钢轨打磨概述提高打磨质量

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摘 要：随着铁路高速重载趋势的发展,钢轨的波形磨耗和因接触疲劳而产生片状剥落、开裂等病害呈上升趋势.钢轨打磨作为解决钢轨表面缺陷、控制轮轨接触位置和控制钢轨外形的手段,应用越来越广泛.不管是对于除去钢轨表面缺陷还是保持钢轨合适的外形轮廓、保证行车稳定性来说,钢轨打磨都是经济和实用的技术.首先对线路常见的钢轨病害做了分类说明,并针对各种病害产生的原因,危害做了分析,指出了钢轨打磨的重要性.接着以广铁集团使用的PGM-96C型钢轨打磨13241#列车的打磨作业为例作了简要介绍,从打磨方法、打磨工艺等方面进行了分析,并从一次切削量、打磨速度、打磨遍数、打磨功率、磨头水平横移量及偏转角度等方面来研究如何提高钢轨打磨作业的质量.

关 键 词：钢轨病害；钢轨打磨重要性；打磨方法；打磨工艺

中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：16723198（2013）11017702

0引言

随着我国铁路提速,高速、重载线路的发展,钢轨的接触疲劳伤损现象越来越普遍且日趋严重.这些伤损的大量出现,影响了列车的行车安全,有时还会造成钢轨断裂,列车脱轨等重大事故,危害极大.分析钢轨的接触疲劳伤损类型和伤损原因,找出防治措施,对于我国铁路事业的发展具有十分重要的意义.

1钢轨主要病害分析

1.1钢轨的纵向变形

钢轨的纵向变形表现为周期性的波浪磨耗.

（1）波长非常短（波长30～100mm）“极短周期波形”的变形多发生于铁路直线部份.在160公里/小时速度下的运行线路,铁轨的不规则冲击所成形.

图1极短波距波形（30～100mm）（2）短波长（波长100～300mm）变形常在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所造成的.

图2短波距波形（100～300mm）（3）长波（波长300～1000mm）变形通常是由铁路上只有单一型号的车辆运行所造成的.

图3长波距波形（300～1000mm）（4）较长波（波长1000～2500mm）的变形也许与铁轨的制造工艺有关.

（5）实际上,会几种波长的变形,经常会同时出现在钢轨同一部位.

我单位所使用的PGM-48型DM01、DM02车磨石直径为254mm,故在打磨作业过程中可很好的消除波长在250mm以下的波浪形磨耗,而对于波长超过250mm的长波浪型磨耗则只能尽量改善其磨耗程度,减小因长波浪形磨耗造成的损失,并不能彻底消除掉.

1.2独立的缺陷

图4道碴的印痕

图5塌陷（儒变、黑色斑点）（1）钢轨的这些独立缺陷会在每一次车轮通过时产生一次冲击,随之产生一个数倍于正常情况下的负载.因此,铁轨受到很高的压力.一般情况下这种损伤还会进一步扩展,有些情况下会导致铁路失效.

（2）不仅铁轨受影响,铁轨还不能全部吸收这种由冲击产生的能量.这些冲击会持续地传递给线路.固定位置的损伤会影响轨垫和枕木.最后,形成道床局部下沉,路基失去其稳定性.

1.3钢轨的横向截面变形

钢轨的横截面变形对线路运行起着重要作用,是由于大载重量列车长期运行碾压造成的钢轨横向面变形.车轮与铁轨的接触点决定了运行中表面和内部的应力.车轮与钢轨的不正确接触,会导致车轮与钢轨的疲劳损害.

图6工作面边缘塑性变形（边缘肥边）2钢轨打磨的重要性

随着铁路大提速和高铁动车组的开行,列车的轴重、密度及行车速度都在不断提高,在运输繁忙的重载线路上,由于钢轨病害的影响,列车通过时引起轨道的强烈振动,造成线路石碴溜坍、扣件松动、胶垫板损坏、道床板结等病害,使线路水平、方向、高低难以保持,由此产生的钢轨伤损和磨耗也在急剧增加,线路保养周期和钢轨寿命大大缩短,严重时甚至影响行车安全.

