高速铁路钢轨磨耗的分析研究

高速铁路钢轨磨耗的分析研究

作者：于家敏

来源：《科学与财富》2020年第02期

摘要：高速铁路列车轴重轻，速度快，钢轨的磨耗有其自身的特点，本文作者通过对全国主要著名的几条高速铁路钢轨磨耗情况的长期跟踪观测，重点分析与总结了高速铁路钢轨的磨耗特点。通过结果表明：高速铁路直线段钢轨的垂直磨耗量与磨耗速度相对比较小，而小半径曲线地段钢轨的侧面磨耗严重，已影响到钢轨的使用寿命。建议在小半径曲线地段使用在线热处理钢轨，同时进行钢轨润滑，以减少钢轨磨耗。

关键词：高速铁路;钢轨;垂直磨耗;侧面磨耗

引言钢轨磨耗是影响钢轨使用寿命的重要因素，按照磨耗的部位的不同，钢轨磨耗分为垂直磨耗与侧面磨耗，其中垂直磨耗在钢轨轨顶面宽三分之一处，距标准工作边测量，侧面磨耗在钢轨踏面，按标准断面下的16毫米处测量。目前，普通速度的钢轨的垂直磨耗，侧面磨耗重伤标准分别是11毫米与19毫米，高速铁路钢轨的垂直磨耗，侧面磨耗重伤标准分别是10毫米和12毫米。直线段钢轨的磨耗以垂直磨耗为主，而曲线段钢轨上股以侧面磨耗为主，下股以垂直磨耗为主。

高速铁路列车轴重轻，速度快，钢轨的磨耗有其自身的特征。我国高速铁路钢轨磨耗虽然己经开展了一些研究。但由于我国高速铁路尚处于运营初期，高速铁路钢轨的磨耗特征及规律还需要持续的跟踪研究。本文通过对我国高速铁路钢轨磨耗情况的长期跟踪测量，分析总结了高速铁路钢轨磨耗的一些规律及特点。研究结果表明：尖轨和基本轨磨耗发展呈现逐渐收敛的趋势;基本轨垂向磨耗在轮载过渡区前后较大，在轮载过渡区相对较小，直尖轨垂向磨耗比曲尖轨更严重;曲尖轨侧向磨耗明显大于直尖轨，在轮载过渡区前侧向磨耗较小，轮载过渡区侧向磨耗明显，基本轨侧向磨耗主要集中在尖轨前端及岔前区域，直基本轨侧向磨耗比曲基本轨更严重。试验结果可为磨耗仿真研究提供试验验证，同时可为高速道岔的养护维修提供科学指导。

一.磨耗的跟踪观测情况

从2008年我国第一条高速铁路开通以来，开始对多条高速铁路钢轨的磨耗情况进行了长期的跟踪观测，测点布置及观测时间。利用轨头廊形测量仪对钢轨测点测量了轨头外形，然后利用软件计算出钢轨的垂直磨耗和侧向磨耗。

二.磨耗的分析与结果

1.直线段钢轨外形与磨耗情况

高铁线路以直线与大半径曲线为主，因此，许多线路都重点测量了直线段钢轨的磨耗以及外形变化情况。

我国从第一条高速铁路开通以后，进行了持续几年的跟踪观测，对多次测量的軌头外形数据进行了比较与分析。通过数据研究发现，除了钢轨轨距角部位稍有变化外，外形变化不明显，轨距角有变化是因为钢轨大机打磨所致。第一次测量的时候的垂直磨耗较明显，这主要是因为实测外形和标准钢轨外形的差异以及打磨的原因，最近一次的测量的平均垂直磨耗量是1.6毫米，和一次测量相比，相对垂直磨耗量为0.56毫米，几年的观测时间内钢轨预防性打磨两次，一次打磨垂直磨耗量是0.1毫米左右，由此可以估算出七年的轮轨的自然磨耗为0.36毫米，自然磨耗速率仅仅为0.05毫米一年。

