钢轨打磨

钢轨打磨—延长钢轨寿命的有效方法国外钢轨打磨技术进展
3.1 日本铁路
东日本铁路公司在东北新干线（TOHOKU）和上越新干线（JOETSU）开通运营之初，就采用了预防性钢轨打磨策略，主要目的是：
1)减少噪音和振动。

（如居民区和商业区沿线轮轨噪音超过110分贝的地区、其他噪音超过110分贝的地区、特别需要降低噪音的地区，如隧道等都进行预防性钢轨打磨策略）；
2)降低钢轨表面疲劳，减缓钢轨伤损。

（发生钢轨轨头剥壳的地段及积累通过运量超过3千万吨的地段都进行预防性钢轨打磨策略）。

东日本铁路公司的打磨设备包括：新型SPENO 32磨石打磨列车、2台SPENO 16磨石打磨机（RR 16M）、2台SPENO 48磨石打磨机（2x RR 24M）以及2台日本制6磨石打磨机。

这些机械可以实现大约1500km/年的钢轨打磨量。

东日本铁路公司研究出了考虑钢轨打磨目标的打磨工序（钢轨打磨次数和打磨模式）制定方法，即钢轨打磨的目标是减少振动和噪音还是消除钢轨表面疲劳。

1）以减少振动和噪音为目的的钢轨打磨次数和打磨模式
该方法如下图5所示。

①打磨次数
表1是16磨石打磨机对钢轨焊接接头打磨的例子，其中打磨次数是考虑如下因素来制定：打磨机的金属移除能力、每次打磨的金属移除量、打磨范围（图6）。

（D为打磨区域的长度，d为打磨深度）
②打磨模式
钢轨打磨模式的制定要考虑主要轨道线型的因素，如直线轨道、曲线轨道或伸缩接头。

打磨模式由轨道线型情况和打磨次数联合决定。

打磨模式分如下几类：
（1）轮/轨接触区打磨
a) 侧边打磨：首先，把磨石放置于钢轨轨距边角和外侧边角的位置，使钢轨头部保持“凸”形，相应也增加了磨石的接触面积、提高了打磨效率（图7的A和B图）；
b) 钢轨头部打磨：为了移除轮轨接触区的波磨，将磨石放置到钢轨头部中心位置进行打磨（图7的C 图）；
c) 形成钢轨新的外形：打磨钢轨的滚动表面，恢复钢轨头部表面的理论外形或原始外形（图7的D图）。

（2）轨距边角打磨
根据轨道线型如曲线、直线或伸缩接头来布置磨石的位置，如下：
a) 曲线半径在2000m~4000m（图8的A图）：根据磨耗的范围，在钢轨断面倾斜的角上布置磨石（最大为70度）。

b) 切线或直线地段（图8的B图）：当线路为半径大于4000m的曲线、轨距边角磨耗较少；或半径小于2000m的曲线、移除钢轨头部波磨比打磨轨距边角更重要的情况下，在钢轨顶面相对小的角度位置布置磨石（-40度），并在钢轨头部布置磨石。

c) 伸缩接头地段：为了不影响伸缩接头的其他部件，磨石布置到于轨距边角相对较小的角度位置。

①打磨次数
为消除钢轨表面疲劳的预防性打磨次数由打磨机械每次打磨的金属移除率来决定，同时为了避免当通过吨数超过3千万吨时的钢轨表面疲劳缺陷的发生，要保证移除0.05~0.1mm的波磨，如表2所示。

表2 为消除钢轨表面疲劳的预防性打磨次数
②打磨模式
由于曲线轨道和直线轨道的钢轨磨耗形状不尽相同，打磨模式也不相同，同表2所示。

打磨磨石的放置角度为0~6度。

东日本铁路公司同时开发使用了打磨计划支持系统“TRAMS21”（Track Maintenance System 21），该系统采用了上述的钢轨打磨次数和打磨磨石制定策略。

使用这个计算机辅助决策系统，结合轮轨关系、通过吨数、接触区面积分级、钢轨条件（如横向外形、波磨、钢轨头部磨耗、SPENO打磨车上次打磨的记录）等因素引起的噪音水平，钢轨打磨计划就可以制定出来。

