鐵路道岔打磨技術裝備現(xiàn)狀與應用分析

賈軍

（中國神華能源股份有限公司 軌道機械化維護分公司，天津 300467）

0 引言

道岔是鐵路的咽喉，也是鐵路線路中最薄弱的環(huán)節(jié)，道岔的質量狀態(tài)對運輸效率和行車安全有著重要影響。實踐證明，道岔打磨是鋼軌病害預防和修理的有效手段，可顯著改善道岔質量，從而延長道岔使用壽命、提高車輛運行平穩(wěn)性［1］。

近年來，我國鐵路道岔打磨從引進國外原始技術到實現(xiàn)裝備國產化，已取得顯著成果，有效地解決了鐵路道岔大部分區(qū)域的打磨作業(yè)問題［2-4］。但是，由于我國高速、重載鐵路運輸繁忙，線路維修天窗時間有限，道岔結構復雜，僅能滿足高速鐵路道岔直股打磨作業(yè)需求，而道岔曲股、尖軌、岔心等區(qū)域成為作業(yè)盲區(qū)，且無法兼顧普速、重載鐵路。因此，從道岔打磨的技術標準、裝備特點、工藝方法等方面，對我國鐵路道岔打磨技術現(xiàn)狀和應用情況進行研究。

1 驗收標準與技術規(guī)范

我國鐵路道岔主要分為普速、高速、重載等技術體系，經(jīng)過多年研究和經(jīng)驗積累，逐步形成相應的道岔打磨驗收標準與技術規(guī)范。中國國家鐵路集團有限公司（簡稱國鐵集團）發(fā)布的《普速鐵路鋼軌打磨指導意見》（運工線路函〔2014〕227號）［5］、《高速鐵路鋼軌打磨管理辦法》（鐵總運〔2014〕357號）［6］是我國普速、高速鐵路道岔打磨作業(yè)的主要指導性文件；鐵道行業(yè)標準TB/T 2658.22—2010《工務作業(yè)第22部分：鋼軌、道岔打磨車作業(yè)》［7］、國鐵集團企業(yè)標準Q/CR 681—2018《高速鐵路鋼軌與道岔大型機械打磨驗收技術規(guī)范》［8］對道岔打磨車的作業(yè)條件和高速鐵路道岔打磨作業(yè)后的驗收標準進行了規(guī)范；重載鐵路道岔打磨暫無專門的技術規(guī)范，主要參照上述管理文件和標準執(zhí)行。

2 打磨策略

根據(jù)打磨策略的不同，道岔打磨可分為以下3種類型：

（1）預打磨。對鋪設上道的新軌進行打磨，去除軌面脫碳層、消除軌面缺陷，形成新的軌頭廓形［9］。

（2）預防性打磨。對鋼軌進行周期性打磨，預防或阻止?jié)L動接觸疲勞、波浪磨耗等病害的產生和進一步發(fā)展。

（3）修理性打磨。對已產生較嚴重損傷和缺陷的道岔進行病害消除，修正軌頭廓形［10］。

目前，普速、高速和重載鐵路道岔均以預防性打磨為主、修理性打磨為輔。高速鐵路道岔正在發(fā)展控制噪聲打磨的策略，即通過消除如波磨等細小不平順，控制鋼軌表面粗糙度，改善輪軌接觸關系，進而降低噪聲水平。

3 技術裝備

根據(jù)打磨技術原理的不同，打磨技術可分為砂輪端面打磨技術、砂輪周面打磨技術、銑磨復合打磨技術、砂帶打磨技術等［11］。在道岔打磨作業(yè)中，砂輪端面打磨技術裝備應用最廣泛，而砂輪周面打磨技術裝備的應用在我國尚處于摸索、嘗試運用階段。

3.1 砂輪端面打磨技術裝備

3.1.1 大型道岔打磨車

大型道岔打磨車是我國道岔打磨的主力車型，具有高速自運行和作業(yè)走行功能，符合我國鐵路“集中修”和“天窗”作業(yè)模式。該車型利用高速旋轉的砂輪對鋼軌軌頭進行磨削，可實現(xiàn)岔區(qū)新鋼軌的預打磨，去除表面銹蝕、氧化皮等；可實現(xiàn)岔區(qū)在役軌的修理性打磨，消除磨耗、裂紋、肥邊等損傷，恢復岔區(qū)鋼軌的軌頭廓形。

大型道岔打磨車主要以金鷹重型工程機械股份有限公司的CMC-20型道岔打磨車（見圖1）、美國哈斯科公司（Harsco Corporation）的RGH20C型道岔打磨車為代表。CMC-20型道岔打磨車是RGH20C型道岔打磨車的國產化車型，2種車的結構、功能基本一致。CMC-20型道岔打磨車共有20個打磨單元。其中，杯形砂輪打磨頭16個，砂輪直徑為152 mm；碟形砂輪打磨頭4個，砂輪直徑為280 mm；各打磨頭角度調整范圍為內側75°～外側45°。