从前几年开始，对武广客专金沙洲隧道直线段钢轨的外形及磨耗情况进行了持续定期的跟踪观测。从调查数据可以看出，2011年的外形与2010年在外形上稍有差距，这是因为在2010年底对该钢轨进行了打磨，2015年外形和2011年外形比较变化不明显。武广客专运行六年多的垂直磨耗量为1.06毫米，和第一次测量相比，相对垂直磨耗量为0.46毫米，六年的轮轨的自然磨耗为0.36毫米，自然磨耗速率仅为0.07毫米一年。

另一方面，京沪高铁的钢轨磨耗和外形变化情况和京津城际基本相同，钢轨轨头外形变化不明显。京沪高铁运行三年时的垂直磨耗量为0.34毫米，三年的观测时间内钢轨预防性打磨一次，一次的打磨量为0.1毫米左右，由此可以估算出三年的轮轨的自然磨耗为0.24毫米，自然磨耗速率仅仅为0.08毫米一年。

2.曲线段钢轨外形与磨耗

高速铁路正线以直线和大半径曲线为主，但进出站及联络线仍存在一些小半径曲线，从观测结果可以看出，小半径曲线钢轨的主要磨耗为侧面磨耗，但也有一定的垂直磨耗，其中南京站曲线半径为600米，最大侧面磨耗是6.6毫米，此此钢轨的抗磨耗能力也比较低。这些小半径曲线地段磨耗严重的钢轨寿命只有两三年，因此建议小半径区段铺设使用在线热处理钢轨。

3.分析与探讨

从以上几条高速铁路钢轨磨耗的跟踪观测结果可以看出，高速铁路钢轨磨耗具有以下特点：首先，高速铁路直线地段的垂直磨耗量与磨耗速率均较上。从几条线路的轮轨自然磨耗速率来看，几条线路的轮轨自然磨耗速率都需要高度重视。另由跟踪观测可以推算出更大自然磨耗速度率是0.1毫米一年，由此可以推算出最大的垂直磨耗为0.15毫米一年。目前高速铁路钢轨垂直磨耗的重伤标准为10毫米，按照推算的直线段钢的最大磨耗速率计算，要达到垂直磨耗重伤至少需要66年。从高速铁路直线段钢轨的磨耗速率可以看出，在直线地段，垂直磨耗并不是影响钢轨使用寿命的主要因素。最后，高速铁路在进出站和联络线仍有一些小半径曲线，高速列车在这些小半径曲线上以相对低的速度通过。虽然动车轴重轻，但小半径曲线钢轨

的磨耗和普速线路的特征相同，即上股主要是以侧面磨耗为主。而这些高速线路的小半径曲线地段也铺设了和直线区段相同的相对低强度，低硬度的热轧钢轨，导致这些小半径区段钢轨侧面磨耗严重，寿命只有两三年，有些严重的线路。为解决高速线路小半径曲线的磨耗问题，应更换在线热处理钢轻，提高钢轨的强度和硬度。在一些磨耗严重的地段，除了提高钢轨的强度和硬度外，还应该采用钢轨润滑的方式来进行减磨。

结束语：通过对几条高速铁路钢轨磨耗情况进行了跟踪观测，对我国高速铁路钢轨的磨耗特点与初步规律进行了总结。高速铁路因为轴重轻，速度快，直线段钢轨的垂直磨耗量和磨耗速率均较小，从观测的几条线路上的轮轨自然磨耗速率来看，己严重影响到高速铁路钢轨的寿命及运行安全，建议在小半径区段使用在线热处理钢轨，同时采用钢轨润滑的方式来减少钢轨磨耗。

參考文献：

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[2]李显，于莉萍，王海，等.高速铁路轨道板沉降与水平偏位机械复位技术[J].铁道标准设计，2017，61（7）：46-50.

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