我國(guó)高速鐵路鋼軌和道岔打磨技術(shù)應(yīng)用與實(shí)踐

田常海

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，北京100081）

我國(guó)高速鐵路鋼軌和道岔打磨技術(shù)應(yīng)用與實(shí)踐

田常海

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，北京100081）

針對(duì)我國(guó)高速鐵路早期由于輪軌匹配不良出現(xiàn)的高鐵動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警、抖車、晃車和波磨等現(xiàn)象，提出用鋼軌打磨方法解決輪軌匹配不良問(wèn)題，進(jìn)行廓形打磨技術(shù)研究與實(shí)踐，改善和優(yōu)化我國(guó)高速鐵路輪軌型面匹配關(guān)系，從工務(wù)方面解決了高鐵動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警等問(wèn)題。通過(guò)大量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及實(shí)踐，提出鋼軌和道岔打磨工藝規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，形成了我國(guó)高速鐵路鋼軌和道岔打磨成套技術(shù)。

高速鐵路；輪軌關(guān)系；鋼軌；道岔；打磨

1 概述

2017年前，我國(guó)高速鐵路運(yùn)行4種動(dòng)車組，采用3種車輪廓面（2017年后，動(dòng)車組類型增加了復(fù)興號(hào)，其車輪增加了LMB-10廓面，該廓面考慮與高速鐵路各種鋼軌廓形匹配），其中CRH1和CRH2型動(dòng)車組車輪廓面為L(zhǎng)MA；CRH3型動(dòng)車組車輪廓面為改進(jìn)S1002，即S1002CN；CRH5型動(dòng)車組車輪廓面為XP55。后兩者原型車車輪及廓面是針對(duì)1：20軌底坡和1360mm輪背內(nèi)側(cè)距條件設(shè)計(jì)的，與我國(guó)采用1：40軌底坡和1353mm輪背內(nèi)側(cè)距的條件不同。由于軌底坡變小，輪軌接觸點(diǎn)偏向于軌距角側(cè)，而輪背內(nèi)側(cè)距變小，不僅輪軌之間游間加大，同時(shí)，名義輪軌接觸的平衡點(diǎn)也發(fā)生改變，這些因素均影響到輪軌關(guān)系。60kg/m鋼軌按原始廓形進(jìn)行鋼軌預(yù)打磨也必然造成輪軌接觸點(diǎn)偏向軌距角側(cè)，甚至出現(xiàn)2條光帶，早期石太客專、京津城際鐵路按原始廓形均勻進(jìn)行的鋼軌預(yù)打磨后實(shí)際輪軌走行光帶均證明了這一點(diǎn)[1]。

當(dāng)車輪凹磨展到一定程度時(shí)（約0.6mm），CRH3型動(dòng)車組車輪廓面S1002CN與60kg/m鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓面匹配導(dǎo)致等效錐度加大[2]，等效錐度加大造成臨界速度下降，動(dòng)車組高速運(yùn)行時(shí)，極易引起橫向失穩(wěn)而產(chǎn)生振動(dòng)，加快車輪失效。2010年武廣高鐵動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警正是在這種條件下發(fā)生的，在中國(guó)鐵路總公司運(yùn)輸局組織下，提出通過(guò)鋼軌打磨改變鋼軌廓形，實(shí)現(xiàn)輪軌理想匹配，針對(duì)武廣高鐵運(yùn)行動(dòng)車組車輪廓面進(jìn)行了鋼軌打磨廓形設(shè)計(jì)，按設(shè)計(jì)廓形加強(qiáng)軌距角打磨。鋼軌打磨后動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度由0.8g以上下降到0.5g以下，消除了動(dòng)車組報(bào)警，通過(guò)鋼軌打磨成功整治了動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警現(xiàn)象。

2011年，在京滬高鐵鋼軌預(yù)打磨實(shí)踐中，進(jìn)一步完善了鋼軌打磨設(shè)計(jì)廓形（簡(jiǎn)稱設(shè)計(jì)廓形），并針對(duì)我國(guó)2種線路鋼軌打磨車（GMC96X和GMC96B）進(jìn)行了打磨工藝試驗(yàn)，獲得了2種線路鋼軌打磨車的打磨工藝。

