重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究_周清跃
我国铁路钢轨型面优化研究
特别策划国铁路的运营实践表明：普速铁路轮轨关系存在轮轨接触点不在理想区域[1]导致钢轨过早出现轨距角剥离掉块、轨头核伤等疲劳伤损的问题。
高速铁路运营初期，轮轨型面不匹配导致动车组构架横向加速度报警、车体抖车和晃车等问题。
通过轮轨型面优化来改善轮轨关系已成为我国铁路轮轨关系研究需要解决的重要问题。
全面介绍我国铁路钢轨型面优化方面的研究及应用情况[1-10]，并提出我国钢轨型面发展的相关建议。
1 轨头廓形优化设计1.1 总体目标（1）适应我国铁路1/40轨底坡、1 353 mm轮背内侧距的工况要求。
日本、法国和德国高速铁路的轨底坡分别为1/40、1/20和1/40，轮背内侧距均为1 360 mm。
由于轨底坡和轮背内侧距直接影响轮轨接触关系，在轨头廓形优化时要首先考虑我国铁路的实际情况。
（2）轮轨接触达到理想状态：在直线上运行时，轮轨接触在轨头踏面中心区域；当轮缘贴靠钢轨时，形成共形接触。
（3）研发一种轨头廓形，适应我国铁路服役使用的多种型面车轮。
从理论上讲，针对我国铁路运行的4种型面车轮（LMA、S1002CN、XP55和LM）对应设计4种轨头我国铁路钢轨型面优化研究周清跃，刘丰收，俞喆，张金，田常海，张银花（中国铁道科学研究院 金属及化学研究所，北京，100081）摘 要：针对我国铁路轮轨匹配存在的问题，研发了钢轨打磨设计廓形60D和新轨头廓形钢轨60N。
优化后的轨头廓形与LM、S1002CN和LMA型面车轮接触时的光带基本居中，轮轨接触应力显著降低，可有效抑制车轮踏面凹磨后等效锥度的增大，提高车辆运行稳定性。
高速铁路按廓形60D打磨到位，钢轨打磨周期可延长至4～5年，且不易出现动车组构架报警和车体晃车。
60N钢轨在普速铁路上的铺设使用结果表明，在直线上运行轮轨接触光带居中，在曲线上运行可有效避免或抑制钢轨使用初期轨距角剥离掉块及疲劳核伤；在高速铁路试验段的铺设使用结果表明，采用1遍预打磨后钢轨服役近5年，光带保持在30 mm左右，从未出现动车组构架报警和车体晃车，可有效改善轮轨匹配关系，大幅降低轮轨维修养护成本。
铁路钢轨损伤与修磨探究
铁路钢轨损伤与修磨探究为确保我国铁道钢轨的质量和延长其使用寿命，最主要的方法在于钢轨的生产制造和养护维修两个方面。
其中，钢轨打磨是铁路工作人员对线路进行养护和维修过程中使用的重要手段。
1钢轨损伤的类型1.1独立的缺陷钢轨的焊合不平、道碴的印痕、儒变以及塌陷，这些独立缺陷在列车车轮每一次通过时都会产生一个数倍于正常情况下的负载，铁轨会受到很高的压力。
一般这种损伤并不能在第一时间被人们发现，但却会因为损伤进一步的扩展而给整个铁道带来极为严重的影响。
甚至在某些情况下会直接导致铁道的完全瘫痪。
不仅是铁轨，面对这样巨大的冲击所产生的能量，铁轨并不能完全将之吸收，而这些没有被吸收掉的能量，会持续传递给铁道线路，因而影响到整条线路轨道。
固定位置的损伤还会影响到轨垫和枕木，久而久之，造成道床局部的下沉，铁道也会因此而失去其稳定性。
1.2 钢轨的纵向变形一般的铁道钢轨分为：极短波距波形（30～100mm）、短波距波形（100～300mm）、长波距波形（300～1000mm）、较长波距波形（1000～2500mm）四种。
1）极短波距波形的波长较短，变形多发生于铁路直线部分。
比如在160公里/小时的速度下运行线路，铁轨的不规则冲击就会造成钢轨纵向变形。
2）短波长的变形常发生在铁路的曲线区段，通常发生于短轨一侧的轨道。
它可以解释为：转弯时固定在车轴上的两个车轮所碾过的长度不一样而造成的纵向变形。
3）长波变形则主要是由于铁路上只有单一型号的车辆运行而造成。
别外，较长波的变形也可能与铁轨的制造工艺有关。
总之，以上几种波长的变形，并不是单一存在的，而是经常同时出现在钢轨的同一部位上。
1.3钢轨的横向截面变形此种钢轨变形主要是由于钢轨的横截面变形而引起的，车轮与铁轨的接触点决定了轨道运行中表面和内部的应力。
车轮与钢轨的不正确接触，很容易导致车轮与钢轨的疲劳损害。
1.4钢轨的磨损铁轨矫正通常不是用来解除铁轨磨损的，然而，修磨过的铁轨却有助于减轻磨损。
铁路钢轨伤损分析及对策
铁路钢轨伤损分析及对策钢轨作为铁路轨道的主要组成部分，直接与列车相接触且负载着列车的重量载荷，难免会因外界因素的影响受到伤损。
当钢轨伤损达到一定严重程度时便有可能导致列车出现运行安全的问题，关乎到旅客的生命安全，因此深入分析钢轨伤损问题成为了铁路工务段必须要解决的问题之一。
本文通过对铁路钢轨伤损方面进行深入分析，提出了相应的解决对策及建议。
标签：铁路钢轨；伤损分析；解决对策随着我国铁路运输业的高速发展，铁路承担的负荷也越来越大，这样便加快了钢轨的损耗速度，严重降低了钢轨的使用寿命。
再受到列车运行密度高、列车间距离小等不利因素的影响，导致工务段职工进行钢轨伤损修复工作的难度越来越高、钢轨伤损程度也越来越明显。
因此，铁路企业要大力加强铁路钢轨伤损的研究分析力度，提出行之有效的问题解决对策。
1 铁路钢轨伤损分析1.1 钢轨伤损的分类钢轨伤损按程度主要分为轻伤、重伤和折断。
当探伤人员或者钢轨检查工长认定钢轨有伤损时，也可以判其为轻伤或重伤。
而折断是指当钢轨截面全部断裂、裂纹横穿过轨道的整个轨头截面或是轨底截面。
1.2 钢轨伤损的修理我国铁路工务段基础线路设施维修主要分为大修和维修两种。
大修的基本任务是根据实际运输需求及钢轨伤损情况，有规律、周期地更新钢轨或者再用钢轨；其中，单项大修主要包括成段更换新的钢轨或使用再用轨、铺设无缝接线路等等。
主要是为了消除铁路钢轨线路设备长时间积累下来的永久性伤损，使大修后铁路钢轨的质量完全达到正常标准或者更高标准。
钢轨伤损的修理工作分为三类：（1）综合维修：依照钢轨伤损周期性变化的特点，主要以以翻修、更换伤损钢轨零部件的形式进行，以大型养路机械作为主要维修工具，具有较强的规律性和周期性。
（2）日常保养：依照钢轨伤损实时情况，以小型养路器械为主要工具，对钢轨实施具有针对性、日常性、规律性的日常保养措施，以保持钢轨伤损情况始终符合钢轨质量标准。
其主要方式是对钢轨进行焊补、打磨，处理接头处的伤损，更换断轨等等。
曲线地段钢轨伤损原因分析及对策
曲线地段钢轨伤损原因分析及对策【摘要】本文针对重载条件下曲线地段钢轨主要伤损病害进行分析，阐述了引起钢轨钢轨伤损病害的原因，并针对重载条件下产生钢轨伤损病害原因提出整治措施。
【关键词】曲线伤损分析整治随着运量的猛增和大轴重电力机车（万吨列车及两万吨列车）的运行，曲线地段出现了不同程度的伤损，反映出了重载对轨道的巨大影响。
