城市軌道交通線路鋼軌全壽命養(yǎng)護研究

文 / 蘭州市軌道交通有限公司運營分公司 馬彬

隨著我國經(jīng)濟突飛猛進地發(fā)展，人們的生活水平顯著提升，城市人口數(shù)量也隨之劇增，城市軌道交通憑借其承載人數(shù)多，行駛方便、安全準時以及綠色環(huán)保的特點得到大多數(shù)城市的廣泛認可并成為市民出行的首選。為了滿足城市規(guī)模不斷擴大發(fā)展的需求，城市軌道交通的行車密度、載客量也與之劇增，導(dǎo)致列車與軌道之間的摩擦問題也日益嚴重，摩擦損耗的問題已經(jīng)嚴重地影響到了城市軌道交通路線鋼軌預(yù)期設(shè)計的使用壽命。因此，面對當下的問題，首先需要進行詳細的分析造成城市軌道交通線路鋼軌損耗的主要原因，根據(jù)實際存在的問題制定出相應(yīng)的控制措施。本文主要對城市軌道交通線路鋼軌磨損嚴重的原因進行系統(tǒng)的研究和分析，主要從軌道的全面養(yǎng)護和減緩軌道磨損兩個方面來考慮問題，最終提出了全壽命養(yǎng)護策略，這不僅能夠確保城市軌道列車安全可靠的運行，還能夠極大地延長城市軌道交通線路鋼軌的使用壽命，從而達到獲得最大經(jīng)濟效益的目的。

引言

近年來，隨著城市軌道交通線路的大量投入使用，不僅有效地解決了城市居民上班、下班高峰期的擁堵問題，還極大地減少了對城市環(huán)境的破壞，另外城市軌道交通憑借其本身行駛速度快、安全準時以及承載能力強的優(yōu)勢，現(xiàn)階段已經(jīng)逐步發(fā)展成為城市居民出行首選的交通工具。但是伴隨著城市人口數(shù)量的劇增，城市軌道交通的行車密度不斷增加，經(jīng)過高頻次的長時間運行作用導(dǎo)致城市軌道交通列車車輪與軌道之間的摩擦問題越來越嚴重，并產(chǎn)生了一定的破壞作用，這樣以來嚴重的影響了軌道的使用壽命。

而城市交通中鋼軌作為列車行駛主要的承載部

件，經(jīng)過列車車輪反復(fù)的動載作用和摩擦，鋼軌的表面極易出現(xiàn)各種損耗問題，尤其是鋼軌的軌距角處極易產(chǎn)生裂紋，問題嚴重時更會造成該部位的鋼軌出現(xiàn)剝離掉塊的現(xiàn)象，在專業(yè)的領(lǐng)域，該現(xiàn)象稱之為“滾動疲勞接觸傷損和磨耗傷損”，如果這個問題得不到有效解決，列車在行駛過程中還會產(chǎn)生巨大的噪音，情形嚴重時更會出現(xiàn)斷軌的現(xiàn)象，這對乘客的乘車舒適度甚至生命安全都造成了嚴重的影響。

形成城市軌道交通線路鋼軌損耗的過程及減小損耗的控制措施

城市軌道交通線路鋼軌的損耗大多數(shù)發(fā)生在鋼軌軌頭處，經(jīng)過長時間車輪的滾動動載擠壓和摩擦，鋼軌滾動接觸疲勞將會導(dǎo)致鋼軌軌頭出現(xiàn)剝離現(xiàn)象，由于這是輪軌接觸相對比較頻繁的位置，列車車輪強大的擠壓力作用在鋼軌軌頭處，將會產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力，當鋼軌軌頭的接觸應(yīng)力超過鋼軌的疲勞屈服極限時，鋼軌就會產(chǎn)生裂紋，鋼軌軌頭發(fā)生變形。

面對以上問題，鋼軌在安裝完成之后，首先應(yīng)對鋼軌表面進行打磨，對鋼軌結(jié)構(gòu)做一定的預(yù)整形處理，消除軌道材料在生產(chǎn)過程中內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力和施工中產(chǎn)生的一些初始不平順。另外，還可以通過適當?shù)恼{(diào)整鋼軌軌道參數(shù)和軌道的動力性能的方式，實現(xiàn)減緩和控制列車與軌道之間產(chǎn)生的摩擦損耗問題。