2010—2015年，剛剛開始鋼軌打磨階段，由于部分鐵路局大型養(yǎng)路機(jī)械段按設(shè)計(jì)廓形打磨鋼軌認(rèn)識(shí)不足，按60kg/m鋼軌原始廓形打磨軌距角側(cè)打磨量不足，導(dǎo)致等效錐度過(guò)大，相繼出現(xiàn)了武廣、哈大、京滬、滬昆等高鐵部分地段動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警，之后在中國(guó)鐵路總公司運(yùn)輸局組織下進(jìn)行鋼軌打磨整治，按設(shè)計(jì)廓形進(jìn)行打磨修復(fù)，消除了動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警現(xiàn)象。2014年底在總結(jié)我國(guó)高速鐵路鋼軌和道岔打磨基礎(chǔ)上，參考國(guó)外鋼軌和道岔打磨實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，起草了《高速鐵路鋼軌打磨管理辦法》（鐵總運(yùn)〔2014〕357號(hào)），并由中國(guó)鐵路總公司發(fā)布執(zhí)行，2015年后全路基本沒有發(fā)生動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警現(xiàn)象。

2015年以后，部分鐵路局對(duì)高速鐵路輪軌匹配關(guān)系和按設(shè)計(jì)廓形打磨鋼軌理解不夠透徹，打磨過(guò)程中出現(xiàn)軌距角側(cè)鋼軌打磨過(guò)量或非軌距角側(cè)鋼軌打磨量不足現(xiàn)象，導(dǎo)致等效錐度過(guò)?。ㄐ∮?.06），先后發(fā)生了合武、秦沈、海南東環(huán)、滬昆、滬杭、衡柳等高鐵部分地段及晉江站14#道岔（福廈鐵路）動(dòng)車組車體晃車，按設(shè)計(jì)廓形對(duì)上述地段進(jìn)行打磨修復(fù)，消除了動(dòng)車組車體晃車。

2012—2016年，進(jìn)行了京石和大西高鐵60N鋼軌和道岔預(yù)打磨試驗(yàn)，60N鋼軌按原始廓形均勻打磨，打磨遍數(shù)為1～2遍，獲得了60N鋼軌和道岔打磨工藝。

通過(guò)進(jìn)行高速輪軌研究，設(shè)計(jì)了鋼軌打磨廓形，獲得了鋼軌和道岔打磨工藝，起草了鋼軌和道岔打磨標(biāo)準(zhǔn)，形成了我國(guó)高速鐵路鋼軌和道岔打磨技術(shù)。

2 高速鐵路鋼軌和道岔打磨廓形與打磨技術(shù)

2.1 打磨廓形

2010年2月，武廣高鐵下行汩羅東—長(zhǎng)沙南間發(fā)生因動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度超限報(bào)警多次停車，從工務(wù)方面通過(guò)打磨鋼軌改善輪軌匹配關(guān)系，設(shè)計(jì)了鋼軌打磨廓形[3]，經(jīng)過(guò)京滬、哈大及京石等高鐵打磨完善，形成了我國(guó)高速鐵路鋼軌和道岔打磨廓形，并寫入《高速鐵路鋼軌打磨管理辦法》中：

（1）鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)60kg/m鋼軌且允許運(yùn)行除動(dòng)車組以外客車的區(qū)段，以及鋪設(shè)60N鋼軌的區(qū)段，鋼軌打磨目標(biāo)廓形為60N廓形（見圖1）。

（2）鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)60kg/m鋼軌且僅運(yùn)行動(dòng)車組的區(qū)段，鋼軌打磨目標(biāo)廓形為設(shè)計(jì)廓形（見圖2）。

圖1 60N鋼軌與60 kg/m鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形

圖2 設(shè)計(jì)廓形與60 kg/m鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形

2.2 打磨工藝

根據(jù)我國(guó)60kg/m鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形與高速鐵路鋼軌打磨廓形的差異，給出對(duì)應(yīng)打磨車不同打磨角度的打磨量；研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的用于快速調(diào)試鋼軌和道岔打磨程序的廓形模板（見圖3），為鋼軌特別是道岔打磨提供了有效手段，提出使用研制的打磨模板或計(jì)算機(jī)比對(duì)方法（鋼軌實(shí)際廓形與設(shè)計(jì)廓形比對(duì)）調(diào)試打磨程序方案，為高速鐵路鋼軌和道岔廓形打磨實(shí)施提供了量化數(shù)據(jù)、工具及方法，為獲得高速鐵路鋼軌和道岔打磨工藝奠定了基礎(chǔ)。

