淺談鋼軌平順性的影響因素及其整治措施

王相悅

（濟南鐵路局濟南工務機械段，山東 濟南250022）

0 引言

高速鐵路均采用長鋼軌焊接無縫線路，與傳統(tǒng)有縫線路相比，鋼軌通過焊接方式相連，消除了軌縫的影響，最大限度地保持了線路的連續(xù)性和整體性，使接頭處的輪軌動力效應得到大大改善。但是，受焊接材料、焊接工藝水平、養(yǎng)護維修等多方面因素影響，在車輪反復輾壓作用下，鋼軌焊接接頭處會出現(xiàn)各種缺陷，如焊接接頭低塌，造成鋼軌頂面短波不平順的出現(xiàn)。鋼軌頂面短波不平順對高速行車的噪聲、振動和行車安全性均有重要影響。一方面，鋼軌頂面短波不平順將引起較大的輪軌附加動荷載，引發(fā)鋼軌、車輪及其他部件的損傷、斷裂，直接影響高速行車安全性；另一方面，由于鋼軌所受沖擊振動的增大，致使軌下基礎受力增加，進而產(chǎn)生不均勻變形和其他損傷或破壞，加劇軌道幾何狀態(tài)的惡化。因此，鐵路軌道除需滿足強度要求外，還必須嚴格滿足平順性的要求。

1 鋼軌不平順的種類及成因

1.1 局部缺陷性不平順

新鋪的鋼軌軌身、軌腰不平，鋼軌全長有彎曲、扭曲，軌端扭曲等不平順，主要是由于在運軌及鋪設過程中受外力出現(xiàn)了硬彎、擦傷等不平順。

另外，鋼軌的焊接也會產(chǎn)生影響。由于鋼軌外形尺寸的差異、焊接設備技術狀態(tài)、焊接作業(yè)人員技術水平以及焊接工作管理等各方面原因都會影響鋼軌焊縫處外觀質(zhì)量及平順性。

1.2 鋼軌縱向波磨不平順

這是鋼軌軋制形成的一種周期性不平順，表現(xiàn)為鋼軌軌面呈明顯的波浪狀不平順，鋼軌軌頭下顎、軌底均隨鋼軌踏面呈周期性的垂直彎曲（鋼軌斷面在鋼軌長度方向呈波浪形彎曲）。鋼軌在軋制校直過程中，由于輥式矯直機偏心（或不圓）、滾軋壓力不均勻等原因，使鋼軌產(chǎn)生周期性的不平順。

1.3 軌頭剝離、掉塊、擦傷、不均勻磨耗等表面缺陷

軌頭剝離、掉塊、擦傷、不均勻磨耗等表面缺陷所帶來的不平順屬軌而短波不平順，是鋼軌頂而小范圍內(nèi)的不平順，其中軌而擦傷等多是孤立的，不具周期性，而波紋磨耗、波浪形磨耗則具有周期性特征。軌而擦傷、剝離、掉塊、波紋磨耗波長在數(shù)毫米至數(shù)十毫米，幅值0.02～1mm；波浪形磨耗波長數(shù)百毫米，幅值0.1～2mm。由于金屬接觸疲勞強度不足和車輪的重復作用，鋼軌頂而金屬冷作硬化，形成了剝離等。由于鋼軌材質(zhì)的缺陷及車輪的動力作用使得鋼軌出現(xiàn)磨耗。

1.4 道岔不平順

在轍叉部分2根內(nèi)側軌線平面相交處，固定轍叉存在軌線中斷，可動轍叉存在軌線相交而不平順，在轉轍器尖軌尖端部分，存在基本軌和尖軌間車輪荷載的過渡段豎向不平順，在轍叉上存在叉心和翼軌間車輪荷載的過渡段豎向不平順，道岔區(qū)有接頭軌縫。