轨道，尤其是钢轨产生了严重的伤损，集中表现为半径较小曲线地段（R≤2000m）严重的侧面磨耗、剥离掉块、核伤。
这些问题的出现引起了我们普遍的重视，如何解决它们成为朔黄铁路发展重载运输需要解决的重要问题。
1 曲线地段钢轨侧面磨耗、剥离掉块的特点（1）磨耗掉快较严重地段大都出现在R≤2000m的曲线上股。
（2）磨耗大的曲线多为侧面磨耗较严重，且发展速率超过预期。
（3）虽然在R=4000m及R=3000m的曲线上也出现了轻微磨耗，但是在开行万吨列车后几乎没有变化，其发展速率远小于R≤2000m的曲线。
（4）受钢轨材质的影响，肃宁以东曲线地段侧面磨耗明显小于肃宁以西地段。
（5）缓和曲线地段磨耗小于圆曲线地p2.1 轨面剥离掉块轨面剥离掉块是轮轨接触疲劳和冲击荷载作用下的伤损，其发展会造成轨顶面严重的不平顺，使钢轨及轨道受力恶化，零部件破损、轨枕失效、道床翻浆冒泥出现并迅速发展。
自运营以来，曲上股轨面、缓冲区接头轨端陆续出现剥离掉块。
剥离掉块绝大多数发生在半径为1000米的曲线地段。
掉块程度有的达到重伤标准，有的虽未达到更换标准，但连续出现、形成波浪式的不平顺。
轨面的剥离掉块在列车的碾压下，形成应力源，钢轨在车轮的反复冲击下，极易造成断轨。
2.2 钢轨核伤（疲劳伤损）p自2007年以来，朔黄上行线轨面鱼鳞缺陷数量增多、速度加快，目前重车线轨面全部出现5-15mm的鱼鳞缺陷。
同时严重影响着超声波探伤作业，给探伤及防断工作造成了很大的困难。
3 钢轨伤损原因分析3.1 钢轨材质不良有关资料显示：在直线区段包钢钢轨的重伤率为攀钢钢轨的1.6倍。
来稿中“参考文献”范例(部分)
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４ 结 语
随着 朔 黄重载 运 输 的不 断 发 展 ， 出现 了 不 同程 度 的曲线 钢轨磨 耗 和剥离 问题 ， 应 引起 足 够 的重 视 ， 并 采
重载铁路钢轨伤损原因探析与预防措施
采用热塑性弹性体垫板，其结构稳定，塑性变 化小，重载下弹性变形较小，可以很好地适应重载 运输的要求。热塑性聚酯弹性体 TPEE 是含有聚酯 硬段和聚醚软段的嵌段共聚物，与橡胶相比，具有 更好的加工性能和更长的使用寿命，与工程塑料相 比，同样具有强度高的特点，而柔韧性和动态力学 性能更好。 2.5 采用Ⅰ级道砟，保证砟肩宽度
采用钢轨润滑剂对半径不大于 1 000 m 的曲线
上股钢轨进行润滑，以达到控制钢轨磨损速率的目 的，有效延长曲线钢轨的使用寿命。
3 结语
只有不断深入地研究轨道破坏机理，多角度完 善和强化轨道结构，认真探索运营安全与养护维修 的合理匹配，才能有效延长钢轨使用寿命。
参考文献
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钢轨顶面擦伤（图 9），发生在车轮制动时 （此
·55·
质量管理
重载铁路钢轨伤损原因探析与预防措施
时车轮被闸瓦抱死），车轮沿着钢轨只滑动而不滚 动（ω=0）（图 10）。列车起动时因轮轨界面粘着力 不够，导致车轮产生“飞车”现象（ω≠0）（图 11），使 钢轨接触面形成 “扁疤”型擦伤。在以上 2 种条件 下，轮轨界面温度可瞬间达到 600～1 400 ℃，接触 界面附近的材料软化甚至融化，材料磨损率十分 高。滑动停止后，接触表面附近材料迅速冷却，材 料金相组织发生变化，形成马氏体，产生热残余应 力和热疲劳裂纹。
图 9 钢轨顶面擦伤
产生严重的 磨损和高温
Fx
ω=0 V0
P
图 10 车轮沿钢轨作纯滑动（紧急制动情况）
我国钢轨轨型及定尺长度的百年发展历程
特别策划·综述述评我国钢轨轨型及定尺长度的百年发展历程周清跃（中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所，北京100081）摘要：对我国生产的钢轨轨型发展历程进行回顾，从对称断面钢轨、非对称断面钢轨、不同轨型钢轨研发及首轧情况等方面对相关轨型特点进行分析，并提出我国钢轨轨型发展应注重开展轨型系列化、轨头廓形统一等方面研究工作；同时对我国钢轨定尺长度的发展演变进行分析，百米定尺钢轨的研制成功为我国高速铁路事业的又好又快发展奠定了基础；最后针对我国钢轨轨型发展中存在的问题提出相关建议，可为下一步钢轨轨型研究提供参考。
关键词：钢轨；道岔；轨型；廓形；定尺长度中图分类号：U213.4文献标识码：A文章编号：1001-683X（2022）05-0042-05 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2021.08.18.0011轨型的由来钢轨轨型和定尺长度是铁路发展和冶金技术进步的体现。
自1894年汉阳铁厂建成投产，我国钢轨生产已经有127年的历史。
钢轨轨型旧时称轨式、样式，20世纪50年代钢轨标准称为品种（如重轨品种、轻轨品种等），现在钢轨标准（TB/T2344.1）称为轨型，多以kg/m表示（公称单重）［1］。
标准中规定了不同轨型钢轨的断面型式尺寸（型式尺寸是指未考虑公差的理论尺寸）。
国外对钢轨轨型叫法也不同，美国标准将轨型称为钢轨断面，欧洲标准称为钢轨廓形，日本标准称为钢轨类型。
现代铁路钢轨轨型均为工字形。
工字形断面最早由美国工程师史蒂文斯于1830年设计［2］，我国称为工字形断面，国外称为T形钢轨［3］。
钢轨工字形的形状一直使用至今，只是在单重，轨头、轨腰和轨底金属作者简介：周清跃（1960—），男，研究员。
E-mail：************************分配，轨头轨冠形状等方面不断改进。
道岔钢轨由于受力和加工的需要，欧洲标准将其归为3类：非对称钢轨、对称厚腰钢轨和对称全腰钢轨［4］。
京广铁路列车通过总重对钢轨伤损的影响
京广铁路列车通过总重对钢轨伤损的影响代永波（中国铁路武汉局集团有限公司工务部，湖北武汉430071）摘要：为得到客货共线铁路列车通过总重对钢轨寿命的影响规律，对京广铁路下行K807+000—K1110+000区段钢轨伤损数据进行统计分析，并以实际工况下列车通过轴重为荷载条件，建立钢轨三维实体有限元模型，对钢轨在循环荷载作用下的疲劳寿命进行研究。
研究结果表明：随着列车通过总重的增大，钢轨伤损数量以及增长速率呈非线性增加，在200Mt时增长速率有一突变；钢轨累计重伤率与列车通过总重符合幂函数关系，利用拟合公式预估钢轨寿命为10.62亿t～16.03亿t；在实际轮载条件下，钢轨疲劳寿命次数为4841万次，换算为列车通过总重后与统计分析结果吻合。
研究结论可为线路设备维护决策和线路大修周期界定提供技术理论支撑。