圖3 高速鐵路鋼軌和道岔廓形模板

2010年10—11月，在京滬高鐵綜合試驗(yàn)段（下行蚌埠—棗莊）指導(dǎo)上海和北京鐵路局大型養(yǎng)路機(jī)械運(yùn)檢段嚴(yán)格按設(shè)計(jì)廓形進(jìn)行鋼軌預(yù)打磨。其中徐州—蚌埠由上海鐵路局使用GMC96X型打磨車打磨，徐州—棗莊由北京鐵路局使用GMC96B型打磨車打磨，共同調(diào)試打磨車打磨程序，獲得了2種打磨車的鋼軌預(yù)打磨工藝，鋼軌預(yù)打磨遍數(shù)均為2遍。

2012年7月，在京石高鐵下行K59+616—K74+616地段進(jìn)行了60N鋼軌（其余地段鋪設(shè)60kg/m鋼軌）預(yù)打磨試驗(yàn)，同時(shí)指導(dǎo)其他地段60kg/m鋼軌預(yù)打磨。下行K59+616—K65+616為60N鋼軌打磨1遍試驗(yàn)段，下行K65+616—K74+616為60N鋼軌打磨2遍試驗(yàn)段，60N鋼軌均按60N鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形打磨；60kg/m鋼軌按設(shè)計(jì)廓形打磨，打磨遍數(shù)為2遍，個(gè)別地段打磨3遍。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證60N鋼軌適用性，2013—2017年在大西高鐵原平西—太原段（約87km）下行進(jìn)行了60N鋼軌預(yù)打磨試驗(yàn)，按打磨遍數(shù)分為打磨1遍和2遍試驗(yàn)段，60N鋼軌均按60N鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形打磨。

通過(guò)進(jìn)行京石和大西高鐵60N鋼軌打磨試驗(yàn)，獲得了打磨工藝，試驗(yàn)表明60N鋼軌打磨1遍比打磨2遍效果好（見圖4），打磨1遍不僅能滿足預(yù)打磨深度要求，而且能較好保持60N鋼軌廓形，同時(shí)減少一半打磨費(fèi)用。

圖4 60N鋼軌打磨1遍和2遍廓形比對(duì)

2.3 打磨技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警、抖車和車體晃車現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)輪軌關(guān)系的深入研究，提出采用廓形打磨技術(shù)改善輪軌匹配關(guān)系，設(shè)計(jì)高速鐵路鋼軌和道岔打磨廓形，進(jìn)行整治動(dòng)車組異常振動(dòng)實(shí)踐，指導(dǎo)我國(guó)20多條線路鋼軌和道岔打磨，調(diào)研國(guó)外高速鐵路鋼軌和道岔打磨標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上提出我國(guó)高速鐵路鋼軌和道岔打磨標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)鐵路總公司制定和頒布了有關(guān)打磨技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。

表1 我國(guó)高速鐵路鋼軌和道岔打磨標(biāo)準(zhǔn)

鋼軌和道岔打磨實(shí)踐證明，按我國(guó)高速鐵路鋼軌和道岔打磨標(biāo)準(zhǔn)特別是《高速鐵路鋼軌打磨管理辦法》要求進(jìn)行鋼軌和道岔打磨和驗(yàn)收，不會(huì)發(fā)生高速鐵路動(dòng)車組異常振動(dòng)現(xiàn)象。

2.4 打磨技術(shù)運(yùn)用情況

通過(guò)鋼軌廓形打磨實(shí)現(xiàn)輪軌理想匹配的高速鐵路鋼軌和道岔打磨技術(shù)包括鋼軌和道岔的預(yù)打磨、預(yù)防性打磨和修理性打磨，在解決動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警、車體晃車、鋼軌波磨等現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題取得了顯著成效。因此，無(wú)論是高速鐵路新線建設(shè)還是線路養(yǎng)護(hù)維修，在全路范圍內(nèi)都得到了快速推廣和應(yīng)用。高速鐵路鋼軌和道岔打磨技術(shù)的推廣應(yīng)用可有效改善輪軌關(guān)系，大大提高動(dòng)車組運(yùn)行的安全性和平穩(wěn)性，并可延長(zhǎng)鋼軌打磨和車輪鏇修周期，減少養(yǎng)護(hù)維修工作量，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