对钢轨进行打磨维修,不仅能够恢复良好的钢轨轨头踏面和正常的轨头断面形状,使钢轨的几何尺寸修复到理想状态,还能防止钢轨波磨、剥离等疲劳伤损的形成与发展,改善轮轨接触状态,提高钢轨表面硬度,延长钢轨使用寿命和线路的维修周期,增大牵引力,减少列车运行时对轨道的冲击,提高列车运行的平稳性和舒适度.因此,钢轨打磨作业的质量直接影响运输生产安全,提高打磨质量意义十分重大.

3钢轨打磨作业概述

钢轨打磨主要是通过打磨列车对钢轨头部滚动表面的打磨,以消除钢轨表面不平顺、轨头表面缺陷及将轨头轮廓恢复到原始设计要求,从而实现减缓钢轨表面缺陷的发展,提高钢轨表面平滑度,降低轮轨噪音,延长钢轨使用寿命的目的.

钢轨打磨常用的方式有两种：预防性打磨和修复性打磨.另外还有特殊性打磨,但不常用.

预防性打磨主要是对新修线路或病害不严重的既有线路采取的打磨方式,可以消除钢轨顶面初始不平顺,改善轮轨关系.打磨遍数一般控制在3遍,钢轨切削量较小.

如图7,角度模式设置为：第一遍打外侧的角度范围为-30°～2°,第二遍打内侧的角度范围为2°～45°,第三遍打顶的角度范围为-8°～13°.

图7预防性打磨示意图

图8修复性打磨示意图而进行周期预防性打磨的时候,有些路段会有轻微的肥边,表面擦伤等病害出现,考虑到经济因素以及打磨质量等,我们有时会采用一遍内侧（2°～45°）,一遍大角度顶面（-15°～15°）,一遍小角度顶面（-5°～8°）的打磨方式.

修复性打磨主要是钢轨纵、横断面已出现较严重波磨、侧磨等钢轨缺陷进行适时修理的一种打磨方式,其目的是消除钢轨顶面严重的波磨及曲线下股钢轨飞边,尽可能恢复钢轨标准断面,延长钢轨使用寿命,打磨遍数一般定为5遍,如图8.其角度设置为：第一遍外侧的角度范围为-25°～2℃,第二遍小范围内侧的角度范围为45°～12℃,第三遍大范围内侧的角度范围为45°～2℃,第四遍小范围顶的角度范围为-4°～7℃,第五遍大范围的角度范围为-8°～12℃.上面讲的两种打磨模式,都是一般的模式,具体的打磨模式还是要看钢轨的具体状况设定,波磨大点,我们就对顶部功率和遍数可以增加,肥边严重,我们就对内侧的功率和遍数增加.

特殊性打磨主要是为了实现特殊的钢轨断面形状而采取的打磨方式.

4如何提高钢轨打磨作业的质量

下列几个标准可以用来描述打磨完工的钢轨质量：

（1）彻底清除了短波痕,包括硬斑；

（2）减少或降低长波痕,达到允许误差内（如果该操作对商业运营有价值的话）；

（3）横向轮廓达到所希望轮廓的允许误差内；

（4）形成足够多的打磨面,不至于在轮廓上形成脊角；

（5）可以接受的表面粗糙度；

（6）钢轨表面没有大的色差（蓝色是因为过热形成的）.

影响钢轨打磨质量的几个主要因素分别是：一次切削量、打磨速度、打磨遍数、打磨温度、打磨功率、磨头水平横移量及偏转角度.

（1）一次切削量.

一次切削量又叫一次打磨深度,是指为恢复钢轨表面轮廓而在作业中应对磨耗钢轨切削的深度.在已有波浪磨耗的钢轨上,究竟打磨的金属层厚度为多少最合理就要按照实际作业情况来定了.