关键词：京广铁路；钢轨伤损；列车通过总重；统计分析；有限元模型；疲劳寿命中图分类号：U216文献标识码：A文章编号：1001-683X（2020）04-0074-07DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2020.04.0741研究背景京广铁路作为“八纵八横”的骨干铁路之一，是我国最重要的南北铁路大动脉，作为国家Ⅰ级客货共线铁路，京广铁路正线全长2263km，经提速改造后设计速度可达160～250km/h。
近年来，随着运量和轴重的不断增加，钢轨伤损问题也日益突出。
针对不同线路类型的钢轨伤损问题，国内学者开展了大量研究，徐爱民等［1］针对北京地铁钢轨病害问题，对核伤、内部裂纹、孔裂等钢轨伤损出现情况及规律进行分析，并统计了钢轨出现重伤频率，进而提出了对地铁线路大修周期的建议；曾昭学［2］通过对比大秦重载铁路2017年和2018年钢轨伤损数据，分析重载铁路钢轨主要伤损类型及其产生原因，对合理的钢轨探伤方法和探伤周期进行探讨；刘丰收等［3］对高速铁路早期钢轨典型伤损进行了现场跟踪及总结分析，并针对各类伤损提出了相应的维修建议。
重载铁路钢轨的伤损及预防维护对策
一
一
D O I: 10 195 37
1
k i 2 0 9 6 2 7 8 9 2 0 16 刀 5 j / 重 载 铁路钢 轨 损 伤 的 类型
e n
0 97
( l )
顶部 擦 伤
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在重载 列 车 出 现速 度变 化 的 情 况 下
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轨 道 与 车 轮间 将 出 现 明显 的摩 擦 当 摩 擦 水 平超 过 一 定 限 度 的 情 况 下 就可 能 出现顶 部 擦 伤 其 中较 为 严重 的 是 重载 列 车制 动 过 程 中 的 制 动过 程 在此 环 节 车 轮处 于抱 死状 态 轨 道 与 车 轮 间 呈现 出 较 高 水 平 的 滑 动摩 擦 通 常 重 载 列 车 的载重 水 平 较 高 这种 滑 动摩 擦力 的 水 平 也 较 高 这种 剧 烈 摩 擦会 造 成轨 道 顶 部 温 度 的急 剧 上升 高 温 使 钢 轨顶 部 材 料处 于 活 跃状 态 而 在 列 车 的 高 载荷 作 用 下 钢轨 则极 易 出 现 塑 性 变 形 另 一 种 情 况 是 重在 列 车 起 步 阶段 由于 附着 力 不 足 出 现 的打 滑 现 象 这种打 滑 同样 会 导 致 明 显 的 滑 动 摩 擦 当 钢轨 温升超 过表 面 保 护 层 临 近 温度 后 会 造 成钢 轨 软 化 变 形 在 残余 应 力 材 料 热 疲 劳 等 作 用 的影响 下 形成严 重 的钢轨 质 量 问题 ( 2 ) 侧 向 磨 损 重载 列 车 在 运 行 过 程 中 并未 在 完 全平 直 的轨 道 和 平 面上 运 行 的 由于 轨 道 线 路起 伏 倾斜 现 象 的存 在 列 车运 行 过 程 中 难免 出现 一 些 轨 道 与 车 轮 间的 碰撞 作 用 这种在 碰 撞 过 程 中存 在冲 击 力 与 摩擦 力 两 种 作 用 效 果 均 会对 钢 轨形成 质 量影 响 重载 列 车钢 轨 侧 向 磨 损较 为集 中 的 区域 通 常 为 局 部 转 弯 区域 两 侧 钢 轨 对 列 车 行 驶 导 向的 约 束力存 在 一 定 的差 异 因 此钢 轨承受 的 转 向载荷 不 同 这种载 荷 差 是 形成 侧 向磨 损 的直 接 原 因 当 侧 向载 荷 向钢 轨 施 加 的应 力 作 用 大 于 极 限 值 后 就 会 导 致钢轨 侧 面形成 应 力 形 变 这种形 变 是 塑 性 不 可逆 的 严重影 响 行 车安 全 ( 3 ) 压溃 重载 铁路钢 轨 压 溃 问 题 主 要 出 现在 钢轨 应 力集 中 区 域 通 常 发 生 在 内 轨 距角 处或 外 侧 重 载点 出 现压 溃 问 题 的原 因 主 要 包括 一 下 两 个 方面 ① 钢 轨 材 料 选 择 不 合 理 在 钢 轨 选 择 过 程 中 施 工 设计 人 员 对 于 载荷 水 平 的计 算 出现 误 差 导 致 钢 轨 强 度 选 择 不 足 以 支 撑 实 ; 际 的 行 车载 荷 作用 ② 轨 道 曲 线 超 高 设 计 不 合 理 出 现 此 类 问题 是 设计人 员在 轨 道 设计 参数 设 置 时 出 现 偏 差 底 坡 角度 选 择 不 合 理 导 致 重 载 列 车 行 驶 在 相 应 区 段 内 对 对 轨 道 施 加 的应 力 过 大 在 超 限 载 荷 作 用 下 形 成 压 溃 现象 ( 4 ) 脱 离掉 块 在 重 载铁 路钢轨 长 期 承 受过 大 载荷 出 现 形 变 问 题 后 如 不 及 时处 理就 会 在反 复 冲击 作 用 下 出 现 剥 离掉 块 现 象 从 轨 道 钢 材 形 变 过 程 来 看 过 大 的 载荷 作 用 使 得钢 轨 超过 屈 服极 限 呈 现 出 脆 性 增 加 的 特 征 材 料 内 部 聚 合 性能 明 显 下 降 部 分 脆 弱 部 位 在 行 车 冲击 作 用 下 就 会 脱 离本 体 重 载铁路钢轨 脱 离掉 块 问题 主 要 发 生 在 钢 轨连 接 位 置 焊 料 连 接 元 件 在 整 体 塑 性 特征 上 的 差 异 导 致 了 同等 载 荷 作 用 下 钢 轨 结 构 内 部 不 同 应 力 的 特征 因 此容 易 出 现脱 离掉 块 现 象 ( 5 ) 断裂 重载 铁路 钢轨 断裂 问题 主 要 是 由 应 力 疲 劳 导 致 的 在 前 期 列 车 通 行 形 成 的顶 面 侧 向摩 擦 作 用 下 钢 轨 会 出 现 一 定 的疲 劳 裂 纹 在 未 采 取 有 效 处理 措施 的情 况 下 这 些 裂 纹进 一 步 扩 大 最终 出现 断裂现 象
30t轴重铁路钢轨技术体系及标准研究
２０１ ３ ／ ０ ６