國(guó)內(nèi)外輪軌接觸關(guān)系研究表明：CRH3型動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫向加速度報(bào)警與實(shí)際輪軌等效錐度偏大有關(guān)。當(dāng)車輪發(fā)生磨耗尤其發(fā)生凹磨后，輪軌等效錐度增加較大；當(dāng)鋼軌服役一定時(shí)間后，尤其是按60kg/m鋼軌原始廓形打磨后，實(shí)際輪軌等效錐度增加明顯。對(duì)出現(xiàn)動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警區(qū)段的實(shí)際輪軌等效錐度計(jì)算表明，輪軌等效錐度可達(dá)到0.4～0.5；按設(shè)計(jì)廓形（或60N鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形）打磨鋼軌，鋼軌光帶基本居中，寬度20～30mm，可有效控制等效錐度，即使動(dòng)車組車輪存在一定凹磨，在動(dòng)車組車輪鏇修周期內(nèi)不會(huì)發(fā)生動(dòng)車組橫向加速度報(bào)警、抖車或晃車現(xiàn)象。例如，武廣高鐵動(dòng)車組車輪凹磨0.6mm、貴廣和蘭新高鐵動(dòng)車組車輪凹磨1.5mm情況下，均未發(fā)生動(dòng)車組橫向加速度報(bào)警、抖車或晃車現(xiàn)象，動(dòng)車組運(yùn)行正常。

嚴(yán)格按設(shè)計(jì)廓形（或60N標(biāo)準(zhǔn)廓形）及打磨工藝打磨鋼軌和道岔，可延長(zhǎng)鋼軌和道岔打磨周期。京滬高鐵徐州—上海嚴(yán)格按設(shè)計(jì)廓形打磨，運(yùn)營(yíng)近4年（2011年7月—2015年4月）；京石高鐵嚴(yán)格按設(shè)計(jì)廓形打磨鋼軌，從2012年12月開通運(yùn)營(yíng)至2016年8月前沒有進(jìn)行任何打磨作業(yè)，2016年8—11月打磨一半線路鋼軌和道岔，余下一半線路2017年8—11月進(jìn)行打磨（包括下行K59+616—K74+616地段15km60N鋼軌）；哈大高鐵下行K332—K366地段，自2012年開通前進(jìn)行了預(yù)打磨，2014年使用快速打磨車進(jìn)行了均勻打磨，2017年7月底進(jìn)行了第一次預(yù)防性打磨。上述地段在預(yù)打磨和預(yù)防性打磨期間均未發(fā)生動(dòng)車組橫向加速度報(bào)警、抖車或晃車現(xiàn)象，動(dòng)車組運(yùn)行正常，鋼軌和道岔打磨周期達(dá)到4～5年，按通過(guò)總質(zhì)量計(jì)算，累計(jì)通過(guò)總質(zhì)量超過(guò)8000萬(wàn)t，超過(guò)了法國(guó)4年的打磨周期和日本的累計(jì)通過(guò)總質(zhì)量3000萬(wàn)～8000萬(wàn)t。

2017年6月28日測(cè)試的2012年預(yù)打磨后的京石高鐵K64+800上行右股鋼軌廓形與60kg/m鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形及設(shè)計(jì)廓形比較見圖5。鋼軌實(shí)測(cè)廓形介于設(shè)計(jì)廓形和60kg/m鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形之間，但更接近60kg/m鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形；實(shí)測(cè)60N鋼軌廓形介于60N鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形和60kg/m鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形之間，但偏向60N鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形。

20多條高速鐵路鋼軌和道岔打磨實(shí)踐表明，按設(shè)計(jì)廓形或60N廓形打磨鋼軌，均未發(fā)生動(dòng)車組異常振動(dòng)情況，并能顯著延長(zhǎng)車輪鏇修及打磨周期（鋼軌打磨周期可達(dá)4～5年）。

3 高速鐵路動(dòng)車組異常振動(dòng)及鋼軌波磨整治

高速鐵路動(dòng)車組異常振動(dòng)包括：動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警、抖車及車體晃車。高速鐵路鋼軌和道岔打磨實(shí)踐表明，按設(shè)計(jì)廓形或60N鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形打磨鋼軌和道岔，不會(huì)出現(xiàn)動(dòng)車組橫向加速度報(bào)警及晃車；60kg/m鋼軌軌距角側(cè)打磨不足，在動(dòng)車組出現(xiàn)車輪凹磨達(dá)到一定值情況下易出現(xiàn)動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警或抖車；60kg/m鋼軌軌距角側(cè)打磨過(guò)量或非軌距角側(cè)打磨量不足，易出現(xiàn)動(dòng)車組車體晃車。國(guó)內(nèi)多條高鐵線路動(dòng)車組晃車整治實(shí)踐積累了豐富和寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

圖5 京石高鐵上行右股鋼軌廓形與60 kg/m鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形及設(shè)計(jì)廓形對(duì)比