圖1 CMC-20型道岔打磨車

3.1.2 中型道岔打磨車

中型道岔打磨車介于大型與小型機械之間，具有作業(yè)自走行功能，主要適用于工務臨修時的道岔修理性打磨作業(yè)。

中型道岔打磨車主要以德國L&S公司（Luddeneit und Scherf Gmbh）的LRGM型鋼軌道岔打磨車（見圖2）、哈爾濱哈鐵裝備制造有限公司的GMC-12-Ⅱ型鋼軌打磨車為代表。該車型無高速自運行功能，需要通過吊裝或專用的儲運及上下道一體集裝箱上下軌道作業(yè)，由軌道車牽引平車進行運輸。LRGM型鋼軌道岔打磨車裝有6組可獨立調整的磨石裝置。其中，杯形磨石4組、碟形磨石2組；打磨速度0.6～4.0 km/h，自走行速度最高10 km/h。

圖2 LRGM型鋼軌道岔打磨車

3.1.3 道岔打磨小機

道岔打磨小機是由單個獨立操作的磨石裝置實現(xiàn)道岔打磨的小型機具，通過橫移、打磨角度調整、進給等，實現(xiàn)鋼軌預防性和修理性打磨，主要包括用于消除鋼軌頂面魚鱗紋和肥邊的道岔頂面打磨機、用于道岔側邊打磨的道岔打磨機。道岔打磨小機可作為大型道岔打磨車作業(yè)后的補充打磨裝備，也可通過組合打磨方式獨立進行道岔的預防性打磨和修理性打磨。

道岔打磨小機主要以德國羅貝爾公司（Robel Bahnbaumaschinen）的MV3型垂直鋼軌打磨機、法國吉斯馬公司（Geismar）的MC3型道岔打磨機為代表（見圖3）。

（1）MV3型垂直鋼軌打磨機。采用杯形砂輪打磨頭，主要用于打磨道岔軌頂面魚鱗紋和肥邊；動力采用汽油機，功率5 kW；砂輪直徑150 mm，砂輪轉速4 100 r/min。

（2）MC3型道岔打磨機。采用碟形砂輪打磨頭，主要用于打磨鋼軌和道岔側邊，可打磨道岔的尖軌、轍叉和護軌區(qū)域；動力采用汽油機，功率4 kW；砂輪直徑254 mm，砂輪轉速3 600 r/min。

3.1.4 仿形打磨小機

仿形打磨小機主要適用于對大型道岔打磨車作業(yè)盲區(qū)進行補充打磨，其工作原理是通過導向仿形輪和鋼軌的接觸點與砂輪端面和鋼軌的接觸點保持在同一條直線上，確保砂輪觸點仿形打磨。仿形打磨機的打磨精度和廓形質量，主要通過操作人員根據(jù)經(jīng)驗觀察打磨火花大小、調整每遍的打磨進給量進行控制。

仿形打磨小機主要以法國吉斯馬公司（Geismar）的MP12型仿形打磨機、MP23型仿形打磨機為代表（見圖4）。

圖4 仿形打磨小機

（1）MP12型仿形打磨機。為一體式仿形打磨機，用于道岔區(qū)翼軌打磨。其打磨頭與支撐機架剛性連接，打磨作業(yè)時需要通過人工翻轉整個機架來實現(xiàn)仿形打磨。

（2）MP23型仿形打磨機。為動力分離式仿形打磨機，用于道岔心軌打磨。其打磨頭機架與支撐機架可分離，作業(yè)時僅需翻轉磨頭機架，并通過手動定量進給控制打磨量。

3.2 砂輪周面打磨技術裝備

3.2.1 鋼軌快速打磨車

鋼軌快速打磨車采用砂輪被動式圓周打磨原理，可在運行中對鐵路線路鋼軌進行快速打磨作業(yè)。該車型不受“天窗”時間限制，且不改變鋼軌原始廓形，能夠消除鋼軌疲勞層，適用于鋼軌預打磨和預防性打磨作業(yè)。

鋼軌快速打磨車主要以德國福斯羅（Vossloh）公司的HSG型高速打磨列車、中國鐵建高新裝備股份有限公司的KGM-80Ⅱ型鋼軌快速打磨車為代表（見圖5）。鋼軌快速打磨車的打磨作業(yè)速度為60～80 km/h，其作業(yè)速度決定磨石的轉速，不會因溫度過高而使鋼軌發(fā)藍。由于其作業(yè)速度快，為避免損傷尖軌和岔心，目前我國僅用于進行線路鋼軌打磨，在道岔區(qū)域“過而不打”。