城市軌道交通線路鋼軌全壽命養(yǎng)護策略的提出

鋼軌全壽命養(yǎng)護策略的管理理念

造成城市軌道交通線路鋼軌損耗的主要原因是滾動疲勞接觸傷損和磨耗傷損，單從這一成因考慮，實質(zhì)上就是軌道與列車之間相互作用、相互摩擦產(chǎn)生的。

而鋼軌的使用壽命主要受制于鋼軌產(chǎn)生傷損的嚴重程度的影響，對于所采取的全壽命養(yǎng)護策略也需要根據(jù)鋼軌損壞的不同狀況來制定。例如列車每周或者每月的運行頻率、列車與軌道之間的接觸摩擦情況、鋼軌日常的潤滑頻率以及鋼軌的變形程度等等，這樣可以根據(jù)不同的情形，制定出不同的養(yǎng)護策略。

通過技術(shù)人員的分析和研究，可以適當?shù)母淖兞熊嚺c軌道之間的接觸關(guān)系，減少列車對軌道某一點的擠壓和受力，也可以改變原有軌道的材質(zhì)，增加鋼軌本身的韌性和彈性，并且定期的對鋼軌做潤滑處理和整形處理，這對提高軌道使用壽命有著良好的效果。

由此可知，對線路鋼軌實施全壽命養(yǎng)護策略本就是一項系統(tǒng)復(fù)雜的過程，如果僅僅是加強鋼軌的維護保養(yǎng)是不能夠從根本上消除鋼軌的磨損問題的，這必須要從整個系統(tǒng)流程考慮，結(jié)合列車的重量、結(jié)構(gòu)和運行頻率，認真做好軌道的日常檢測、鋼軌潤滑和變形等各項工作，這些都是減緩鋼軌損耗的合理手段。

為此，結(jié)合目前的鋼軌滾動接能疲勞傷損和磨耗傷損的主要檢測和養(yǎng)護手段，考慮鋼軌整個服役壽命期的傷損發(fā)展情況，提出鋼軌全壽命養(yǎng)護策略理念。

鋼軌全壽命養(yǎng)護策略是以線路的累積通過總重為時間軸，以鋼軌軌頭質(zhì)量的變化（如軌頭外形變化、鋼軌軌頂面裂紋發(fā)展、鋼軌磨耗等）為縱坐標，描述了鋼軌軌頭質(zhì)量隨累積通過總重變化的規(guī)律，這種鋼軌全壽命養(yǎng)護策略理念涉及到鋼軌從上道至更換下道整個壽命階段的全部內(nèi)容，主要包括鋼軌軌頭質(zhì)量標準的確定及應(yīng)用、鋼軌軌頭檢測技術(shù)及應(yīng)用、鋼軌軌頭整形作業(yè)技術(shù)及應(yīng)用以及鋼軌壽命預(yù)測等四個方面。

如何判定鋼軌損耗的嚴重程度則是當下需要重點研究的內(nèi)容，城市軌道全壽命養(yǎng)護策略的實施是通過列車高密度、高頻次行駛后軌道的累積運行狀態(tài)確定的，其中鋼軌軌頭質(zhì)量標準的控制則是全壽命養(yǎng)護策略順利開展的基礎(chǔ)條件，正確設(shè)定出鋼軌軌頭的質(zhì)量參數(shù)，這一過程包含了鋼軌在安裝之初的質(zhì)量參數(shù)和允許列車運行的最大質(zhì)量參數(shù)。

鋼軌軌頭質(zhì)量標準是控制鋼軌壽命的前提，主要包括鋼軌初始質(zhì)量和鋼軌臨界允許質(zhì)量。在新線軌道鋪設(shè)完成之后，需要對各項參數(shù)進行試驗，可以選擇采用列車正式運行來檢驗軌道的質(zhì)量問題，這能夠有效地消除鋼軌在擠壓之后產(chǎn)生的初始應(yīng)力作用。進而在列車運行試驗完成之后，需要將鋼軌軌頭的初始不平順和缺陷打磨干凈，盡可能的減少鋼軌的表面粗糙度，由此鋼軌在經(jīng)過一系列的預(yù)處理之后，使得鋼軌處于最佳的初始狀態(tài)。

另外鋼軌軌頭在經(jīng)過長時間的擠壓之后，邊角的磨損十分嚴重，導(dǎo)致鋼軌軌頭的外形發(fā)生變化，這樣以來列車在正常運行過程中往往存在著一定的安全隱患。鋼軌不能繼續(xù)服役，必須更換下道。這種情況下的鋼軌軌頭質(zhì)量就是鋼軌臨界允許質(zhì)量。面對當下的這種情況，鋼軌軌頭的質(zhì)量問題就顯得至關(guān)重要，這也是加強軌道整形修復(fù)的重要內(nèi)容。

