基于鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)的鋼軌打磨廓形質(zhì)量控制

潘振

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京100081）

基于鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)的鋼軌打磨廓形質(zhì)量控制

潘振

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京100081）

鋼軌打磨是鋼軌病害預(yù)防、修理的有效手段，但如何對(duì)打磨廓形的質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收尚沒(méi)有成熟的指標(biāo)。為此，提出了基于鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)的鋼軌打磨廓形質(zhì)量控制指標(biāo)。介紹了鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)的計(jì)算方法和編制的鋼軌打磨廓形評(píng)估軟件，并應(yīng)用其對(duì)寶蘭線鋼軌打磨前后的廓形進(jìn)行了評(píng)判。結(jié)果表明，鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)的大小反映了打磨后鋼軌廓形與目標(biāo)廓形（打磨模板）的相似程度，因此可用該指標(biāo)對(duì)打磨作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收。

鋼軌打磨；質(zhì)量控制；打磨質(zhì)量指數(shù)；鋼軌廓形

1　概述

鋼軌打磨是鋼軌病害預(yù)防和修理的有效手段。通過(guò)鋼軌打磨可減輕或修復(fù)鋼軌表面?zhèn)麚p，減緩小半徑曲線鋼軌側(cè)磨，預(yù)防滾動(dòng)接觸疲勞等病害的發(fā)生，有效改善輪軌匹配關(guān)系，提高列車運(yùn)行品質(zhì)，延長(zhǎng)鋼軌使用壽命。隨著我國(guó)鐵路的快速發(fā)展和與國(guó)外交流的增加，鋼軌打磨逐漸受到中國(guó)鐵路總公司和各鐵路局的高度重視。但如何打磨、打磨的質(zhì)量如何驗(yàn)收一直困擾著各鐵路局管理部門(mén)。本文探討打磨后鋼軌廓形的驗(yàn)收問(wèn)題。

《高速鐵路鋼軌打磨管理辦法》（鐵總運(yùn)〔2014〕357號(hào)）要求鋼軌打磨的驗(yàn)收指標(biāo)包括：打磨廓形、輪軌接觸光帶、打磨深度、打磨面粗糙度、發(fā)藍(lán)帶、打磨平面寬度、打磨砂輪起落部位的砂輪磨痕、波磨鋼軌打磨前后谷深、滾動(dòng)接觸疲勞軌表面殘留裂紋、擦傷軌表面硬度等。上述驗(yàn)收指標(biāo)中鋼軌光帶、車輛平穩(wěn)性等與打磨模板設(shè)計(jì)的好壞、打磨策略有關(guān)，并不能單純地應(yīng)用來(lái)評(píng)價(jià)打磨車的作業(yè)質(zhì)量，因此國(guó)外提出利用鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)GQI（Grinding Quality Index）對(duì)打磨車的作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，同時(shí)也可以用于判斷鋼軌是否需要打磨。

本文在參考國(guó)外鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，提出鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)的計(jì)算方法，并對(duì)其現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。

2　鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)的計(jì)算方法

2.1鋼軌型面測(cè)量

國(guó)內(nèi)外鋼軌型面測(cè)量方式主要分接觸式和非接觸式2種。接觸式測(cè)量以丹麥的Miniprof鋼軌型面測(cè)量?jī)x（圖1）為代表，非接觸式測(cè)量主要以激光測(cè)量為主。

圖1　Miniprof鋼軌型面測(cè)量?jī)x

本文中鋼軌型面的測(cè)量主要采用Miniprof鋼軌型面測(cè)量?jī)x。在測(cè)試過(guò)程中一定要使用測(cè)量?jī)x配套的伸長(zhǎng)桿，這樣測(cè)得的型面才能真實(shí)反映鋼軌的傾斜角度，與打磨模板對(duì)比時(shí)無(wú)須進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

2.2鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)計(jì)算方法

鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)計(jì)算前首先需要對(duì)齊實(shí)測(cè)型面和打磨模板。

選擇軌距點(diǎn)（最高點(diǎn)下16 mm處）對(duì)齊，然后上下平移實(shí)測(cè)鋼軌斷面，計(jì)算實(shí)測(cè)斷面某點(diǎn)與目標(biāo)模板所有點(diǎn)間的距離，取最小距離點(diǎn)為該點(diǎn)與目標(biāo)模板的偏差，逐次計(jì)算實(shí)測(cè)斷面所有點(diǎn)與目標(biāo)模板的偏差。計(jì)算距離小于某一限值（暫定0.3 mm）的點(diǎn)所占的百分比，最終取實(shí)測(cè)模板上下平移過(guò)程中得到的最大百分比為鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)。GQI的計(jì)算式為

式中：n為實(shí)測(cè)斷面與打磨模板間距離＜0.3 mm的點(diǎn)的數(shù)量；N為實(shí)測(cè)斷面軌距點(diǎn)到軌寬2/3處軌頂點(diǎn)間點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

基于上述計(jì)算方法，研發(fā)了利用鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)對(duì)打磨廓形進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)收的軟件，其界面如圖2所示。