０ 世 纪９ ０ 年 代 轮轨 接触关 系 ，及时优化 钢轨轨头 廓形 。采 用合理润 滑 因 是有 缝 线 路 ，钢 轨 接 头 伤 损 严 重 。２ 和摩 擦系数 控制 、针对性 打磨及检 查与养 护制度 ，最 大 中后 期 ，大 秦铁 路 逐 渐在 直 线段 铺设 钢 轨强 度 等级 为 ８ ０ ＭＰ ａ 的微 合金 热轧钢 轨 ，曲线段铺 设钢 轨强度 等级 限度延长钢 轨使用 寿命 。 目前 ，钢轨预 防性打磨周期 直 ９ １ ８ ０ ＭＰ ａ 及 以上 的７ ５ ｋ ｇ ／ ｍ 全 长热处 理钢轨 ，并采 用 线 段每通过 总重６ ０ ０ ０ 万 ～９ ０ ０ ０ 万ｔ ，中等半径 曲线段 每 为 １ 通 过 总重４ ０ ０ ０ 万～ ６ ０ ０ ０ 万ｔ ，小 半径 曲线段 每通 过 总重 无缝 线 路 ，钢 轨 的使 用 寿命 有所 延 长 。近年 来 随着 万 ２ ０ ０ ０ 万～ ４ ０ ０ ０ 万ｔ 。美 国重载铁路直线段钢轨换 轨周期约 吨列 车 的开行 及 年运 量 的大 幅增 加 ，钢 轨 伤损 急剧 增 为１ ２ ＂ ［ Ｌ ｔ 通过总重 ，曲线段为 ３ ４ Ｌ ｔ 通过 总重。
选 用新 廓 形 ７ ５ Ｎ 钢 轨 廓 面。建 议 设 置试验 段 对技
术体 系进 行试验 验证 。
关键 词 ：５ ０ ｔ 轴重铁路钢轨 ；技术体 系；标 准研 究 ；
重载 铁路
通过提高钢轨单重延 长钢轨使用寿命 和减 少维修养护Ｔ
作 量 。２ ０ ０ ５ －２ ０ ０ ９ 年 ，大 量铺用 １ ４ １ Ｒ Ｅ 钢 轨 ，使 用表 明 ，提高钢轨单重并 未获得 预期效果 ，钢轨使用 寿命并
陈朝 阳 ： 中 国铁道科 学研 究院金 属 及化 学研 究所 ， 副研 究 员，北京 ，１ ０ ０ ０ ８ １ 刘 丰收 ： 中 国铁道科 学研 究院金 属 及化 学研 究所 ， 副研 究 员，北京 ，１ ０ ０ ０ ８ １
高速与重载铁路钢轨损伤及预防技术差异研究
2007年11月第32卷第11期润滑与密封L U B R I C A T I O NE N G I N E E R I N GN o v .2007V o l .32N o .11＊基金项目:国家自然科学基金资助项目(50675183);高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20060613017).收稿日期:2007-08-09作者简介:刘启跃(1964—),男,博士,教授,主要从事轮轨摩擦学的研究.E -m a i l :l q y 9065@y a h o o .c o m .c n .高速与重载铁路钢轨损伤及预防技术差异研究＊刘启跃 王文健 周仲荣(西南交通大学摩擦学研究所 四川成都610031)摘要:结合多年的研究与调查,分析了高速与重载铁路钢轨损伤与预防技术的差异。
钢轨侧磨与压溃是重载曲线段钢轨的主要损伤类型,而高速铁路钢轨主要表现为疲劳损伤特征;根据磨损与疲劳的相互制约与竞争关系,提出了高速与重载铁路钢轨选材及车轮型面选择的不同要求;阐述了高速与重载铁路钢轨不同曲线轨头非对称打磨技术的原理及应用。
关键词:高速重载;钢轨损伤;磨损;疲劳;钢轨打磨中图分类号:U 211.5 文献标识码:A 文章编号:0254-0150(2007)11-011-4A n I n v e s t i g a t i o n o n D i f f e r e n c e o f R a i l D a m a g e a n d P r e v e n t i v eT e c h n i q u e o f H i g h -s p e e d a n d H e a v y -h a u l R a i l w a yL i uQ i y u e Wa n gWe n j i a n Z h o uZ h o n g r o n g(T r i b o l o g y R e s e a r c hI n s t i t u t e ,S o u t h w e s t J i a o t o n g U n i v e r s i t y ,C h e n g d u S i c h u a n 610031,C h i n a )A b s t r a c t :T h ed i f f e r e n c eo fr a i ld a m a g ea n d p r e v e n t i v et e c h n i q u eo n h i g h -s p e e d a n dh e a v y -h a u lr a i l w a yw a si n v e s t i g a t e d .T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e w e a r o f g a u g e -r a i l a n d t h e p l a s t i c f l o wa r e d o m i n a n t f o r h e a v y -h a u l c u r v e r a i l ,a n d t h e f a t i g u e b e h a v i o r i s p r i m a r y f o r h i g h -s p e e d r a i l .I t i s s u g g e s t e d t h a t t h e r a i l m a t e r i a l a n d w h e e l p r o f i l e o f h i g h -s p e e d a n dh e a v y -h a u l r a i l w a y i s d i f f e r e n t .T h e d i f f e r e n t r a i l c u r v e a s y m m e t r i c a l g r i n d i n g w a s i n t r o d u c e df o r h i g h -s p e e da n dh e a v y -h a u l r a i l .K e y w o r d s :h i g h -s p e e da n d h e a v y -h a u l ;r a i l d a m a g e ;w e a r ;f a t i g u e ;r a i l g r i n d i n g 21世纪的铁路是以高速、重载、高效、安全为特征的时代。
钢轨伤损及防治措施
钢轨伤损及防治措施摘要：钢轨是铁路轨道的重要部件，它直接承受车轮的荷载和冲击，尤其在复杂的运营条件下，由于机车车辆对钢轨的动力作用，自然环境和钢轨本身质量等原因，钢轨的伤损是不可避免的。
钢轨的伤损是轨道上存在的一个大问题，直接影响行车安全，因此我们对钢轨的伤损要充分认识，并做出切实可行的防治措施，合理使用钢轨以便延长钢轨的使用寿命，确保行车安全。
关键词：钢轨伤损；防治措施；合理使用一、概述钢轨伤损是指钢轨在使用过程中发生裂纹、折断、磨耗及其他影响和限制钢轨使用性能的病害。
在复杂的运营条件下，钢轨的伤损是不可避免的。
