曲線鋼軌磨耗現(xiàn)狀及減磨技術(shù)研究

魏征孔

摘 要：列車在輪載作用下不可避免會出現(xiàn)曲線地段的鋼軌磨耗問題，研究鋼軌曲線磨耗的現(xiàn)狀、成因及發(fā)展趨勢，針對性的提出鋼軌的減磨措施，對于提高線路的運行品質(zhì)，減少養(yǎng)護維修的工作量，保證列車運營安全，具有十分重要的作用。

關(guān)鍵詞：曲線磨耗；養(yǎng)護維修；減磨技術(shù)

鋼軌在自然條件、列車的輪軌及其他不可抗因素作用下，不可避免地會產(chǎn)生鐵路鋼軌的銹蝕、磨耗和損傷等狀況。在通常情況下，輪軌相互作用是引起鋼軌磨耗主要原因，特別是處于小半徑曲線上的鋼軌，磨耗問題尤為嚴重。養(yǎng)護維修要求在鋼軌磨損達到一定限度就更換鋼軌，以保證列車運營安全。由于公司轄區(qū)鐵路普遍存在自然環(huán)境差、養(yǎng)護維修人員少的特點，對及時更換磨耗鋼軌帶來很大困難，同時也會大幅提高線路養(yǎng)護維修成本。因此，分析鋼軌側(cè)磨原因，并采取減磨措施，以減少養(yǎng)護維修工作量，提高鋼軌使用壽命，減少線路養(yǎng)護維修成本就顯得十分必要。

1 鋼軌磨耗現(xiàn)狀

隨著行車密度和軸重的提高，曲線地段鋼軌的側(cè)面磨耗、軌面波磨、軌面剝落掉塊等情況普遍產(chǎn)生，對鋼軌的使用壽命及行車安全造成一定影響。結(jié)合轄區(qū)鐵路曲線磨耗調(diào)查，分析其規(guī)律如下。

鋼軌磨耗主要表現(xiàn)為垂磨、側(cè)磨、波磨、肥邊等情況，其中曲線垂直磨耗變化較為緩慢，一般在一年左右時間會達到1mm左右；在曲線外股側(cè)磨則與曲線半徑的大小相關(guān)，半徑越小發(fā)展速度越快。其初期表現(xiàn)為魚鱗裂紋，并有鐵屑脫落，逐漸會形成軌頭下圓角處的碾堆金屬連成長條被切掉情況，如圖1所示。

在線路上有部分曲線內(nèi)股內(nèi)、外側(cè)均出現(xiàn)了肥邊，也存在著部分曲線外側(cè)出現(xiàn)肥邊的現(xiàn)象如圖2所示。

曲線地段鋼軌上內(nèi)股出現(xiàn)波磨，曲線外股較內(nèi)股嚴重，其中部分曲線外股出現(xiàn)了嚴重的波磨現(xiàn)象，1m鋼平尺測量最大矢度嚴重達3.0mm。如圖3所示。

2 波磨的減緩措施及思路

2.1 減小軌道不平順

減小軌道不平順對減緩波磨及其它輪軌病害均十分有利。減小軌道不平順可減少粘滑振動的發(fā)生機率及鋼軌不均勻磨損的累加效應(yīng)，從而有效地控制波磨發(fā)展速率。減少軌道不平順主要是指減少諸如鋼軌接頭病害、軌面剝離、擦傷及鋼軌死彎等病害引起的脈沖不平順。脈沖不平順導(dǎo)致輪軌沖擊，引發(fā)輪對粘滑振動，是對波磨形成和發(fā)展影響最大的軌道不平順。計算表明，在完全平順的軌道上，貨車在半徑600m以上的曲線地段幾乎不會發(fā)生輪對粘滑振動，但因接頭不平順的作用，在半徑2000m的曲線上也可能發(fā)生輪對粘滑振動。多數(shù)波磨從接頭附近始發(fā)的現(xiàn)象說明了這一點。加強線路的檢查及養(yǎng)護，強化動靜態(tài)檢查手段，通過開展集中修、機械修是提高線路軌道平順的有效手段。