圖2　鋼軌打磨質(zhì)量評(píng)估測(cè)試系統(tǒng)軟件界面

表1　打磨區(qū)段打磨前后左右軌廓形變化情況

3　鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)的應(yīng)用

2015年5月在寶蘭線進(jìn)行試用。由于現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法得到打磨模板的廓形，因此從3個(gè)方面對(duì)打磨廓形進(jìn)行驗(yàn)收：打磨前后的GQI變化情況、縱向GQI變化情況、左右軌GQI變化情況。

3.1打磨前后的GQI變化情況

將打磨后現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的某一廓形作為打磨模板，對(duì)打磨前后鋼軌斷面的變化情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

對(duì)打磨前后的鋼軌進(jìn)行了GQI計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表1。可見(jiàn)，打磨前與打磨后的鋼軌斷面有明顯的差異，在打磨前，除K55+100，K54+800外鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)GQI均較低，右軌GQI在39.5%～59.7%，左軌在14.0%～40.6%。可見(jiàn)，該區(qū)段鋼軌斷面與目標(biāo)廓形的差異較大，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行鋼軌打磨。

3.2縱向GQI變化情況

利用打磨后一實(shí)測(cè)鋼軌廓形（18日選取K52+ 000處斷面、19日選取K53+490處斷面、20日選取K55+100處斷面）作為模板，對(duì)打磨后的同側(cè)鋼軌廓形沿縱向進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)估鋼軌打磨廓形沿縱向的變化趨勢(shì)。打磨后GQI沿線路縱向變化情況見(jiàn)表2。K51+200—K51+210斷面鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)GQI相對(duì)較低，鋼軌打磨10遍后，右軌的GQI最低為51.2%，左軌GQI最低為27.4%，個(gè)別斷面打磨7遍時(shí)與打磨10遍時(shí)GQI變化不大。其主要原因是該區(qū)段位于打磨起點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)也觀測(cè)到打磨過(guò)程中并未每遍都對(duì)該處進(jìn)行了打磨，造成該區(qū)段鋼軌廓形與目標(biāo)廓形相差較大。因此，應(yīng)做好銜接區(qū)段的鋼軌打磨，建議重疊打磨區(qū)段應(yīng)＞10 m。在其他區(qū)段，右軌GQI在88.0～100，僅K51+990斷面出現(xiàn)最低值，大部分?jǐn)嗝鍳QI都在99.0%以上。左軌GQI在78.2%～100%，僅K51+990斷面出現(xiàn)最低值（與右股位置相同），大部分?jǐn)嗝鍳QI都在96%以上，這也說(shuō)明左軌廓形沿線路方向均勻一致。可見(jiàn)，打磨后左右鋼軌廓形沿線路方向均勻一致。

3.3左右軌GQI變化情況

以打磨后左軌廓形為模板，右軌廓形為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算GQI，結(jié)果見(jiàn)表3。GQI一般在50%左右，最小的僅23.9%，因此打磨后左右軌廓形差異較大。根據(jù)國(guó)內(nèi)外鋼軌打磨經(jīng)驗(yàn)，直線區(qū)段鋼軌打磨模板應(yīng)該一樣。在打磨直線時(shí)，若左右軌采取不同的打磨策略，易造成左右軌廓形不一致。

表2　打磨后GQI沿線路縱向的變化情況

表3　以左軌廓形為模板計(jì)算出的右軌GQI

4　結(jié)論

1）提出利用鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)對(duì)鋼軌打磨的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)主要是利用實(shí)測(cè)的鋼軌廓形計(jì)算打磨后鋼軌廓形與目標(biāo)廓形（打磨模板）的相似程度。

2）編寫(xiě)了鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)計(jì)算軟件，并在某運(yùn)營(yíng)線進(jìn)行了試用。結(jié)果證明利用鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)可以評(píng)價(jià)并且量化打磨后鋼軌廓形與打磨模板之間的差異。通過(guò)計(jì)算打磨前的打磨質(zhì)量指數(shù)，可以確定鋼軌是否需要打磨。通過(guò)計(jì)算打磨后的鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)，可以驗(yàn)收打磨作業(yè)的質(zhì)量。因此，鋼軌打磨質(zhì)量指數(shù)可以作為控制打磨質(zhì)量的有效方法。

［1］中國(guó)鐵路總公司.鐵總運(yùn)〔2014〕357號(hào)高速鐵路鋼軌打磨管理辦法［S］.北京：中國(guó)鐵路總公司，2014.

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Quality Control of Rail Grinding Profile Based on Rail Grinding Quality Index

PAN Zhen
（Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

Rail grinding is an effective method for rail damage prevention and repair and there is no mature criteria for checking the quality of rail grinding profile yet.Rail grinding quality index（GQI）for controlling the rail grinding profile quality was put forward，and the calculation method of rail grinding quality index and rail grinding profile evaluation software were discussed，which was applied to evaluate the rail profile of Baoji-Lanzhou railway line before and after grinding.T he results showed that value of GQI reflects the similarity between the rail profile after grinding and the target profile（grinding template），which could be used for checking the grinding operation quality.

Rail grinding；Quality control；Grinding quality index；Rail profile

U216.42+4

ADOI：10.3969/j.issn.1003-1995.2016.09.33

1003-1995（2016）09-0130-04

（責(zé)任審編李付軍）

2016-05-03；

2016-07-21

中國(guó)鐵道科學(xué)研究院基金（2014YJ0206）

潘振（1982—），男，助理研究員，碩士。