淺談鋼軌波形磨耗打磨

摘要：由于單趟列車運量不斷增大，每日運輸列車不斷增多，鋼軌承受的運載力不斷加大，導致鋼軌磨耗和傷損加快，工務維修換軌周期縮短。其中波形磨耗是最常見的一種磨耗，引起諸多病害。通過對鋼軌打磨，能恢復鋼軌的斷面形狀，改善輪軌接觸關系，減緩鋼軌磨耗的發生。

關鍵詞：波形磨耗；打磨輪軌；鋼軌磨耗；斷面形狀

中圖分類號：U213 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）14-0089-02

發展重載鐵路運輸是鐵路擴能增效的一種有效途徑，也是我國解決目前鐵路運輸能力緊張的重要舉措。我局大秦線開行著2萬噸重載列車，侯月線馬上開行萬噸重載列車。在高速和大軸重下，鋼軌出現波浪型磨損的病害增多，維修成本也越來越大，鋼軌的維修和養護日益重要。因此，解決鋼軌波磨問題，可以減少鋼軌傷損，降低維修費用，有很重要的現實意義。

1 鋼軌波磨的特性

鋼軌波磨是在鋼軌表面形成的波浪形磨耗，具有很寬的波長域，與軌道結構形式有關。波磨按波長分為短波磨耗、中長波磨耗和均勻長波磨耗三類。

1.1 鋼軌波磨特性

經對侯月線鋼軌波磨做了大量調查后發現，鋼軌波磨具有以下特點和規律：鋼軌波磨主要出現在曲線地段，曲線半徑小，形成和發展的速度快，直線地段波磨出現的較少。

列車制動地段波磨嚴重。說明輪軌的滑動和切向力直接影響波磨的產生和發展，輪對的扭曲振動對波磨有很大影響。砼枕道床和板結地段波磨嚴重，說明波磨與軌道彈性有關，彈性強的軌道較少出現波磨。

1.2 鋼軌波磨成因

國內外關于產生鋼軌波磨的理論認為，鋼軌波磨是由于受輪軌系統接觸應力作用產生的，在不改變車輛軌道結構的前提下，采取科學的打磨策略，優化輪軌型面，可以減小輪軌應力，減緩波磨的產生，延長鋼軌使用壽命。

輪對在曲線軌道上行駛時，兩輪的滾動圓半徑不可能絕對一樣，造成兩輪走行距離的不一致，此時輪軸就會受到扭矩作用，當扭矩累積增大到一定值，輪軌踏面的粘著力小于扭矩在輪踏面上所產生扭轉力時，扭矩就會突然釋放，于是車輪踏面與鋼軌踏面之間的粘著狀態就會轉變成滑動狀態，即輪軌之間的“粘著-滑移”效應。這一過程是在非常短暫的瞬間完成的，而且周而復始，一旦軌面有某一缺陷存在，就會造成輪對在通過這一缺陷時總會產生粘滑振動，也即輪對在同一地點產生粘滑振動，并沿著鋼軌的縱向發展，于是就有可能在整個鋼軌踏面上產生波形磨耗。

1.3 輪軌系統應力

波磨的發生主要與垂向振動有關，輪對橫向振動和扭轉振動對波磨也有一定影響，在曲線地段波磨更加嚴重，因此主要運用輪軌系統垂向振動理論來分析鋼軌波磨。

垂向振動理論指出波磨波長與輪軌垂向振動頻率存在對應關系，因此與車速也密切相關。列車以相同速度通過某一區段時，將產生與輪軌振動頻率相一致的波長。另外，列車速度越高，越容易激起輪軌系統的高頻振動，導致鋼軌波紋磨耗的產生。