伤损的原因很复杂，既有钢轨生产过程中产生的缺陷，又有运输、铺设、和使用过程中出现的问题。
钢轨伤损是轨道上存在的一个大问题，它直接影响行车安全。
掌握钢轨伤损发生和发展的规律、加强钢轨的使用管理、延长钢轨的使用寿命、确保行车安全，具有重要意义。
二、钢轨伤损的主要特征随着钢轨等级及轨下基础刚度的增加，轨头接触疲劳伤损上升为钢轨实效的主要机理。
通常钢轨伤损还与线路的类型有关，如无缝线路轨头核伤比例较高，普通轨道上轨端螺孔开裂较多，小半径曲线外轨侧磨较严重等。
随着重载铁路的发展，钢轨损伤类型发生了一些新的变化。
重载铁路通常采用内燃、电力机车牵引，由于这类机车轮径较小，轮轨接触应力大，远超过钢轨的允许值，成了钢轨伤损的主要原因。
且由于它们起动加速大，经常因空转擦上钢轨，同时因其悬挂结构刚度大，还是钢轨垂直磨损加剧。
三、轨头核伤轨头核伤是最危险的一种伤损形式，会在列车作用下突然断裂，严重影响行车安全。
(1) 核伤形成的主要原因① 钢轨的材质不良，钢轨中存在气孔、夹杂。
② 轧轨质量不良，钢轨内部轧轨过程产生缺陷。
③ 线路养护质量。
④ 线路的行车速度、轴重、运量等。
(2) 防止和减缓核伤的产生和发展的主要措施如下：① 提高钢轨质量，以防制钢轨中存在核伤源。
② 改善线路质量，提高弹性和平顺性，从而减少动荷载对轨道的冲击。
铁路60Kg重轨表面质量刮伤、轧疤的改进研究
铁路60Kg重轨表面质量刮伤、轧疤的改进研究60Kg重轨表面质量刮伤、轧疤的改进研究摘要：刮伤一般沿着整个轧件长度方向上出现从轧件上刮伤的位置可以判断出刮伤可能是由哪个导卫引起的。
轧制时产生的结疤称为轧疤其所在部位、形状和大小基本一致缺陷的下面有较多的氧化铁皮。
防止和消除刮伤的措施是：加工的导卫板符合要求；正确调整导卫装置；及时清理传输辊道表面及及时消除传输辊道表面的异常凸起。
轧疤预防及消除方法：对BD2轧辊材质进行研究选用材质硬度较高的轧辊；根据各孔型各磨损点磨损程度不同采取不同的淬火深度及硬度。
关键词：刮伤轧疤导卫轧辊1、万能轧制技术及其发展现代化铁路高速、重载和__度的运输组织方式使重轨的服役条件更趋恶化因而对重轨质量的要求也进一步提高：要求重轨重型化、强韧化、定尺化、钢质纯净化同时焊接性能更好平直度要高表面无缺陷。
1.1、世界各重轨生产厂工艺世界各重轨生产厂改进工艺改造、更新设备潜心研究从冶炼甚至选矿原料处理一直到成品钢轨交货的各道工序目的在于不断提高重轨的实物质量和开发高速(200km／h／以上)轨。
使重轨生产技术自90年代起有了突飞猛进的发展。
重轨轧制是重轨生产中的重要一环直接影响着重轨产品质量和综合机械性能目前重轨轧制主要有两种方法：孔型轧制法和万能轧制法。
法国的阿央日厂首创了重轨万能轧制技术该厂研制的万能轧制原理就是用万能轧机和轧边机交替地对金属进行加工成形。
在万能轧机上从4个垂直方向上给轧件施加很大的压下量同时控制轨腰、轨底和轨头厚度．延伸率相当大每道次达到1.25～1.40轨底、轨头翼缘部分尺寸由轧边机控制最终由半万能精轧机轧成成品其流程为：连铸坯在由Ф1340mm 万能轧机和Ф1036mm 轧边机组成的可逆串列式机组中轧制5道次最后在中1280mm 的万能精轧机上进行精轧。
主要设备包括：两座Ф5Omm×2250mm粗轧机架一座Ф1340mm 的万能机架水平辊Ф1170mm立辊Ф900mm；一座Ф1036mm轧边机轧辊Ф920mm辊身长度为838mm；一座Фl280mm 的半万能精轧机架水平辊Ф1100mm立辊Ф800mm。
钢轨伤损原因及防治对策研究
钢轨伤损原因及防治对策研究摘要：铁路线路中钢轨的质量、工作状态对整个线路的质量以及行车安全有着直接的影响。
本文介绍了钢轨伤损的分类办法，分析了影响钢轨伤损的因素，并提出了钢轨生产以及养护维修中防治伤损的措施。
通过对我国钢轨伤损现状的思考，提出应加深认识和需要改进的问题，使得线路运行质量进一步提高，运营成本不断降低。
关键词：钢轨伤损，影响因素，磨耗，对策措施Abstract: The quality and working status of the rail have a far-reaching impact on the whole line quality and operation safety. This paper introduces the classification of the rail damage, and analyzes the influencing factors of the rail damage. Methods and advises are given for prevention and control of the rail damage during producing and maintenancing process. It proposes the problems that we should deepen understanding and need further thinking after investigating the present situation of rail in China, to improve the operation quality and lower the operating expenses of the line.Key words: rail damage, influencing factor, abrasion，counter measure0 引言在我国国民经济高速度发展的大好形势下,铁路承担的运输任务也在日益增长。
钢轨接触疲劳伤损的预防及治理措施
钢轨接触疲劳伤损的预防及治理措施摘要：近来年随着各城市地铁建设高速发展，城市地铁线网不断的完善。
随着地铁客运量逐年攀升，列车运行呈低密度、高荷载趋势，从而加剧了钢轨磨耗及接触疲劳伤损的发展。
关键词：轨道交通；钢轨；接触疲劳伤损；预防措施引言钢轨接触疲劳伤损即钢轨与轮对在循环接触作用下，经过一定的循环次数，产生局部永久性累计疲劳伤损现象。
主要表现为接触表面产生钢轨波磨、裂纹、剥落甚至断裂，随着钢轨使用时间的增加轮轨接触疲劳所造成的破坏变得越来越严重。
一、钢轨接触疲劳伤损的分类及产生原因钢轨接触疲劳伤损从其宏观特征与形成机理分类,可分为钢轨波磨、鱼鳞伤、裂纹、掉块及疲劳核伤。
（一）钢轨波磨钢轨波磨的全称是钢轨异常波浪形磨耗，钢轨波磨产生原因主要有两种：一种是曲线上“蠕滑”，列车通过曲线地段时，列车左右两个车轮在同样的转速，相等的时间，走完不同路程。
