重载铁路钢轨打磨技术浅析

而且还影 响着车辆转 向架 的转 剥离 、 轨侧严重磨损 、 纹和轨 头压溃 等 ， 裂 且发 展速 度较快 ， 响 疲 劳破坏 和磨损有着直接 的关系 ， 影 向特 性。 了铁路运输 能力 和经济效益。要 延长钢轨 的使 用寿命 ， 必须定 就
期对 钢轨 进 行 维 护 ， 止 损 伤 的产 生 以及 进 一 步 恶 化 ， 而 保 证 防 从
顶部 中心 ， 以实现零蠕滑的纯滚动接触 ；． ｅ 轮轨接触 区内， 表面切 ｅ 打磨间隔应为 ３ ｔ ． 亿 通过总量 。 向力与法向力的比值小 于 ０ ３ 以使钢轨抗磨损 和抗疲 劳的强度 ．， 达到最大 ； 轮轨接触 的接触 应力应 在塑性 安定极 限之 内 ， 以减轻
钢轨伤损。 钢 轨 打磨是 一个 复杂 的过程 ， 需要从 以下几 个方 面研究 完善 ｃ
重 载 铁 路 钢 轨 打 磨 技 术 浅 析
互 忌 伍
摘
一
要： 以某重载高速铁路 为背景 ， 通过分析钢轨裂纹扩展机理 ， 就重载铁路 钢轨 打磨技 术进行 了详细论述 ， 并指 出需进 步完善 的几方面， 以控制裂纹的快速发展 ， 而延 长钢轨使 用寿命 。 从
文献 标 识 码 ： Ａ
ａ ）
ｂ）
图 １ 裂 纹 进液 扩 展 机 理
收 稿 日期 ：０ １０ —９ ２ １ —３０
作 者 简 介 － 忠 伍 （ ９ １ ， ， 理 政 工 师 ， 原 铁 路 局 茶 坞 工务 段 ， 西 太 原 王 １７ 一） 男 助 太 山
０００ ３００
．
第３ ７卷 第 １ ８期 １ ８ ． ２ ０ １ １年 ６ 月 ４
上， 接触斑较小且滑动量较大 ， 而增大 了接触压力 ， 从 促使疲 劳和 面疲 劳病害的发生 与发展 ， 长钢轨 的使用 寿命 ， 延 提高行 车平 稳
磨损形成 。分析了各种轨头的初始裂纹 ， 发现发 生在轨角 处 的裂 性 和 安 全 性 ；
纹 是 由于 反 复 的塑 性 变 形 引 起 ， 轨 道 几 何 形 位 在 标 准 范 围 之 内 当 是 由于 滚 动 接 触 疲 劳 引 起 的。 这 些 累 积 的 轨 头 裂 纹 可 以 引 起 轨 采 取 润 滑 的 方 式 ， 改 善 列 车 曲 线 通 过 性 、 定 性 和 安 全 性 。然 以 稳
中图 分 类 号 ：４ ６ ２６ Ｕ １ ． １ 文 献标 识 码 ： Ａ
Fra Baidu bibliotek
１ 概 述
施工及使用相关 的病害 。这些病 害严重 影响车辆 高速 、 安全 、 舒
同时增加 油耗 ， 响环 保。总结 、 究 和解决 这些 问 影 研 混凝土路 面与其他类型路 面相 比 ， 具有 强度 高、 稳定性好、 耐 适 的行驶 ， 题 ， 保 证 混 凝 土路 面质 量 ， 长 其 使 用 寿命 具有 重要 意义 。 对 延 久 性好 、 护 费用 少 、 济效 益 高 等 优 点 。 因此 ， 年来 ， 国公 路 养 经 近 我 水泥路面发展迅速， １９ ， 从 ９０年 全国公路水泥路面里程 １ ３３ｋ ２ 水泥 混凝土路 面常见 病害及成 因 １ ７ ｍ， 到 ２０ ０９年 已发展到 １２３ ０ ． ７万 ｋ １ 问我 国水泥路 面公里数 ｍ，９年
第３ ７卷 第 １ ８期 ２ ０ １ １年 ６ 月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖ０１３ ． ８ ． ７ Ｎｏ １
Ｊ ｎ ２ １ ｕ． ０ １
・１ ７ ・ ４
文章编号 ：０ ９ ６ ２ （０ ）８ ０ ４ －２ １０ － ８ ５ ２ １ １ — １７ ０ １
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨⅡｌ ＥＣＴＵＲＥ
Ｖ０ ． ７ Ｎ０ １ １３ ． ８
Ｊｎ ｕ． ２ ｌ ０ｌ