2 減緩波磨的措施

消除波磨可以提高鋼軌的使用壽命，有以下四種措施。

2.1 減少軌道不平順

軌道不平順會增加車輛產生的震動和輪軌沖擊力，誘發波磨的產生。因此消滅軌道的不平順，保持軌道高低和方向良好，能有效控制波磨產生。

2.2 加大軌道彈性

通過改換彈性好的扣件和膠墊，搗固空吊軌枕，消滅板結道床，能提高道床的整體彈性，有利于消除波磨。

2.3 降低曲線外股超高

在曲線地段適當降低曲線外股超高，能減少橫向力的作用，減小輪軌的扭曲和垂直振動，減緩波磨的發展。

2.4 打磨鋼軌

打磨鋼軌是解決軌面短波不平順的主要方法，可以消除鋼軌的波形磨耗和鋼軌的滾動接觸疲勞傷損，已成為日常維修養護中重要的作業方式。

3 鋼軌打磨

3.1 打磨技術發展

國外的鋼軌打磨技術起源于1950年的美國，其后經歷了3個發展階段：第一階段為修復性打磨階段，第二階段為預防性打磨階段，第三階段為漸進性預防打磨階段。

我國至1988年以來，北京鐵路局、鄭州鐵路局和廣鐵集團公司相繼從國外引進了鋼軌打磨車。我段集中修施工時，線路上采用96磨頭的鋼軌打磨車磨軌，極大地消滅了鋼軌磨耗。

3.2 打磨技術分類

鋼軌預打磨是開通運行前對新鋼軌的打磨，適合新建鐵路的鋼軌養護。

鋼軌修復性打磨是在鋼軌表面形成缺陷以后才進行的打磨，打磨鋼軌表面，打磨量在3mm以上，由于其打磨深度較大，需要用打磨車來回多次通過該段鋼軌進行反復打磨。鋼軌修復性打磨的打磨速度低，只是簡單地把軌頭磨平，反復進行，可以基本去除鋼軌表面傷損或波磨，但不能去除深度裂紋。

鋼軌預防性打磨是打磨外形，將軌頭打磨成各種目標形狀以達到控制鋼軌傷損的形成和發展，打磨量小，表面打磨深度不超過0.2mm，通過一次快速打磨，完全去除包含微裂紋的薄層，形成理想的輪廓，使鋼軌經久耐用。鋼軌預防性打磨，可以去除鋼軌表面脫碳層；去除因施工時造成的軌面傷損；提高軌道平順性，與焊接接頭軌面渾然一體；形成適合輪軌接觸的軌頭廓面；預打磨后車輪走行光帶必須居中。

3.3 打磨過程實施

鋼軌打磨是改善鋼軌輪廓形狀，改變輪軌橫向耦合輪廓的接觸面，提高輪軌接觸縱向平順性，使輪軌接觸應力最小。曲線地段通過打磨曲線下股鋼軌外側，使輪軌之間的接觸點向鋼軌橫斷面中心轉移，降低接觸應力，控制塑性變形。

鋼軌打磨車自帶實時檢測裝置，能以最快速度針對需打磨鋼軌確定打磨模式；打磨精度高，300mm、1000mm長度范圍最大幅值小于0.02mm和0.2mm。列車裝有集塵裝置符合環保要求，可收集打磨作業粉塵，抑制軌面火花飛濺，減少對環境和列車裝備的污染。列車自運行時速100km，可快速到達作業現場。

2013年3月25日至29日，南同蒲線下行集中修施工，打磨霍州-臨汾間5個180分鐘施工點，完成34.65km/90.54遍.km，平均日完成進度6.93km/18.108遍.km。打磨作業效率高，打磨后優化了鋼軌外形輪廓，工區更換鋼軌的數量明顯減少。

4 建議

鋼軌波磨的成因復雜，應綜合多種因素考慮。本文僅是針對鋼軌波磨問題做了一些簡單分析，建議打磨施工中掌握鋼軌輪廓狀況及磨耗規律，根據運營條件確定科學的打磨方案，對區段內波磨嚴重的鋼軌進行大機打磨，維修天窗中由專業機械化工隊重點進行手工打磨，通過縮短打磨周期，使鋼軌表面保持合理的輪廓，減少病害的發生。

作者簡介：高鋒智，大秦鐵路股份有限公司侯馬北工務段助理工程師。

（責任編輯：吳 濤）