3.2 澳大利亚铁路
在澳大利亚，共有4种类型的打磨策略来适应不同的线路要求，即矫正性打磨、过渡性打磨、预防性打磨和特殊性打磨。

为了应用最有效的钢轨打磨策略，轨道下部基础所有者必须首先确认钢轨打磨短期和长期的要求。

然后，建立最合适的打磨策略和标准，考虑最佳作业时间、断面目标、允许公差和打磨周期，并考虑长期的发展及预算。

这些可以和钢轨打磨作业方进行协商和讨论，后者可以提供最有效的打磨工序，主要包括如下内容：
１）磨石的类型和数量；
２）磨石的打磨压力；
３）磨石的打磨方式；
４）打磨速度；
５）打磨次数。

除此之外，有效的打磨时间是实现预期目标的保证。

经过数次打磨周期后，就需要回顾这些打磨策略，并做必要的修改，从而进一步提高钢轨打磨的经济效益。

表3列举了澳大利亚预防性打磨周期的例子：
表3 预防性打磨周期
3.3 印度铁路
印度铁路在一条市郊铁路线和一条运输铁矿石的曲线干线上进行了钢轨打磨测试，结果证明，钢轨打磨减少了轮/轨接触力，降低了钢轨失效的几率，延长了钢轨的使用寿命。

印度铁路对延长钢轨寿命的最初措施主要停留在钢轨轨距边润滑、曲线钢轨调边、车轮疤痕再修复等范围内。

为了获得钢轨打磨的效果，印度铁路从美国Loram公司购买了一台配备16块磨石SX-11打磨车，并配置到东南铁路线的Howrah-Kharagpur市郊线上，负责短波波磨的处理。

该线路的短波波磨引起滚动噪声，增加养护工作量，并影响了乘客乘车舒适度，如图10所示。

该段线路的波磨是由于列车突然的加速和制动造成的，打磨策略是将磨石以钢轨中心线向左右（即钢轨轨距边和钢轨外边）各旋转20度固定，每打磨20次移除0.5mm金属。

这样的情况下，显著改善了乘车舒适度、减少了养护工作量、消除了噪音。

然而，6个月后，钢轨波磨和轮轨噪音又重新出现。

分析表明市郊铁路的运营特征和轨道结构是关键：列车突然的加速和制动，结合硬度较软的钢轨（72UTS MM），再结合板结的道床和轨道的记忆性。

印度铁路之后将打磨车配置到465km长的Kottavalsa-Kirandul线路上，该线路为山区线路，有许多小半径曲线（最小曲线半径达到217m）。

下行方向主要通过铁矿石货运列车。

困难的地形和列车引起的
较大接触应力，经常引起列车脱轨和钢轨伤损。

为缓解这种状况，必须改进钢轨和车轮的断面形状。

根据平均车轮磨耗断面形状，确定了磨耗型列车车轮；根据线路不同地段的钢轨断面数据获得平均钢轨断面形状。

然后，采用钢轨打磨策略来实现期望的钢轨断面。

钢轨打磨策略如下：对曲线外轨的打磨，移除钢轨头部轨距边角（gauge corner，钢轨头部轨距侧的边角）的部分金属，从而避免车轮与轨距边角接触，并将轮轨接触点向钢轨中心线方向移动。

之后，最小限度地移除钢轨头部外侧边角（field corner）的金属，避免轮缘接触带来的过高应力。

这项措施会减少车轮滚动半径，但不会影响列车的可操作性；对曲线内轨的打磨，由于没有轮缘的影响而有所不同，轨距边角的金属移除量尽可能的小，而外侧边角要移除足够量的金属，从而避免轮缘顶部的轮轨，同时保证轮轨接触点向钢轨中心移动。

打磨磨石的角度和打磨次数根据钢轨所处的位置来决定。

经过钢轨打磨，线路的安全性得到改善，钢轨失效减缓。

钢轨的打磨还使得车轮加工次数减少。

此外，经过钢轨打磨，还有效地减少了车轮滚动阻力，减少了能源消耗。

4 结论
钢轨打磨技术经过多年的应用发展，已经广泛应用于高速铁路、重载铁路和城市轨道交通的钢轨养护维修中，有效地延长了钢轨的使用寿命。

在应用过程中，需要注意以下几点：
1)钢轨打磨的要求（钢轨短期寿命还是钢轨长期寿命）；
2)钢轨打磨采用的目的（降低噪音或是减少磨耗和伤损）；
3)钢轨打磨采用的策略（打磨策略、打磨次数、打磨模式等）；
4)不同的打磨目的，就要采用不同的打磨策略，同时钢轨打磨的效果需要长时间观测。