文章编号 ： ０ — ８ ５ ２ １ ） ８０ ４ —３ １ ９ ６ ２ （０ １— １ ８０ ０ １
混 凝 土 路 面 常 见 病 害 及 预 防 措 施
４ 不 同的曲线半径 、 线及运 营条件 下， ） 直 通过不 对称打磨 将
而 ， 体 润 滑 剂 会 降 低 裂 纹 表 面 的 摩 擦 和 增 加 裂 纹 的 扩 展 应 力 ， 钢轨型面打磨 成不同的 目标型面 ， 液 改善 曲线地段 轮轨 的接触应 力
如图 １ ） ａ 所示。在车轮碾压前 ， 裂纹 中存在着部分 的润滑液 ， 图 状态 ， 如 防止轮轨接触高应力 区轮轨接触 处出现高蠕 滑和直线 蛇形
ｐ
风险 ；． ｂ 车轮与钢轨 接触位 置应 在钢轨 顶面 中心 以内 ， 以降低 钢
轨 翻 转 的 风 险 ；． 轨 与 车 轮形 成贴 合性 两点 接 触 （ ０ ５ｒ ， ｃ钢 ｄ＜ ． ｍ） ａ 以 减 小 同一 钢 轨 上 的滚 动半 径 差 和 纵 向 蠕 滑 ， 增 大 转 向 架 的 转 并
关 键 词 ： 载 铁 路 ， 轨 ， 纹 ， 磨 重 钢 裂 打 中 图分 类 号 ： ２ ３４ Ｕ １ ．
随着列 车提 速和 重载 列 车 的开行 ， 轨 轨面 伤损 呈 增加 趋 钢
轮轨接触 的贴 合性是 评估 轮轨关 系 的一项重 要指标 。从 打
势， 钢轨伤损不仅影响行车品质 ， 至可能导致 断轨 ， 甚 危及行 车安 磨角度讲 ， 改善轮轨 贴合 性是对 滚动半 径差 的影 响。一般来 讲 ，
１ ） 示 ， 车 轮 经 过 时 ， 入 裂 纹 的润 滑 液 在 裂 纹 口处 形 成 进 液 运动的 出现 ， ｂ所 当 进 减少 因轮轨 不 良接触造成 的轨 头塑性 变形 等病 害 ，
加压 ， 形成部分空 间允许 润滑 液进入 ， 使裂 纹表 面受 到垂 直 压力 提高车辆的曲线通过能力。 阻止裂纹闭合 ， 加速裂纹扩展 。钢轨表 面疲劳裂 纹的增 长率受到
１ 确定打磨参数 ， ） 针对不 同的打磨 方式 ， 采用不 同的打磨参 数参量 ， 考虑高频 振动 的轮轨 系统 的动特性 ， 选择 合理 的打磨 参 ２ 开展打磨钢轨型面模 型研 究。根据不 同的打磨 策略发展 ）
２ 曲线上股道钢 轨打磨 的磨 削要点 。ａ 钢轨打磨 的基 准是 量和限值保证车辆行车的舒适 性和安全性 ； ） ．
水泥混凝土路面的使 用性能在 行车和 自然 因素 的作 用下不
增长了 １０多倍 。年 均增长速度 约为 ２ ． ％ ， ０ ２ ５ 发展 速度非常快 。 断下降， 同时由于 重载交通 、 设计 缺陷、 工质量 差等原 因， 出 施 会
但随着混凝土路面 的快速发展及 广泛应用 ， 暴露 出一些 与设计 、 现各种类型的损坏现象 ， 损坏有裂缝类 、 变形类 、 接缝损坏类、 表面 向力矩 ；． ｄ在下股道和 直线钢轨 上 ， 与车轮 的接 触应该 位于钢轨 外两侧表面 ；． ｄ 如果轨顶没有 出现连续 的剥离 掉块 ， 不磨 削轨顶 ；
黄
摘
馨
杨 学 军
要 ： 对水泥混凝土路 面使用过程 中出现 的裂缝、 针 变形、 接缝损坏等常见病 害进行 了分析 ， 分别阐述 了各种病 害形成
的原 因， 并从前期设计、 施工及后期养护等方面提 出了相应的预 防措施 ， 以保 障水泥混凝土路 面使 用性能。 关 键 词 ： 泥混 凝 土路 面 ， 缝 ， 水 裂 变形 ， 防措 施 预
大秦线年运量达 ４亿余 吨 ， 列车轴重为 ２ ， ５ｔ重车线最高时速 恶化了轮轨接 触条 件 ， 加速 了钢轨 的伤损 。 由以上分析可知 ， 重载铁路 的打磨主要针对 以下几个方面 ：
１ 去 除 表 面 的 裂 纹 ， 制 裂 纹 向 深 层 次 发 展 ， 缓 和 控 制 轨 ） 控 延
制 裂 纹 的 快 速 发 展 ， 而 延 长 钢 轨 的使 用 寿 命 。 从 佳磨损量 。
