡海波，高亮．道岔打磨车在道岔不平顺病害整治中的应用［J］．铁道标准设计，2008(6):32-34．