造成曲线下股上的车轮在轨面“蠕滑”，从而产生波磨；另一种是由轮轨接触不良导致，列车在一定的运行速度条件下，车轮的垂向加速度激发钢轨的自振，若车轮的振动频率达到和钢轨一致，则会形成轮轨共振，从而导致钢轨波磨。
（二）鱼鳞伤鱼鳞伤主要分布于曲线、坡道地段，基本上是由于轮轨接触形成的疲劳裂纹，轮轨接触面表层金属发生塑性变形，使钢轨的几何形状发生变化。
表现为轨头踏面压宽、碾边、垂直磨耗和侧面磨耗。
（三）裂纹及剥离掉快鱼鳞纹向下继续发展则成裂纹，裂纹一般是沿着与机车前进方向一致,与轨面成小锐角方向扩展,当裂纹扩展到一定程度后，由于向心部扩展受到阻力作用而改向表面扩展,最后达到表面,形成钢轨表面的剥离，形状成薄块状掉块。
其中在涂油器安装地段若已经产生剥离，由于涂油器的油脂渗入裂纹，在车轮压力下产生油楔作用，会加速钢轨裂纹及掉块的发展。
（四）疲劳核伤1、纵横裂型核伤纵横裂型核伤是钢轨轨头内部疲劳裂纹,其特点是当裂纹发展到较大面积或发展到快速扩展阶段时,裂纹才会发展到轨头表面,造成断轨。
我国铁路钢轨钢的研究及选用
我国铁路钢轨钢的研究及选用周清跃;张银花;陈朝阳;刘丰收【摘要】介绍我国铁路常用钢轨钢的化学成分、性能特点；研究我国高速铁路、160 km/h以下的既有铁路、重载铁路、高原铁路、城市轨道交通用钢轨的选用原则.分析和论述曲线路段钢轨的选用、不同钢种钢轨的焊接、焊接接头的硬度匹配、长定尺钢轨的选用、钢轨打磨和润滑方面注意的问题,提出高速、重载钢轨钢的研究方向.【期刊名称】《中国铁路》【年(卷),期】2011(000)011【总页数】5页(P47-51)【关键词】钢轨钢;化学成分;力学性能;高速铁路【作者】周清跃;张银花;陈朝阳;刘丰收【作者单位】中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京,100081;中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京,100081;中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京,100081;中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京,100081【正文语种】中文1 我国钢轨钢化学成分及性能特点目前，我国铁路线路上使用的钢轨钢种主要有880 MPa级的U71Mn，980 MPa 级的U75V和1 180～1 280 MPa级的重载铁路用U77MnCr、PG4等高强耐磨钢轨。
（1）U71Mn钢轨。
由鞍山钢铁集团公司研制完成，为我国至今使用时间最长的碳素钢轨。
钢中含碳量较低，采用Mn元素提高轨钢强度，有较好的韧性、塑性和焊接性。
钢中的Mn元素容易引起微观偏析，重新加热后在Mn偏析部位出现高碳马氏体组织，曾多次对U71Mn钢轨中的Mn含量进行调整。
现行的铁路热轧钢轨化学成分及力学性能见表1。
为适应不同的运输条件，在优化U71Mn钢轨化学成分的基础上，形成了高速铁路用U71MnG、钢轨热处理用U71MnC和高原铁路用低碳U71Mn钢轨。
（2）U71MnG钢轨（G代表高速铁路）。
U71MnG钢轨（2011年前称为U71Mnk）专用于高速铁路，其化学成分与欧洲高速铁路使用的UIC900A（欧洲标准为EN260或R260）相近。
钢轨伤损及预防【65页】
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• 早期伤损主要是由于钢轨制造或焊接、 热处理等工艺不当造成的缺陷漏检或轮 轨磨合不良造成的钢轨轨距角鱼鳞裂纹 甚至剥离掉块以及一些其它原因造成的 缺陷所致。
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• 近年来，随着钢轨生产技术水平的不断 提高，因钢轨母材制造缺陷造成的早期 伤损呈大幅下降趋势。而随着列车运行 速度、轴重和行车密度的不断提高，钢 轨使用后期出现的伤损呈严重之势。
核伤 3%
接触焊 2%
铝热焊 41%
气压焊 32%
核伤 接触焊 铝热焊 气压焊 孔裂 其它 断轨
京包线上行K288-K338直线区段 不同伤损类型及其所占百分比
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断轨 1% 其它 3% 孔裂 35%
气压焊 16%
核伤 16%
接触焊 3%
铝热焊 26%
核伤 接触焊 铝热焊 气压焊 孔裂 其它 断轨
• 铁科院金化所对北京局、广铁集团、上 海局、郑州局、沈阳局和太原局管辖的， 1992年~1994年间铺设上道，2002年 ~2004年间下道的，有代表性的提速线路 区段钢轨伤损情况进行了调查，直线钢 轨重伤类型及所占百分比情况如下：
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其它 断轨 2% 5%
孔裂 15%
京包线上行K226-K276直线区段 不同伤损类型及其所占百分比
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京广线下行无缝线路K2035-K2131 不同伤损类型及其所占百分比
伤损类 型
所占百 分比
核伤 33.3
闪光 焊
26.1
气压焊 铝热焊 4.4 0.0
线路钢轨重伤原因分析及防治措施
线路钢轨重伤原因分析及防治措施摘要：钢轨作为轨道的主要部件之一，直接承受车轮荷载并将其传于轨枕。
由于钢轨本身的材质和结构的原因以及在动载荷的作用下钢轨产生的疲劳，钢轨将发生重伤情况，其不仅会影响列车的高速和平稳运行，同时会大大降低和削弱行车安全性，因此需要采取有效的措施进行优化。
基于此本文分析了线路钢轨重伤原因分析及防治措施。
关键词：线路钢轨；重伤；防治措施1、线路钢轨重伤原因1.1管理理念落后目前我国工务部门对于钢轨伤损的管理方式仍然停留在“故障修”和“周期修”的管理理念状态。
“故障修”即出现病害后对病害点进行一些弥补性维修，这种维修方式虽然在一定程度上避免了事故的发生，但由于不能全面把握钢轨伤损状态的发展规律，对钢轨伤损的检测、维护和更换策略是发生后再处理，不能从根本上消除安全隐患“周期修”即只要到了规定的预定作业时间，不管轨道技术状态如何，都要进行规定的作业。
这种维修方式虽然能在一定程度上提高轨道的安全性，但是由于没有掌握钢轨伤损发展规律，不顾钢轨伤损发展情况，仅仅是按照规定时间对钢轨进行维修作业，因此存在着一定的隐患，同时由于维修资源分配不均容易造成能力的紧张和资源的浪费。
1.2检测数据管理不规范国内铁路钢轨伤损检测设备落后，主要运用小型探伤仪和人工检测进行探伤作业，对检测数据不能自动存储，需要人工的填写检测一记录表。