总结大秦线几 年的打磨 经验 ， 出重 载铁路打磨 技术 的几 个 得
要点 ：
１ 尽 可能 地 实 现最 佳 轮轨 关 系 。 最 佳 轮 轨 关 系 描 述 如 下 ：． ） ａ
车轮与上股道 钢轨 的最 大接触角 大于某一 特定 角度 ， 以减低脱 轨
２ 去除表 层塑性 流动 、 ） 防止 轨面变形 ， 降低列 车与线路 的振 ３ 保持钢 轨 的最 佳廓 面形 状 ， ） 改善轮轨 接触关系 ， 减小接 触
时， 钢轨损伤一般最初表现型为裂 纹。轨头表面 连续 的累积点蚀 动以延长各部件的使用寿命 和降低行 车产 生的噪声 ；
角 处 几 毫 米 深 的剥 离 。 在 实 际 工 作 中 ， 了减 少 钢 轨 磨 耗 ， 般 应 力 ： 为 一
全， 无疑地 ， 如何养 护钢 轨成为 铁路工 作者 考虑 的重 要问 题。重 轮轨接触越贴和 ， 这个 高度 差越小 ， 表示 滚动 半径差 越小 ； 之 ， 反
载铁 路 的钢 轨 表 面伤 损 多 样 ， 要 有 波 浪 形 磨 耗 、 面 擦 伤 、 面 轮轨接触越不贴和 ， 主 轨 轨 滚动半径差越大 。滚动半 径差不仅对 钢轨 的
上股道的最佳钢轨廓 面形状 ； ． ｂ 重点 磨削钢 轨顶部外侧 表面 ， 特
别 是 塑性 变 形 形 成 的 凸起 表 面 ；． ｃ 宁可 过 量 磨 削 钢 轨 顶 部 外 侧 表 不 同 的 钢 轨 型 面 ， 用 车 辆 轨 道 耦 合 动 力 学 与 轮 轨 接 触 状 态 理 运
达 ９ ｍ。 在这 样 的 重 载 高 速 铁 路 上 ， 轨 伤 损 最 大 的 特 征 为 轨 ０ｋ 钢 顶 塌 陷 、 离 和 轨 头 裂 纹 。在 曲 线 和 道 岔 段 钢 轨 内 侧 角 接 触 区 剥
形运 动 ， 一方面使列 车运行 产生 不安全 因素 ， 另一方 面反 过来 又
轮 轨 间的 接 触 压 力 水 平 的 影 响 。微 小 裂 纹 萌 生 于 压 力 频 繁 接 触
研究钢轨的打磨技术 ， 还需要确定两个重要 的问题 ：
１ 打磨 量 ， 是 一 次 打 磨 多 少 ；） 磨 周 期 ， 就 是 多 长 时 间 ） 就 ２打 也
的钢轨表面 ， 向钢轨浅层慢慢地 扩展。开始裂纹 在一个 小的角 打磨 一 次 。很 明 显 ， 能 阻 止 钢 轨 裂 纹 发 展 时 ， 磨 量 越 少 越 能 并 在 打 度上快速增长 ， 直到达 到平衡点 （ 折点 ） 转 。在这个 点上 ， 裂纹垂 延长钢轨的使 用寿命 ， 这就是最佳 打磨量 。打磨量 和打磨周期 受 向增长率开始加速 。微 裂纹 萌生于 钢轨 表面较 大接触 压力 的 区 钢 轨 型 材 、 过 总 重 、 营 条 件 影 响 。 打 磨 经 验 证 明 在 预 防 性 打 通 运 域， 在裂纹 萌生 阶段裂纹垂 向增 长速率较快 。随后裂 纹开 始在表 磨策略 中发现 ， 每隔 １ ０ ０万 ｔ ３００万 ｔ ５ ～ ０ 的周 期 中轨 面 打磨 掉 层形成分支 ， 再次进入裂纹 的快速 增长 阶段 。为 了防止裂 纹进入 ０ ０ ｍ ～ ．８ｍ 的 金 属 层 ， 角 处 打 磨 掉 ０ １２４ｍｍ 的 金 ．５ ｍ ００ ｍ 轨 ．５ 分支垂 向加速扩张阶段 ， 采用预 防性 打磨策 略， 除浅 层金 属 ， 去 控 属 ， 即可达到最佳磨损点 。实际操作过 程中 的磨损量 很难达 到最
在重 载铁路上 ， 尤其 在 曲线 上 ， 还大 量存 在着另 一种 钢轨伤
行车的安全性 。铁路维 护实践证 明 ， 钢轨 打磨是线路 养护 维修 中 损 ， 由于接触疲劳引起 的材料塑性 流动导致 的轨头变形 。轨 头 是 的重要手段。采用打磨 的方法 来预 防钢轨 波磨 ， 制接 触疲 劳 、 变形会使轮轨接触条 件恶 化 ， 增加列 车振 动 ， 控 会 会使 列车 出现 蛇 裂纹扩展和磨 耗有 较好 的效果 。