3.1 動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警和抖車整治

3.1.1 武廣高鐵

2010年2月，武廣高鐵下行汩羅東—長(zhǎng)沙南區(qū)間發(fā)生因動(dòng)車構(gòu)架橫向加速度超限報(bào)警多次停車[4]。通過(guò)打磨鋼軌改善輪軌匹配關(guān)系的思路設(shè)計(jì)了鋼軌打磨廓形，按設(shè)計(jì)廓形進(jìn)行鋼軌打磨（見圖6），打磨后動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度最大值由打磨前的0.8g以上下降到0.5g以下[4]（見圖7），由打磨前光帶寬度約55mm且偏向軌距角側(cè)變?yōu)榇蚰ズ蠊鈳Щ揪又星覍挾燃s22mm，成功治理了武廣高鐵動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度超限報(bào)警。

3.1.2 京滬高鐵

2010年10—11月，在京滬高鐵綜合試驗(yàn)段（下行蚌埠—棗莊）指導(dǎo)上海和北京鐵路局嚴(yán)格按設(shè)計(jì)廓形進(jìn)行鋼軌預(yù)打磨。試驗(yàn)段打磨結(jié)束后，2個(gè)鐵路局對(duì)非試驗(yàn)段鋼軌和道岔進(jìn)行打磨，至2011年6月前京滬高鐵全程打磨結(jié)束。

2011年9月，對(duì)京滬高鐵鋼軌波磨的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，徐州以南鋼軌打磨廓形與設(shè)計(jì)廓形相符，徐州以北鋼軌廓形與設(shè)計(jì)廓形相差較大（下行試驗(yàn)段除外），與鋼軌原始廓形（標(biāo)準(zhǔn)廓形）相近。

圖6 武廣高鐵下行K1543+730左股打磨前后廓形與設(shè)計(jì)廓形及對(duì)應(yīng)光帶對(duì)比

2013年12月—2014年2月，北京鐵路局管轄的京滬高鐵頻繁發(fā)生動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警。2014年3月開始，北京鐵路局嚴(yán)格按設(shè)計(jì)廓形進(jìn)行打磨，打磨遍數(shù)為1遍，打磨后至今3年多未進(jìn)行廓形打磨，也未發(fā)生動(dòng)車組異常振動(dòng)現(xiàn)象。

圖7 下行線路K1543-K1551地段打磨前后振動(dòng)測(cè)試結(jié)果對(duì)比

2014年6月—2015年5月，濟(jì)南鐵路局管轄的京滬高鐵頻繁發(fā)生動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警。2015年4月開始，濟(jì)南鐵路局嚴(yán)格按設(shè)計(jì)廓形進(jìn)行打磨，打磨遍數(shù)為1～2遍，打磨后至今未發(fā)生動(dòng)車組異常振動(dòng)。

上海鐵路局管內(nèi)由于嚴(yán)格按設(shè)計(jì)廓形進(jìn)行打磨，預(yù)打磨后區(qū)間線路基本未發(fā)生報(bào)警。京滬高鐵開通3年內(nèi)，未對(duì)道岔進(jìn)行打磨，站區(qū)鋼軌廓形接近60kg/m鋼軌原始廓形，2014年6月CRH3型動(dòng)車組在京滬高鐵上海鐵路局管內(nèi)發(fā)生8起轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫向加速度報(bào)警，報(bào)警地點(diǎn)主要集中在常州北等未進(jìn)行打磨的車站附近。

3.1.3 哈大高鐵

2013年8月25日，擔(dān)當(dāng)沈陽(yáng)北—大連的G8060次動(dòng)車組列車，18：35行至營(yíng)口東—蓋州區(qū)間發(fā)生7車構(gòu)架橫向加速度限速報(bào)警，經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)生位置為上行K223+090附近。

2013年8月27—29日，對(duì)哈大高鐵營(yíng)口東—蓋州區(qū)間鋼軌使用情況進(jìn)行調(diào)查，重點(diǎn)測(cè)量了報(bào)警及對(duì)比區(qū)段鋼軌軌距、軌頭廓形、輪軌接觸光帶等，發(fā)現(xiàn)鋼軌廓形偏離設(shè)計(jì)廓形，與60kg/m鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形相近，光帶寬度40～45mm。隨后將測(cè)得的數(shù)據(jù)與車輛系統(tǒng)測(cè)得的報(bào)警動(dòng)車組車輪外形進(jìn)行匹配，計(jì)算其等效錐度，結(jié)果表明，報(bào)警地段等效錐度為0.4～0.5，隨后嚴(yán)格按設(shè)計(jì)廓形打磨報(bào)警地段鋼軌，打磨后報(bào)警消失，成功整治了哈大高鐵動(dòng)車組構(gòu)架報(bào)警現(xiàn)象。