2.2 加大軌道彈性、提高軌道阻尼

軌道增彈減振對減少輪軌其它病害也是有利的。增加軌道彈性可有效地減小輪對粘滑振動發(fā)生機率，而提高軌道阻尼則可明顯降低波磨的發(fā)展速率。碎石道床及時清篩板結(jié)道床顯然有利于恢復(fù)軌道彈性，由于普通膠墊使用壽命短，而工務(wù)養(yǎng)護維修工作受諸多因素影響不能及時更換，因此，選擇使用壽命更長的熱塑性彈性體膠墊成為有效措施。在小半徑曲線地段安裝軌距桿，在曲線內(nèi)軌外側(cè)安裝加強型軌撐，是提高軌道橫向剛度的有效措施。而安裝P60防爬器可以防止鋼軌爬行，減少連續(xù)大軌縫，延長鋼軌使用壽命等。

2.3 適當降低曲線地段外軌超高

過超高加大輪對粘滑振動，而欠超高抑制甚至消除輪對粘滑振動。車速較低且軸重較大的貨車對波磨形成和發(fā)展的影響最大。因此，在主要運行貨車的線路上，外軌且主要出現(xiàn)磨損型波磨的曲線地段鋪設(shè)高強度的鋼軌，可采用盡量降低外軌超高的辦法減緩波磨。

2.4 鋼軌倒換

輪對在曲線上可能發(fā)生粘滑振動從而形成波磨，但在直線上，發(fā)生粘滑振動的機率卻很小，說明直線地段波磨形成和發(fā)展的條件不充分。如將曲線地段的波磨軌倒換至直線上，因粘滑振動消失，磨耗功顯著降低，波磨的發(fā)展將得到明顯抑制。從節(jié)約成本的角度出發(fā)，挑選軌面?zhèn)麚p好的鋼軌用于更換直線重傷軌是有意義的。

2.5 鋼軌打磨

鋼軌打磨是最有效的減緩波磨的措施之一。波磨一旦出現(xiàn)，又反過來激化和加劇輪對粘滑振動，促進波磨進一步發(fā)展，波深越大則波磨發(fā)展越快，構(gòu)成惡性循環(huán)。鋼軌打磨中斷了這種惡性循環(huán)的發(fā)展過程，減緩了波磨發(fā)展速率。鋼軌打磨分大型養(yǎng)路機械和小型養(yǎng)路機械打磨兩種，大型養(yǎng)路機械主要應(yīng)用于無縫線路，小型養(yǎng)路機械主要應(yīng)用于普通線路，但工作效率低下，工作量大。

2.6 提高鋼軌材質(zhì)強度及耐磨性能

提高鋼軌耐磨性能，選擇使用強度更高的鋼軌，是最主要的減緩磨耗、提高使用壽命的措施之一。輪對粘滑振動是波磨的成因，但波磨的形成和發(fā)展卻表現(xiàn)為鋼軌不均勻磨損或不均勻塑性變形的逐步累積。能夠減緩軌頭磨損和塑性變形的措施就能減緩波磨，鋼軌耐磨性能的提高，無疑會延緩波磨的形成與發(fā)展過程。

2.7 增大輪對軸剛度

輪對軸剛度偏小是易于激發(fā)輪對粘滑振動的因素之一，及時維修輪對，保持圓順，提高輪對軸剛度，可有效地抑制鋼軌波磨。

2.8 控制涂油潤滑

以減緩曲線外軌側(cè)磨為目的的輪緣或軌側(cè)涂油潤滑，對減緩波磨是不利的。同時，過量涂油對減緩鋼軌剝離也不利。因此，涂油潤滑絕不是越勤越好。但目前對合理的涂油工藝還缺乏深入系統(tǒng)的研究。

3 結(jié)束語

從工務(wù)的角度出發(fā)，分析鋼軌磨耗的原因并分析其與曲線半徑、超高、軌距、軌底坡、鋼軌材質(zhì)、軌道剛度、線路養(yǎng)護不良等諸多因素的關(guān)系，采取先加強曲線線路設(shè)備，控制曲線線型線位，合理布設(shè)曲線超高、軌底坡，加強鋼軌打磨整修和改善輪軌潤滑條件等措施，是目前最為合理可行的措施，從對延長鋼軌的使用壽命會起到十分重要作用。

參考文獻

[1]姚玉俠.鐵路曲線鋼軌側(cè)面磨耗原因及減緩措施[J].鐵道運營技術(shù)，2006（4），P24～27.

[2]魏家沛，李國芳.曲線幾何參數(shù)對車輛輪軌磨耗的影響[J].機械工程與自動化，2013（4），P33-36.