鋼軌全壽命養(yǎng)護策略的關(guān)鍵內(nèi)容

鋼軌全壽命養(yǎng)護策略的有效實施，首先需要深入的了解列車與軌道之間的接觸關(guān)系以及合理的鋼軌外形結(jié)構(gòu)，這需要從鋼軌作用邊的摩擦和滾動接觸造成的磨損來看，這個主要問題的成因即是列車與軌道之間的關(guān)系和地位并不明確造成的。

采用全壽命養(yǎng)護策略的最終目的就是通過對已經(jīng)發(fā)生變形的軌道，利用物理、化學(xué)手段將其恢復(fù)成最初的狀態(tài)，將鋼軌軌頭恢復(fù)成正確的外形輪廓，這樣在一定程度上改善了之前的列車與軌道之間的接觸關(guān)系，與此同時也能夠有效地減緩和控制列車與軌道之間產(chǎn)生的摩擦損耗。

另外，可以在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，對以往列車與軌道的接觸模式進行革新，這就需要根據(jù)列車的條件，線路運行的條件和軌道的損耗程度，設(shè)計出能夠產(chǎn)生最佳的列車與軌道接觸關(guān)系，其中車輛條件包括車輛的自身重量、列車鋼輪材質(zhì)的硬度和列車懸掛的阻力等等；線路運行條件則包括列車與軌道接觸部分的高低好壞、軌道材質(zhì)的彈性程度和鋼軌的類型等等；軌道的損耗程度包括軌道軌頭偏離大小、軌道表面的粗糙度以及鋼軌頭部的變形程度等等。

在掌握以上基本參數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)列車的行駛情況設(shè)計出適合以上運行狀況的軌道鋼軌結(jié)構(gòu)，這樣可使修正的線路能夠與列車進行完美搭配，能夠最大化的減緩和控制列車與軌道之間的摩擦損耗。

通常情況下，線路軌道在經(jīng)過長時間的高密度、高頻次的重復(fù)作用之后，其外形輪廓難免會發(fā)生變形，尤其是在鋼軌軌頭發(fā)生嚴重變形之后，列車與軌道之間的接觸和銜接必然存在問題，導(dǎo)致鋼軌表面的磨損程度日益嚴重，最后只能通過更換鋼軌的方式解決這個問題。

然而通過物理或化學(xué)手段對鋼軌進行整形，更是人為干預(yù)情況下的一種鋼軌軌道損耗，當鋼軌軌頭的材質(zhì)質(zhì)量發(fā)生變化，將會加劇列車與軌道之間的摩擦損耗，因此如何科學(xué)有效的對鋼軌進行整形則是鋼軌全壽命養(yǎng)護策略實施的關(guān)鍵性內(nèi)容，采用周期性的鋼軌整形手段能夠最大化的延長鋼軌的使用壽命。

另外，良好的鋼軌潤滑劑也能夠減緩列車與軌道表面之間的摩擦損耗，但是這避免不了鋼軌表面粗糙度的摩擦損耗，鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生的裂紋最終將會累積下來，進而導(dǎo)致鋼軌可能出現(xiàn)斷軌現(xiàn)象。

結(jié)語

總而言之，經(jīng)過多年城市軌道交通線路軌道養(yǎng)護實踐經(jīng)驗的積累，針對列車與軌道摩擦嚴重的問題，我國已經(jīng)掌握了一定的科學(xué)有效的解決方法，但是相比較國外的城市軌道交通鋼軌養(yǎng)護策略仍然存在一定的差距。

因此，我國要根據(jù)各個城市軌道行駛的實際情況，設(shè)計出科學(xué)合理的軌道全壽命養(yǎng)護策略，這就需要相應(yīng)的軌道養(yǎng)護技術(shù)人員了解線路軌道的損耗情況和車輛自身的各種條件，牢牢掌握列車實際的運行規(guī)律，盡可能的控制和減緩列車與軌道之間存在的摩擦損耗。

除此之外，還需要加強軌道的日常維護保養(yǎng)，利用先進的軌道磨損檢測技術(shù)和評價標準，合理的設(shè)置軌道使用的相關(guān)參數(shù)?？茖W(xué)合理的使用城市軌道交通線路鋼軌的全壽命養(yǎng)護策略不但能夠最大化的延長軌道的使用壽命，而且能夠極大地提升城市交通的運行效率，減少線路行車故障的發(fā)生。