3.1.4 滬昆高鐵

2015年4月，CRH380A-001編組號(hào)0202動(dòng)檢車在滬昆高鐵聯(lián)調(diào)聯(lián)試中檢測(cè)出橫向加速度報(bào)警，測(cè)試發(fā)現(xiàn)動(dòng)檢車車輪嚴(yán)重凹磨，凹磨約1.5mm[5-6]，同時(shí)鋼軌軌距角側(cè)R80mm區(qū)域打磨不到位，與設(shè)計(jì)廓形差異較大，對(duì)報(bào)警區(qū)域按設(shè)計(jì)廓形進(jìn)行再次打磨，打磨后等效錐度由0.80下降到0.23，之后動(dòng)檢車未出現(xiàn)橫加報(bào)警。

3.1.5 蘭新客專

蘭新客專2014年12月26日開通運(yùn)營(yíng)，2015年3月上旬開始，蘭州鐵路局管內(nèi)部分地段便攜式添乘儀偏差明顯增多，出現(xiàn)動(dòng)車組抖車現(xiàn)象。

使用鋼軌打磨車對(duì)抖車地段鋼軌按60N標(biāo)準(zhǔn)廓形進(jìn)行打磨，打磨后抖車現(xiàn)象基本消失。

2010—2015年，加強(qiáng)軌距角側(cè)R80mm和R13mm區(qū)域打磨，通過(guò)按設(shè)計(jì)廓形打磨鋼軌和道岔，2015年后我國(guó)高速鐵路動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警現(xiàn)象基本消失。

3.2 動(dòng)車組車體晃車整治

為防止動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警，加強(qiáng)了軌距角側(cè)打磨，部分線路部分地段出現(xiàn)了60kg/m鋼軌軌距角側(cè)打磨過(guò)量或非軌距角側(cè)打磨量不足，導(dǎo)致等效錐度過(guò)小，出現(xiàn)動(dòng)車組車體晃車。

3.2.1 合武客專

2014年4月25日，合武客專由于鋼軌軌距角側(cè)打磨過(guò)量發(fā)生動(dòng)車組晃車，由于軌距角側(cè)R13mm與R80mm連接區(qū)域打磨過(guò)量（達(dá)2.5mm），通過(guò)一次打磨難以修復(fù)到設(shè)計(jì)廓形，建議采用“漸進(jìn)式”打磨方法整治動(dòng)車組晃車，通過(guò)修理外側(cè)和軌頂中心區(qū)域以提高內(nèi)側(cè)軌面，逐漸修復(fù)軌頭廓形至設(shè)計(jì)廓形。通過(guò)整治動(dòng)車組晃車現(xiàn)象消除。

3.2.2 秦沈客專

2014年10—11月，沈陽(yáng)鐵路局大型養(yǎng)路機(jī)械段使用96磨頭打磨車對(duì)上、下行錦州南—遼中（K480—K636）鋼軌進(jìn)行打磨。打磨結(jié)束一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)列車晃車，特別是下行K481+800—K547+000地段，其中K524—K529地段晃車較為劇烈。

通過(guò)對(duì)晃車地段進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果表明鋼軌內(nèi)側(cè)存在明顯過(guò)打磨，且左右股鋼軌存在交替?zhèn)饶ガF(xiàn)象（見圖8），左股光帶寬度17mm，無(wú)側(cè)磨；右股光帶寬度25mm，側(cè)磨高度10mm。提出打磨整治建議，經(jīng)過(guò)整治消除了動(dòng)車組晃車現(xiàn)象。

圖8 秦沈客專下行K526+830左右股鋼軌情況對(duì)比

3.2.3 海南東環(huán)鐵路

2015年11月，海南東環(huán)鐵路出現(xiàn)動(dòng)車組車體晃車，出現(xiàn)晃車的區(qū)段存在直線鋼軌交替?zhèn)饶ァ：Ｄ蠔|環(huán)主要運(yùn)行CRH1型動(dòng)車組。制定海南東環(huán)鐵路鋼軌預(yù)防性打磨方案，根據(jù)實(shí)測(cè)鋼軌廓形差異采取分段整治方法，通過(guò)合理制定打磨程序，控制起始位置重疊區(qū)域間距，經(jīng)過(guò)整治消除了動(dòng)車組晃車現(xiàn)象。

