重載鐵路鋼軌打磨實驗數(shù)據(jù)對比及分析

孫 高 偉

(大秦鐵路股份有限公司朔州工務段，山西 朔州 036002)

重載鐵路鋼軌打磨實驗數(shù)據(jù)對比及分析

孫 高 偉

(大秦鐵路股份有限公司朔州工務段，山西 朔州 036002)

對重載鐵路設立新軌和既有鋼軌打磨試驗段和對比段，分析了預打磨和維護性打磨對消除或降低鋼軌疲勞傷損影響的作用，通過對打磨試驗段和對比段持續(xù)跟蹤觀測，對不同通過總重階段的鋼軌軌頭廓形、鋼軌工作面硬度以及鋼軌工作面使用和傷損狀況進行記錄，并根據(jù)現(xiàn)場采集的實驗數(shù)據(jù)，結(jié)合重載鐵路鋼軌疲勞傷損特征，提出了以打磨鋼軌軌距角為重點的打磨策略。

重載，鐵路，鋼軌，打磨，傷損情況

大秦重載鐵路是我國西煤東運的主要干線，近年來隨著運量和軸重的增加，特別是2萬t單元列車開行以來，鋼軌傷損情況有加重趨勢。在大秦鐵路重車線鋼軌傷損現(xiàn)象較為突出，主要有軌頭側(cè)磨，軌面壓潰，軌面裂紋，剝離掉塊，母材核傷，焊頭低塌。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鋼軌的滾動接觸疲勞傷損不僅影響鋼軌的正常使用、養(yǎng)護和探傷，而且影響行車的穩(wěn)定性和安全。目前大秦線的鋼軌傷損中大部分為軌頭表面的疲勞傷損，適合利用高效的鋼軌打磨車進行整治，但是由于大秦線運營繁忙，目前只能在線路大修期間實施鋼軌打磨，而且可供鋼軌打磨使用的作業(yè)天窗遠不能滿足要求。

1 鋼軌打磨試驗段和對比段的設置

根據(jù)大秦鐵路鋼軌的傷損現(xiàn)狀和現(xiàn)有的鋼軌打磨條件，在鋼軌病害情況較為突出的區(qū)段設置以維護性打磨為主的鋼軌打磨試驗段和對比段。根據(jù)大秦鐵路鋼軌傷損數(shù)據(jù)分析，半徑R≤800 m的曲線區(qū)段中鋼軌傷損情況最為嚴重，其次是大半徑曲線和直線區(qū)段，因此本次試驗中將鋼軌打磨試驗段和對比段均設定在半徑R=800 m的曲線區(qū)段和相鄰的直線區(qū)段，并在緩直點、緩圓點、曲中點、圓緩點和緩直點設置測點，這樣不僅便于鋼軌觀測的定位，而且可對圓曲線、緩和曲線和直線區(qū)段綜合考察。試驗段和對比段的軌道參數(shù)見表1，測點布置見圖1。

表1 試驗段和對比段的軌道參數(shù)

打磨試驗段和對比段鋪設的是75 kg/m U75 V鋼軌，其中曲線上股為淬火軌；曲線下股為熱軋軌；直線段為熱軋軌。

2 鋼軌軌頭廓形的分析

通過對比同一測點處不同時期鋼軌的廓形變化得到軌頭主要部位(垂磨位置，軌頂中部，軌頭45°徑向和側(cè)磨位置)的形變或磨耗數(shù)據(jù)對軌頭廓形進行分析(見圖2)。

既有鋼軌打磨試驗段和對比段軌頭廓形變化與通過總重的關(guān)系:1)試驗段和對比段上股的垂向形變分析。曲線半徑R800試驗段和對比段的垂向變形，打磨后隨累積通過總重的增加，試驗段K266～K269的整體垂向變形還是較低的，在80 MGT之后，基本是在0.005 mm/MGT以下，除圓緩點在100 MGT后有逐漸上升的趨勢，但仍小于0.008 mm/MGT，對比段K301基本是在0.005 mm/MGT左右，圓緩點稍高但沒有超過0.008 mm/MGT。盡管在打磨后至100 MGT之前，K283的垂向形變量呈下降趨勢，但除曲中點，其他處明顯偏高，圓緩點和緩直點均超過了0.01 mm/MGT，至200 MGT后，基本是在0.005 mm/MGT左右。2)試驗段和對比段上股45°徑向的形變分析。隨著通過總重的增加，曲線上股軌距角處45°徑向形變速率總體上趨于穩(wěn)定。試驗段K266～K269曲線45°徑向形變速率整體上較高，除圓緩點外，對比段K301的情況與試驗段K266～K269大致相同。試驗段K283曲線段45°徑向形變速率不夠穩(wěn)定，除圓緩點外，與其他兩個區(qū)段相比，其他測點處的形變速率偏低。3)試驗段和對比段下股的垂向形變分析。打磨試驗段和對比段的垂磨測量位置垂向形變速率在累積通過總重70 MGT之后的趨勢大致相同，試驗段K266～K269曲線和直線的形變速率差別較大，100 MGT之后曲線段是在0.005 mm/MGT左右，曲中點雖然超過了0.005 mm/MGT，但仍小于0.008 mm/MGT，對比段K301在100 MGT之后各點均小于0.005 mm/MGT。經(jīng)過打磨后至通過總重100 MGT 之前，試驗段K283的垂向變形速率基本呈下降趨勢，此后，除圓緩點到240 MGT趨于穩(wěn)定外，其他測點的形變速率基本穩(wěn)定，試驗段K283曲線段的垂向形變速率整體偏高，除曲中點外，其他兩點均超過了0.008 mm/MGT。曲線下股踏面中部形變速率，除試驗段K283的圓緩點處有異常變化外，其他區(qū)段或測點的踏面中部形變速率基本較為穩(wěn)定，試驗段曲線段的形變速率明顯要高于直線段，而對比段K301在累計通過總重100 MGT之后曲線和直線的形變速率小于0.005 mm/MGT。4)試驗段和對比段上股的側(cè)磨分析。從試驗段和對比段的測量結(jié)果可以看出，三個區(qū)段的側(cè)磨現(xiàn)象均較為嚴重，每百萬噸通過總重的側(cè)磨速率基本大于0.01 mm/MGT，圓緩點尤為嚴重，大于0.02 mm/MGT。試驗段K283和對比段K301曲中點的側(cè)磨速率在60 MGT后呈下降趨勢。