圖5 KGM-80Ⅱ型鋼軌快速打磨車

3.2.2 砂輪圓周曲面打磨車

砂輪圓周曲面打磨車采用幾組不同的砂輪圓周曲面包絡鋼軌斷面輪廓進行打磨修正，保證鋼軌修復后各段圓弧面的特征，并且與相鄰圓弧面有良好過渡。該車型能夠完好地修復和保持鋼軌廓形斷面的連續(xù)曲線特征，不會形成傳統(tǒng)砂輪端面打磨留下的小平面。

砂輪圓周曲面打磨車以意大利Mecno服務公司（Mecno Service）的MS12S-ASG型打磨車為代表（見圖6），其打磨模塊有2種類型：一是雙磨頭聯(lián)動的常規(guī)模塊，二是單磨頭的Beveling模塊。2種模塊均可通過調節(jié)，對道岔不同區(qū)域進行打磨。一般來說，常規(guī)模塊用于打磨波磨、Beveling模塊用于打磨軌距角病害。砂輪圓周曲面打磨車適用于道岔預打磨、預防性打磨、修理性打磨，尤其對于道岔的修理性打磨，較傳統(tǒng)砂輪端面打磨具有較大優(yōu)勢。

圖6 砂輪圓周曲面打磨車

3.3 裝備性能對比

各類型打磨技術裝備性能對比見表1。

表1 各類型打磨技術裝備性能對比

4 作業(yè)模式與工藝

4.1 大機、小機結合作業(yè)

目前，我國鐵路道岔打磨主要采用“大機打磨為主，小機打磨為輔，大機、小機打磨相結合”的作業(yè)方式［12］。道岔打磨車可解決鐵路道岔大部分區(qū)域的打磨作業(yè)問題，但在尖軌、轍叉、曲股等部分區(qū)域，受天窗時間、打磨裝置結構等限制，現(xiàn)有道岔打磨車無法完全兼顧或存在打磨受限區(qū)（見圖7）。存在打磨受限區(qū)的主要原因是砂輪端面打磨裝置結構受限，杯形砂輪與碟形砂輪在該區(qū)域打磨時，容易與鋼軌發(fā)生干涉。道岔打磨車在打磨時，砂輪會與該區(qū)域鋼軌發(fā)生干涉，導致無法正常打磨（見圖8）。該區(qū)域需要工務段利用小型仿形打磨機具或手持角磨機，進行補充打磨作業(yè)。使用小型機具補充打磨作業(yè)，存在用工多、作業(yè)效率低、打磨質量和精度不易控制等問題。

圖7 12#道岔打磨受限區(qū)

圖8 打磨干涉示意圖

4.2 道岔打磨小機組合作業(yè)

除了典型的大機與小機相結合的作業(yè)模式，國內外還摸索出通過道岔打磨小機組群進行道岔打磨作業(yè)的模式。該作業(yè)模式一般采用5臺MV3型垂直鋼軌打磨機、1臺MC3型道岔打磨機、1臺手持式角磨機的組合方式（見圖9），具有作業(yè)靈活的特點，可根據(jù)打磨前的廓形測量結果打磨作業(yè)，既可針對集中修時道岔打磨車受限區(qū)進行補充打磨，又可獨立對道岔進行修理性通打。

圖9 道岔打磨小機成組作業(yè)

4.3 圓周曲面打磨

圓周曲面打磨技術裝備已在我國部分高鐵和城軌線路中摸索應用，根據(jù)其打磨技術原理和應用實踐情況可知，該技術在解決道岔區(qū)護軌、尖軌、轍叉等道岔打磨車受限區(qū)方面有較大優(yōu)勢，可覆蓋全范圍道岔區(qū)域（見圖10）。如圖10所示，無論是在護軌、尖軌還是心軌區(qū)域，曲面磨石均可與臨近軌之間有較大的安全余量，可實現(xiàn)曲面磨石能從尖軌或心軌順利過渡到基本軌上，完成道岔打磨作業(yè)。

圖10 曲面打磨道岔示意圖

5 結論

通過對鐵路道岔打磨技術裝備現(xiàn)狀與應用進行分析，得出以下結論：

（1）我國鐵路道岔打磨已形成較為成熟的打磨技術標準、裝備和工藝方法，可有效解決道岔大部分區(qū)域的打磨作業(yè)問題。

（2）目前鐵路道岔打磨主要采用大機為主、小機為輔的打磨作業(yè)方式，打磨裝備根據(jù)技術原理和應用特點可分為大型道岔打磨車、中型道岔打磨車、道岔打磨小機、仿形打磨小機和砂輪圓周曲面打磨車。

（3）針對道岔打磨存在的問題以及高速、重載鐵路道岔作業(yè)不同的需求，仍需進一步研究相適應的打磨技術和裝備，摸索更高效的打磨作業(yè)模式和工藝。