3.2.4 滬昆高鐵

2015年10月，滬昆高鐵南昌鐵路局管段上行K703+500—K731+500出現(xiàn)晃車，上行K704+500附近鋼軌左右股廓形差異過(guò)大且右股軌距角區(qū)域打磨過(guò)量是導(dǎo)致車體晃車的主要原因。通過(guò)合理制定打磨程序，控制起始位置重疊區(qū)域間距平均為15km，進(jìn)行分段整治。經(jīng)過(guò)整治成功消除了動(dòng)車組晃車現(xiàn)象。

3.2.5 衡柳線

2017年7月，南寧鐵路局管內(nèi)衡柳線桂林—柳州區(qū)間開始出現(xiàn)車體嚴(yán)重晃車情況，特別是CRH380BL型動(dòng)車組。其中，上行K446—K450區(qū)段晃車特別明顯。調(diào)查表明，衡柳線鋼軌打磨廓形為60N鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形，晃車地段鋼軌工作邊側(cè)R80mm圓弧區(qū)域存在過(guò)打磨現(xiàn)象，最大過(guò)打磨量約0.7mm，鋼軌具有交替?zhèn)饶ヌ卣鳌?/p>

對(duì)晃車地段鋼軌進(jìn)行打磨，打磨后修復(fù)了鋼軌廓形，打磨前后鋼軌廓形與60N鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形對(duì)比見圖9，重新打磨后消除了動(dòng)車組車體晃車現(xiàn)象。

總結(jié)動(dòng)車組車體晃車情況，工務(wù)方面原因?yàn)檐壘嘟莻?cè)打磨過(guò)量，導(dǎo)致等效錐度過(guò)小。

圖9 衡柳線上行K447+700打磨前后廓形與60N鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形對(duì)比

3.3 高速鐵路鋼軌波磨整治

2011年7月，京滬高鐵發(fā)生扣件斷裂，繼而發(fā)現(xiàn)鋼軌波磨，通過(guò)對(duì)鋼軌波磨的大范圍檢測(cè)，獲得了我國(guó)高速鐵路鋼軌波磨波長(zhǎng)分布范圍。

我國(guó)高速鐵路（直線和大半徑曲線地段）出現(xiàn)的鋼軌波磨與打磨車打磨有關(guān)。打磨車砂輪材質(zhì)不均、打磨面傾斜、安裝傾斜及打磨軸承損壞等問(wèn)題均會(huì)打磨出周期性痕跡，隨著車輛運(yùn)行，周期性痕跡形成波磨，這些波磨波長(zhǎng)和波深一般都較小，對(duì)軌道和車輛影響不大；粉塵進(jìn)入油缸導(dǎo)致的油缸進(jìn)給或回落不暢與閉環(huán)控制綜合作用等問(wèn)題也會(huì)打磨出周期性痕跡，這種周期性痕跡一般位于打磨車砂輪下降和提升區(qū)域或線路打磨重疊和銜接區(qū)域。隨著車輛運(yùn)行，打磨痕跡發(fā)展成波磨，這種波磨的波長(zhǎng)和波深較大，需加強(qiáng)對(duì)打磨車砂輪下降或提升位置鋼軌打磨痕跡的檢查和處理，避免對(duì)軌道和車輛造成不良影響。

通過(guò)對(duì)京滬、京津城際、哈大、京廣、貴廣等高速鐵路鋼軌波磨地段的調(diào)研和長(zhǎng)期觀測(cè)，參考國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，提出我國(guó)高速鐵路鋼軌波磨打磨限制標(biāo)準(zhǔn)和打磨驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鋼軌波磨打磨，整治了我國(guó)高速鐵路鋼軌波磨[7]。我國(guó)高速鐵路鋼軌波磨標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)與國(guó)外存在區(qū)別：只檢測(cè)具有周期性打磨痕跡或具有明顯波磨特征地段（見圖10、圖11），其他地段不需檢測(cè)。

圖10 具有周期性打磨痕跡鋼軌

圖11 具有明顯波磨特征鋼軌

通過(guò)京滬高鐵鋼軌波磨打磨實(shí)踐，提出了發(fā)生波磨鋼軌打磨工藝：

（1）波磨地段鋼軌打磨滿足廓形要求，按設(shè)計(jì)廓形或60N鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形進(jìn)行打磨。