因为各个铁路局集团公司对于钢轨伤损检测数据并没有统一的格式和规范，钢轨伤损检测月报、年报以及统计分析报表的格式各自不同，同一个铁路局集团公司下属的工务段上报的统计分析数据存在一定的不确定性。
各个铁路局对于钢轨伤损检测原始数据积累不够重视，月报和年报仅仅是统计各种伤损类型的个数，对详细的伤损情况并没有一记录下来，详细的现场检测一记录没有得到足够的重视，造成大量的钢轨伤损原始数据的丢失。
这对钢轨伤损发展规律的研究和钢轨寿命预测模型的建立带来了极大的困难，同时也为建立统一、高效、科学的钢轨伤损管理以及钢轨伤损管理信息系统造成了阻碍。
某高速铁路钢轨踏面伤损原因分析
某高速铁路钢轨踏面伤损原因分析李闯;刘丰收;俞喆;梁旭;张银花;周清跃【摘要】Several pits were found on the rail tread in one high-speed railway.The damage reasons for the rail were analyzed by means of macro observation, scanning electron microscope and energy spectrum analysis, metallographic examination and hardness test.The results indicate that the pits on the rail tread were caused by foreign metal pressing in the rail.The foreign metal was inlaid in the tread of the wheel,a series of pits were formed with the rotation of the wheel.Because the hardness of the foreign metal was much higher than that of the rail base metal,serious plastic deformation and micro cracks produced around the pits when the foreign metal pressed in the rail.%某高速铁路钢轨踏面存在多处凹坑。
采用宏观观察、扫描电镜及能谱分析、金相检验、硬度测试等方法，对钢轨伤损的原因进行了分析。
结果表明：钢轨踏面凹坑是由于列车运行中金属异物压入所致；异物镶嵌在动车组车轮踏面上，随车轮转动对钢轨造成连续碾压，形成一系列凹坑；由于异物硬度远高于钢轨基体，因此异物压入后钢轨基体组织产生严重塑性变形和微裂纹。
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年份
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 合计
核伤 46
433 350 455 500 962 1 362 1 845 5 953
伤损类型
剥离掉块 裂纹 断裂
3
31
1
22
2
4
51
4
12
89
2
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1 大秦重载铁路钢轨的伤损类型
大秦重载铁路钢轨伤损调查结果表明 , 曲线钢 轨的侧磨和剥离掉块 、 钢轨的疲劳核伤以及焊接接 头的伤损为其主要伤损类型 , 也是决定钢轨使用寿 命的最主要因素[掉块 钢轨的侧磨是小半经曲线上股钢轨的主要伤损
类型之一 。近年来在普通铁路线上 , 随着全长热处 理钢轨的铺设 使用 , 钢 轨的侧磨 得到了有 效的控 制 。 但在重载铁路线上 , 钢轨仍因侧磨重伤不得不 提前更换下道 。
以大秦线为例 , 在开通初期 , 全线铺设强度等 级为 880 MP a 级的普通热 轧钢轨 , 因 耐磨性能较 差 , 在曲线半径 400 ～ 600 m 的线路上铺设使 用 9 个月后侧磨量达到 18 mm , 造成钢轨严重损伤 。20 世纪 90 年代中后期 , 在大秦线曲线上逐渐铺设了 强度等级为 1 200 MP a 的 U75V 全长离线热处理钢 轨 , 使钢轨的侧磨显著减少[ 2] 。 随着万 t 及 2 万 t 重载列车的开行以及车辆轴重的增加 , 使年通过总 重大幅度提高 , 从而加剧了钢轨的磨耗 。目前 , 在 曲线半径 600 m 及以下的曲线上股 , 钢轨因侧磨而 提前更换下道 , 在线热处理钢轨铺设 1 年后侧磨达 15 mm , 如图 1 所示 。
因此 , 曲线半径 ≤800 m 的线路钢轨的上股侧 磨 , 是重载铁路迫切需要研究解决的伤损之一 。 曲线上股钢轨轨距角的剥离掉块和下股轨面的
收稿日期 :2009-09-20 ;修订日期 :2009-11-18 基金项目 :铁道部科技研究开发计划项目 (2006G 022) 作者简介 :周清跃 (1960 —), 男 , 浙江磐安人 , 研究员 , 博士生导师 。
图 2 上股钢轨轨距角剥离掉块
1.2 疲劳核伤 2000 —2007 年 9 月 , 大秦重车线 K108 —K392
区间 (大秦重车线损伤较严重区间)的钢轨重伤情 况分类统计结果见表 1[ 3] 。 统计结果表明 , 大秦重 载铁路钢轨的主要重伤类型是核伤 、 剥离掉块和裂 纹 , 均为疲劳型伤损 , 并呈逐年增长态势 , 是影响 钢轨使用寿命的最主要因素 。因此 , 减少钢轨的疲 劳核伤是延长钢轨使用寿命的首要任务之一 。
随着大秦铁路运量和轴重的增加 , 钢轨伤损日 益严重 , 提高大秦重载铁路钢轨使用寿命已成为迫 切需要研究的重要课题 。 目前大秦重车线采用了 Ⅱ 型和 Ⅲ型混凝土轨枕 , 一级道砟 和 75 kg · m -1 重 型钢轨 , 并焊接成区间无缝线路 。
本文在对大秦重车线近几年铺设上道钢轨使用 情况进行调查的基础上 , 通过观察分析钢轨伤损的 类型和特征 , 归纳总结 出钢轨伤 损的主要 伤损类 型 , 据此提出了减少钢轨伤损的预防对策及措施 , 并由铺设试验段进行了试验验证 。
2 钢轨伤损的预防对策及措施
图 3 下股钢轨轨面的剥离掉块
2.1 减少钢轨侧磨 由对大秦重载铁路钢轨出现严重侧磨的原因分
析可知[ 1] , 除了曲线超高设置偏大外 , 钢轨侧磨还 与铺设的在线热处理钢轨硬度偏低有关 。为此 , 提
第 1 期 重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究