3 鋼軌軌頭工作狀態(tài)的分析

修理性打磨試驗段和對比段鋼軌使用情況：根據(jù)鋼軌傷損記錄，在試驗段建段之前，鋼軌傷損情況就比較嚴重，主要是在曲上股，曲下股相對較少，直線只是在個別處，在鋼軌打磨前后試驗段和對比段鋼軌傷損情況見表2，從鋼軌傷損統(tǒng)計結(jié)果可以看出，在第一次打磨之前試驗段K266～K269和K283的傷損就比較嚴重，即使是在軌距角處打磨4遍后，仍然可以看到明顯的裂紋和剝離，而第一次打磨后至第二次打磨前鋼軌傷損數(shù)量呈快速增長，這期間通過總重約有270 MGT，有些鋼軌在第一次打磨幾天后就出現(xiàn)核傷，如K267+22號鋼軌的曲上股。從第二次打磨后的結(jié)果可以看出，截至2007年10月，兩處試驗段鋼軌傷損數(shù)量仍然較多，分別為18處和9處，這段時間的累積通過總重約180 MGT。

表2 修理性打磨試驗段和對比段的鋼軌傷損情況

從既有鋼軌打磨試驗段的鋼軌打磨情況看，由于在打磨前鋼軌傷損就較為嚴重，因此，所實施的鋼軌打磨雖然在一定程度上緩解了鋼軌表面的傷損情況，改善了輪軌接觸情況，但不能改變鋼軌疲勞傷損惡化的趨勢，特別是核傷，這和預防性打磨試驗段第二次打磨后的情況有些類似。從硬度的測量結(jié)果可以看出，在打磨后且通過總重為60 MGT～70 MGT時就應該實施第二次打磨。實際上，第二次鋼軌打磨效果與第一次打磨基本類似。

從對比段的鋼軌使用情況看，由于鋼軌側(cè)磨較為嚴重，這在一定程度上抑制了鋼軌疲勞的發(fā)生和發(fā)展，因此，對比段K301的鋼軌疲勞傷損相對較少。對比段K301鋼軌側(cè)磨較重的現(xiàn)象可能與行車撒沙和制動減速有關(guān)。

4 結(jié)語

通過對新軌預打磨可以消除鋼軌使用初期的塑性流變和輕度剝離。維護性打磨可緩解鋼軌表面的疲勞傷損和改善輪軌接觸情況。鋼軌打磨應重點打磨軌距角處，加強曲線上股和直線軌距角處以及曲線下股和直線踏面的打磨。通過鋼軌廓形的分析說明輪軌的接觸狀況，并對鋼軌打磨起到一定的指導作用。曲線區(qū)段上股第一次打磨以軌距角處為主，并輔以軌頭廓形修理，其后的打磨主要是磨削軌距角處和踏面，無需打磨非工作邊。下股第一次打磨以踏面為主，并盡量去除軌距角處的塑性流變，其后的打磨重點是踏面，非工作邊根據(jù)傷損情況適度打磨；直線段重點以磨削踏面和軌距角處為主。鋼軌打磨后，鋼軌表面不得出現(xiàn)發(fā)藍現(xiàn)象，表面粗糙度不大于12.5 μm。

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On burnishing experiment data comparison of heavy-loaded railway rails and analysis

Sun Gaowei

(ShuozhouTrackMaintenanceDivision,Da-QinRailwayCo.,Ltd,Shuozhou036002,China)

The paper analyzes the influence of pre-burnishing and maintenance burnishing on reducing or relieving fatigue damages on steel rails from the burnishing test and comparative sections of existing and new rails along heavy-loading railways, records on railhead silhouette, strength of steel rail working face, and working face’s uses and damages, and points out the burnishing strategies focusing on the burnishing at rail track distance by combining with the fatigue damage features of rails along heavy-loaded railways.

heavy-loaded, rail, steel rail, burnishing, damage status

1009-6825(2015)02-0126-03

2014-11-05

孫高偉(1979- )，男，工程師

U213.4

A