（2）打磨后波深（谷深）滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

波磨鋼軌廓形和波深及打磨車性能決定波磨鋼軌打磨遍數(shù)，對(duì)于待打磨廓形接近目標(biāo)廓形的波磨鋼軌，波深0.07～0.12mm波磨鋼軌使用GMC96B型鋼軌打磨車打磨遍數(shù)為2遍，使用GMC96X型鋼軌打磨車打磨遍數(shù)為1遍，軌頂打磨深度不小于0.20mm，打磨后鋼軌廓形與目標(biāo)廓形吻合，殘余波深小于0.04mm；對(duì)于待打磨廓形與目標(biāo)廓形差異較大波磨鋼軌，打磨遍數(shù)可增加1遍，一般不得超過(guò)3遍。

鋼軌波磨波深增加，輪軌垂直力增大[8-9]，當(dāng)發(fā)現(xiàn)超過(guò)波磨打磨限值時(shí)，應(yīng)及時(shí)打磨，并滿足打磨驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

（1）針對(duì)我國(guó)高速鐵路輪軌匹配不良、動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警頻發(fā)的情況，通過(guò)多年科技攻關(guān)與自主創(chuàng)新，對(duì)輪軌關(guān)系的理論和應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)深入研究，創(chuàng)造性提出采用廓形打磨技術(shù)改善輪軌匹配關(guān)系，創(chuàng)新了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的我國(guó)高速鐵路鋼軌和道岔打磨技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。

（2）研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的用于快速調(diào)試鋼軌和道岔打磨程序的廓形模板，針對(duì)打磨車的性能和特點(diǎn)，研究我國(guó)高速鐵路鋼軌按設(shè)計(jì)廓形或60N廓形打磨的工藝，獲得了我國(guó)高速鐵路鋼軌打磨工藝技術(shù)，為鋼軌和道岔廓形打磨的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。

（3）應(yīng)用高速鐵路鋼軌打磨技術(shù)從工務(wù)方面整治了固定區(qū)段動(dòng)車組構(gòu)架報(bào)警、抖車和車體晃車。

（4）實(shí)踐表明，高速鐵路鋼軌打磨技術(shù)顯著延長(zhǎng)鋼軌打磨周期和車輪鏇修周期，節(jié)約養(yǎng)護(hù)維修成本。

[1]周清躍，田常海，張銀花．高速鐵路鋼軌打磨關(guān)鍵技術(shù)研究[J]．中國(guó)鐵道科學(xué)，2012，33(2)：66-70．

[2]周清躍，田常海，張銀花，等．CRH3型動(dòng)車組構(gòu)架橫向失穩(wěn)成因分析[J]．中國(guó)鐵道科學(xué)，2014，35(6)：103-110．

[3]田常海，周清躍，劉丙強(qiáng)，等．客運(yùn)專線鋼軌預(yù)防性打磨技術(shù)的研究[R]．北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2011．

[4]周清躍，田常海，文彬．武廣高鐵CRH3動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫向加速度超限原因分析報(bào)告[R]．北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2010．

[5]周清躍，田常海，俞喆．CRH3型動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架橫向加速度報(bào)警成因及處理措施研究[R]．北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2015．

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[7]田常海，周清躍，劉豐收，等．高速鐵路鋼軌波形磨耗機(jī)理及打磨技術(shù)研究[R]．北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2014．

[8]王林棟．基于振動(dòng)響應(yīng)的高速鐵路鋼軌波磨快速檢測(cè)方法[J]．中國(guó)鐵路，2017(7)：44-49．

[9]蔣子清，司道林，李偉，等．高速鐵路鋼軌波磨研究[J]．中國(guó)鐵道科學(xué)，2014，35(4)：9-14．

Application and Practice of Grinding Technique for Rails and Turnouts of China High-speed Railway

TIAN Changhai
（Metals & Chemistry Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

Due to poor wheel-rail matching during the early construction period of high-speed railway in China,high-speed EMU trains are confronted with problems such as lateral acceleration alarm, shaking and corrugation.This paper proposed the rail grinding method as the remedy for poor wheel-rail matching. Technical research and practice of profile grinding were then carried out to improve the wheel-rail profile matching of high-speed railway in China, solving the problem of lateral acceleration alarm of high-speed EMU frame with the help of track maintenance. After lots of on-site survey and practice, the regulations and standards for grinding process of rails and turnouts were proposed, developing a complete set of grinding technique for rails and turnouts of highspeed railway in China.

high-speed railway；wheel-rail relationship；rail；turnout；grinding

U238；U211.5；U216.42+4

A

1001-683X（2017）11-0015-09

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.11.015

鐵道部科技研究開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2012G010-A、2009G012-A）；中國(guó)鐵道科學(xué)研究院科技研究開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YJ091）

田常海（1964—），男，副研究員，博士。E-mail：tianchanghai@sina.com

責(zé)任編輯 高紅義

2017-08-15