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出采取如下措施 , 以减少曲线上股钢轨的侧磨 。 1)合理设置欠超高 通过对钢轨侧磨及其对应的曲线超高测量结果
表明 , 相同曲线半径条件下 , 随着超高的减少 , 钢 轨侧磨总的呈下降趋势 。 主要原因是随着超高的增 加 , 列车通过曲线时的冲角变大 , 从而增加了上股 钢轨的 侧磨[ 4] 。 为此 , 对发生 严重侧 磨的曲 线线 路 , 在坚持准确测速确定平衡超高的基础上 , 应设 置 10 %～ 15 %的欠超高 。
周清跃1 , 张建峰2 , 郭战伟3 , 习年生4 , 高新平2
(1 .中国铁道科学研究院 金属及化学研究所 , 北京 100081;2 .太原铁路局 工务处 , 山西 太原 030013; 3.铁道部运输局 , 北京 100844 ;4 .中国铁道科学研究院 铁道科学技术研究发展中心 , 北京 100081)
2)进行科学润滑 由文献 [ 5] 可知 , 铺设高强钢轨并采用固体 润滑后 , 在曲线半径 300 ～ 400 m 的线路上股 , 当 通过总重小于 50 M t 时钢轨基本无侧磨和剥离 , 当 通过总重大于 50 M t 时钢轨的侧磨 以 0.02 mm · M t -1 的速度发展 , 钢轨基本无剥离 。 而在使用车载 喷脂润滑的情况下 , 当通过总重小于 50 M t 时钢 轨基本无侧磨 , 但剥离严重 。采用固体润滑 , 不仅 可以大幅度减少钢轨的磨耗 , 同时不会促进钢轨剥 离掉块的产生 , 对提高曲线上股钢轨的使用寿命具 有明显的作用 。 因此 , 在重载铁路上当铺设高强耐 磨钢轨后如仍磨耗严重 , 应采用固体润滑 , 以进一 步控制钢轨的磨耗速率 , 同时还可以抑制剥离掉块 的发生和发展 。 3)提高钢轨硬度 研制具有强度等级为 1 280 M Pa 、 轨面硬度大 于 370 H B 的热处理钢轨 , 对延长曲线钢轨使用寿 命具有十分重要的意义 。 为了提高热处理钢轨的强 度和硬度 , 采用铬合金轨进行热处理 , 是被实践证 明的行之有效的方法之一 。 4)合理铺用钢轨 在重载铁路曲线半径 ≤1200 m 的 线路上铺设 轨面硬度大于 370 H B 的热处理钢轨 , 在其他区段 铺设强度等级为 980 ～ 1 100 M Pa 的热轧钢轨 , 并 采用热处理钢轨作为断轨修复插入用轨 。 2.2 减少钢轨的剥离掉块 钢轨轨面的剥离及掉块属于钢轨滚动接触疲劳
3 预防对策实施效果
为了对重载铁路钢轨伤损预防对策及措施进行 验证 , 项目组与有关单位合作研制了热轧强度等级 为 980 及 1 100 M Pa 、 热处理后轨面硬度大于 370 H B 的 U77M nCr 和 PG4 含 铬 低 合金 的 75 kg · m -1 钢轨[ 6] , 这 2 种钢轨于 2007 年 5 月分别铺设在 大 秦 铁 路 的 重 车 线 K388.674 —K398.549 和 K398.549 —K410.020 区段 , 其中曲线半径 ≤1 200 m 的线路上铺 设热处理 钢轨 , 其 他区段铺 设热轧 轨 。 除此之外 , 在试验段上还采取了以下措施 :① 铺设了热塑性弹性体新垫板[ 7] ;②对试验段道床进 行了 1 次大机清筛 ;③钢轨铺设上道后进行了 1 次 大机预打磨 , 运行 400 M t 后再进行 1 次大机打磨 ; 为了改善轮轨接触状态 , 弥补轨底坡不足 , 重点对 钢轨的轨距角进行打磨 ;④ 对焊 接接头进行焊后 热处理 , 对焊 后的闪光 焊接头进 行中频电 感应加 热 , 对气压焊接头进行火焰加热 , 并对焊接接头轨 头进行喷风冷却 , 其他部位由空气冷却 。
在焊缝伤损中以现场小型气压焊最为严重 , 其 次为铝热焊 。钢轨焊接接头的严重伤损不仅增加了 工务维修养护工作量 , 还时刻威胁着铁路的行车安 全 , 影响列车的正常运行 。
调查发现 , 焊接接头的低塌是造成焊接接头伤 损的重要原因之一 。 无论是气压焊还是闪光焊 , 焊 接接头轨面硬度大多数低于母材 , 接头低塌十分严 重 。 其中 , 气压焊接头最大低塌达到 2.9 mm , 闪 光焊接头的低塌近半数达到 1 mm 以上 。 因此 , 提 高钢轨焊接接 头的平直 度以及焊 接接头轨 面的硬 度 , 对减少钢轨焊接接头在使用中出现低塌 、 延长 钢轨使用寿命具有重要的作用 。
第 3 1卷 , 第 1期 中 国 铁 道 科 学 2 0 1 0 年 1 月 CH INA RAIL WAY SCIENCE
Vo l.31 No.1
January , 2010
文章编号 :1001-4632 (2010) 01-0027-05
重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究
摘 要 :通过对重载铁路钢轨伤损的现场调查 分析 , 确 定出钢轨 伤损的 主要类 型和规 律 , 在此基 础上提 出 了预 防对策措施并进行了试验验证 。 结果表明 :①在半径小于 1 200 m 的曲线上铺设轨面硬度 大于 370 H B 的 含 铬热 处理钢轨 (U 77M nCr 和 PG 4)、 采用每天 1 次固 体润滑 并设置 欠超高 , 可以减 少钢轨的 严重侧 磨 ;②热 塑 性弹 性体垫板可以增加轨道弹性 , 减少轨道动应力和钢 轨的疲 劳核伤 ; ③在减 少所用 钢轨表面 脱碳层 深度和 钢 中夹 杂物的基础上及时进行钢轨打磨 , 可有效抑制钢轨 轨距角 剥离掉 块伤损 的发展 ;④虽然热 轧轨出 现的剥 离 掉块深度较浅 , 但会在轨面外侧出现严重的深层 肥边掉 块 , 影响钢 轨的安 全使用 , 因此 , 重载 铁路曲 线下股 仍 应铺设高强度的热处理钢轨 ;⑤在优化 焊接 工艺和 提高 接头 内部质 量的 基础上 , 对焊 接接头 采用 焊后再 淬火 , 以提高接头轨面的硬度 , 从而明显减少焊接接头轨面的低塌和焊接接头的伤损 。
钢轨的疲劳核伤是重载铁路钢轨最主要的伤损
类型之一 。研究表明 , 轨钢的强韧性和纯净性等指 标是影响其疲劳性能的主要因素 。 从疲劳核伤产生 的机理看 , 当承受的外力超过钢轨钢的疲劳极限时 钢轨就会产生疲劳 。 而疲劳裂纹容易在诸如内部夹 杂物等薄弱部位萌生 。因此 , 为了提高钢轨的抗疲 劳能力 , 对影响钢轨疲劳性能的指标如轨钢的纯净 性和低倍组织等应严格控制 ;同时 , 应增加和保持 轨道弹性 、 改善钢轨受力状态 。 采用优质高性能轨 下垫板 、 及时对道床进行清筛 、 定期打磨钢轨 , 对 减少钢轨疲劳伤损均具有重要的作用 。 2.4 减少钢轨焊接接头的伤损