浅析钢轨波形磨耗成因及防治

浅析钢轨波形磨耗成因及防治

摘要：钢轨是铁路的重要组成部分，其质量将影响铁路工程的应用,不仅对铁路

的寿命有直接影响，而且对铁路列车的安全产生影响。本文就钢轨磨耗成因及预

防措施进行了研究。

关键词：钢轨波形磨耗；成因；影响因素；防治

前言

钢轨波形磨耗是线路上常见的钢轨病害之一。钢轨波形磨耗会引起很高的轮

轨相互作用力，加速机车车辆和轨道各组成部分的损坏，以至影响列车安全。随

着我国高速铁路的长期运营，钢轨波磨问题越来越受到重视。

1波磨的成因

钢轨波形磨耗是指钢轨顶面纵向规律性的起伏不平的磨耗现象。钢轨波形磨

耗会增大轮轨振动和噪声，加大钢轨和轮对的荷载，能引起很大的轮轨附加动力，额外消耗牵引能源，加速轨面伤损和道床永久变形，增加维修养护费用，大大减

小其使用寿命，甚至会影响行车安全。钢轨波磨按波长分为波纹形和波浪形两种。波纹形磨耗的波长为30-60mm，波幅为0.1-0.4mm，这种轨顶周期性不平顺，多

发生在高速行车地段。波浪形磨耗的波长为60-3000mm，波幅为2mm以下，主

要发生在低速重载铁路上。钢轨的波形磨耗主要发生在道岔区段钢轨、曲线地段

钢轨、线路下沉地段的钢轨、难于经常维持道床捣固密实的钢轨、道床板结弹性

差的钢轨以及轨道结构受约束较多较复杂的钢轨。

1.1曲线区段波形磨耗产生原因

波形磨耗多出现在曲线地段，同时曲线半径越小，出现和发展的速率越快。

在曲线处轨道结构受到的作用力相对于直线路段是存在加成的，轮轨之间作用加大，波磨情况必然加剧。轮对在曲线地段的振动表现为粘滑振动，在半径较小的

曲线地段，轮轨间蠕滑力接近饱和，轮轨间磨耗功发生剧烈波动,造成钢轨的不均

匀磨损或压溃。列车通过时，由于载重的相对集中以及轨道不平顺、轨距、超高等,使轮对粘滑振动被激化 ,既定钢轨点的磨损或压溃不断发生重复和累加 ,逐步形

成钢轨波磨。

1.2道岔地段波形磨耗产生原因

道岔是机车车辆实现转线的重要线路设备，道岔结构复杂，钢轨形态变换、

轨距加宽、线路超高、轨底坡设置等情况较多，使道岔区段具有多变的轮轨关系，又因其平面设计条件有限，这就导致轮对粘滑振动加剧，钢轨与列车间的相互作

用相较于其他轨道更加复杂，钢轨磨耗情况更为严重。

1.3轨道条件不良地段波形磨耗产生原因

轨道条件不良区段轨下基础不能持久可靠地保持轨道的几何形位，不具有足

够的强度和一定的弹性用以缓和机车车辆的冲击作用，易引起轨道不平顺，轨道

不平顺能使粘滑振动被激化且归一化 ,通过车辆车速相等或相近时,车轮对既定轨

道点的作用能实现重复和累加，使钢轨上磨耗大和磨耗小的地方固定不变,促成了

波磨的形成和发展。

综上，轮轨系统在一定参数配合下，系统垂向振动、轮对弯曲振动和扭转振

动三种振动形式构成一循环自激振动系统。轮对发生粘滑振动，轮轨间磨耗功发

生剧烈波动 ,造成钢轨的不均匀磨损或压溃。当通过的列车车速和车型相对集中

以及轨道上存在不平顺时，轮对粘滑振动被激化和归一化，既定钢轨点磨损或压

溃发生重复和累加效应，逐步形成钢轨波磨。波磨的形成和发展的原因基本上是

相同的。钢轨波形磨耗生成原因比较复杂，它和钢轨材质与制造工艺、机车车辆

的构造与轴重、轮轨接触振动、轨顶金属塑性流动与表面疲劳以及小半径曲线的

黏着滑移效应等有关，但是其根本上来讲还是由于轮轨之间的相互作用，其他的

相关因素也必然是通过影响轮轨相互作用进而导致波磨产生的。

2钢轨波形磨耗的防治

针对钢轨波形磨耗，现阶段主要使用钢轨打磨进行预防和处置，以消除钢轨

病害，延长钢轨使用寿命。

2.1预备性打磨

预备性打磨主要用于新线路开通运行前对新钢轨进行打磨。钢轨在轧制过程中，表面通常会形成一层脱碳层，深度在0.3mm左右，硬度较低，容易被车轮压溃形成伤损。新钢轨表面还会有少量氧化铁皮和微观不平顺，在接触应力作用下

容易成为伤损源头。预备性打磨可有效去除新钢轨表面脱碳层以及氧化铁皮，提

高钢轨平顺度，把钢轨伤损尽可能消除在萌牙状态。

2.2修理性打磨

修理性打磨也叫校正性打磨，是通过打磨控制和消除钢轨表面已产生的缺陷，如鱼鳞伤损、剥离掉块、轨头塌陷、塑性变形、波磨和侧磨等，对修复钢轨伤损，延长使用寿命起到积极的作用。修理性打磨是在缺陷形成后再进行，磨削量较大，打磨深度一般在2mm以上，需要打磨车多次反复打磨，打磨效率低。修理性打

磨周期较长，根据国外经验，在小半径曲线段，打磨周期约为0.4亿t通过总重，在直线和大半径曲线段，打磨周期约为0.8亿t通过总重。

2.3预防性打磨

预防性打磨是指根据线路条件和列车通行量，通过固定周期的打磨，将钢轨

轨头廓型维持在最佳轮轨接触几何形状，改善轮轨接触关系和动力学性能，降低

磨损，控制钢轨疲劳伤损的产生和发展。预防性打磨通常在接触疲劳裂纹开始扩

展前将裂纹和塑性变形金属层打磨掉，以防止塑性变形发生累积，因此打磨量较小，深度通常为0.1-0.2mm，采用高效率打磨车1-2次打磨即可，打磨效率高。

由于预防性打磨具有维护性质，打磨必须定期进行，打磨周期短。一般情况下，

小半径曲线段的打磨周期约为0.15亿t通过总重，直线段的打磨周期约为0.4亿

t通过总重。实践表明，钢轨修理性打磨后应定期进行预防性打磨，可大幅提高

钢轨使用寿命。

结束语

钢轨波磨是铁路轨道比较常见的现象，其不仅会对轨道工程的质量造成不良

影响，而且会影响列车的行驶安全。因此，对钢轨波磨原因进行分析，并且得到

了初步的解决措施，以改善轨道性能，延长其寿命。

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