广铁集团从2009年开始先后共引进了五台PGM-96C型钢轨打磨列车,该车是由襄樊金鹰轨道有限公司与美国HTT公司合作生产的最新型打磨列车,较以往的PGM-48型打磨列车有更高的效率及更完美的施工工艺.集团从1998年引进第一台PGM-48型钢轨打磨列车至今已有16年的打磨列车使用历史,在打磨车的运用方面积累了一定的经验.下面就以广铁集团使用的13241#PGM-96C型钢轨打磨车为例：

13241#打磨列车理论上一次打磨量在打磨速度为18km/h时每个磨头的平均切削量为0.02mm.切削量与钢轨硬度、打磨模式、磨石质量以及工作走行速度有关.13241#在行进预防性打磨的时候,一般设定在打磨三遍,打磨速度为16-18km/h为最好；在对钢轨最小的磨削量的前提下既达到了钢轨表面轮廓的要求又降低了施工成本.

（2）工作走行速度.

打磨车理论上的工作走行速度为10-25km/h,原厂设定最高打磨速度为25km/h.但在实际中我们一般设安全保护速度为10km/h,当打磨车速度低于10km/h时,会发出警报声并自动提起所有磨头.工作走行速度与磨削量成线性关系,同等压力下速度增加,磨削量减少.工作走行速度不能太高,过高时引起磨头在钢轨上滑擦,影响打磨效果,过低会导致磨头在轨顶停留,造成钢轨表面烧伤或者打坏钢轨,因此在13241的现场施工中应保持工作走行速度

在16-18km/h的范围内.预防性打磨遍数为2-3遍,修理性打磨一般为3-5遍,伤损较大区域有时打磨5-8遍（具体情况由施工负责人根据现场实际情况而定）,为了保证打磨质量在打磨过程中尽量保持在匀速运行状态下进行打磨作业.

（3）打磨遍数.

在打磨之前首先要确定打磨遍数,进而才能确定每一遍要打磨的部位及与此相应的磨头的角度和压力.打磨遍数要根据现场钢轨的损耗程度、打磨车的车况有施工负责人现场决定.在现场施工的时候,有时现场条件不允许,车况不能维持的最佳状态,那么在设置磨头角度的时候就得考虑磨头覆盖问题,而要保证打磨质量的话就只能在打磨遍数上来弥补了.

（4）打磨温度.

钢轨打磨切削区的温度很高,常达1000度以上.如果打磨过程中形成的热量聚集在钢轨表面上,不能迅速传散,愈积愈多,就会导致钢轨表面层变质,钢轨烧伤,影响打磨质量.为了防止打磨时烧伤钢轨,应选择粒度粗及硬度低的磨石,以及选择合理的打磨功率、工作走行速度与磨削深度.

（5）打磨功率.

磨头马达的打磨功率与横断面金属切除量成正比,同时与切向力和磨头切削速度有关.实际的打磨功率应根据线路钢轨打磨的需要而定.

（6）磨头水平横移量和偏转角度.

平时必须加强对设备的保养,保证磨头水平横移量和偏转角度在作业时能达到打磨模式的设置值,且保证磨头对钢轨打磨面的覆盖,保证打磨质量.偏转角度的设定,要按照打磨车的现实状况来设定,车况不同,所要编排的角度覆盖值就不同.

模式编排的时候需要对该车的模式编排系统很熟悉.打磨模式是否合理是决定打磨质量好坏的关键因素.这是一项经验性很强的工作,需要在实践中不断总结摸索.首先要根据设备管理部门（工务段）提供的线路资料（如打磨作业线路为直线、小半径曲线还是大半径曲线）和钢轨磨耗数据,从理论上分析确定较为合理的打磨模式,然后在施工过程中不断修正、总结和完善,以达到最佳的打磨效果和经济效益.

5总结

本文首先对钢轨的常见病害以及这些病害产生的原因、潜在威胁以及钢轨打磨的作用进行了详细说明,接着对钢轨打磨作业方法、打磨工艺进行分析.最后围绕如何提高打磨质量方面进行分析研究.

综上所述,钢轨打磨列车在线路的养护中占有突出重要的地位,高铁线路应用钢轨打磨列车在线路开通前对钢轨预打磨、开通后对钢轨预防性打磨及修复性打磨对高铁的安全运行十分必要.所以我们要加强这方面的研究和试验,制定钢轨打磨各种工艺和验收标准,为新建客运

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