2 改善和提高鋼軌平順性的措施

2.1 建設階段控制鋼軌初始不平順的主要措施

2.1.1 提高鋼軌的制造精度

鋼軌的初始不平順直接影響軌道的不平順，為了減少鋼軌在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的初始不平順，國外鋼軌生產(chǎn)企業(yè)除了在合理選擇鋼軌斷而、保證材質(zhì)潔凈、強韌匹配等方而進行了優(yōu)化外，還對其生產(chǎn)工藝進行了改造，采用了先進的冶煉技術來確保其制造精度，如采用連鑄工藝避免鑄錠的二次氧化、減少鋼軌表而缺陷;采用萬能法軋制可實現(xiàn)4個方向的對稱軋制;采用長尺軋制、長尺冷卻、反向預彎和長尺矯直工藝減少矯直彎曲度;采用帶硬質(zhì)合金的可隨溫定尺的聯(lián)合鋸鉆機床準確進行鋸鉆和端頭加工從而提高鋼軌的尺寸精度;采用水平—垂直復合矯直，利用多個可變輥距的水平輥和垂直輥以激光測量和計算機在線調(diào)整，使鋼軌具有較高的平直度和尺寸精度;采用先進的檢測技術，利用激光進行自動檢測鋼軌幾何尺寸，利用渦流技術檢測表而質(zhì)量。我國的鞍鋼、包鋼及攀鋼近幾年通過設備改造和技術攻關，水平有了很大的提高，但與國外相比還有一定的差距，除鋼軌內(nèi)在質(zhì)量還需進一步提高和穩(wěn)定外，鋼軌外觀缺陷、尺寸誤差和垂向波浪彎曲是突出的薄弱環(huán)節(jié)，迫切需要進一步改造。

2.1.2 采用長定尺鋼軌

高速鐵路因列車行駛速度高、機車軸重較輕、線路曲線半徑較大等特點對鋼軌質(zhì)量提出了新的要求，即鋼軌要具有“四高”—高內(nèi)部質(zhì)量、高尺寸精度、高平直度、高表而質(zhì)量。采用超長鋼軌是高速鐵路建設的必然要求，可以大幅度減少焊接接頭數(shù)量，明顯改善鐵路平順性，減少鋼鐵軌傷損，提高鐵路運行的安全性。目前，我國高速鐵路鋼軌采用60kg/m 100m長尺鋼軌。

2.1.3 采取綜合措施提高道岔區(qū)的平順性

采用平順性好不會引起輪軌沖擊的大號碼可動心軌道岔；道岔區(qū)軌道剛度的變化應盡量平緩；增加道岔區(qū)底碴厚度，分層振動壓實；研制采用不擾動道床的大號碼道岔鋪設機具；采用作業(yè)精度高的道岔整道機，精確校正道岔區(qū)的幾何尺寸；在道岔設計、制造、施工鋪設等各個環(huán)節(jié)，都采取措施提高道岔結構本身和道岔區(qū)軌道的平順性。

2.2 運營管理過程中控制鋼軌不平順的主要措施

2.2.1 利用大型打磨機具進行周期性打磨

鋼軌打磨是消除各種鋼軌不平順的重要手段，已為世界各國所采用。對高速鐵路而言，鋼軌打磨作業(yè)顯得尤為重要。日本對環(huán)境影響較嚴重的區(qū)段，通過總重3000萬t打磨1遍；一般地區(qū)，通過總重約6000～8000萬t時打磨1遍;法國TGV東南線平均每年打磨工作量在150km左右，4年全而打磨1遍，而且采用搗固與打磨同步進行的方式，維修工作量大幅減少。德國規(guī)定V>160km/h區(qū)段，波長3m，深度0.3mm時應打磨。其有關資料還顯示，每通過300～4000萬t需打磨一遍。

2.2.2 切實提高焊接質(zhì)量

高速鐵路在運營過程中，不可避免地要出現(xiàn)一些重傷軌、磨耗軌，在更換的過程中也不可避免地需要進行接頭焊接，在現(xiàn)場中使用接觸焊、鋁熱焊，使用較多的是鋁熱焊，但鋁熱焊焊接接頭因焊縫是鑄態(tài)組織，其強度往往低于被焊接軌材質(zhì)，易造成二次損傷，建議采用接觸閃光焊。

3 結論

（1）鋼軌打磨質(zhì)量不僅涉及到安全，而且還涉及到技術與經(jīng)濟，建議抓緊開展我國客運專線線路開通前的鋼軌預打磨、開通后的鋼軌預防性打磨及保養(yǎng)性打磨研究和試驗，制定鋼軌打磨各種形式與參數(shù)、打磨程序、條件和驗收標準，為客運專線順利開通和安全平穩(wěn)運行創(chuàng)造條件。

（2）控制鋼軌初始不平順，是高速鐵路建設時期的關鍵問題，也是新線驗收過程中必須注重的問題。

（3）道岔區(qū)鋼軌斷而、軌枕長度、軌道剛度都有變化，道岔結構本身就具有不平順性，是高速軌道的薄弱部位，較區(qū)間軌道更難保持高平順，因此必須高度重視，采取綜合措施提高道岔區(qū)的平順性。

（4）在更換重傷軌的過程中也不可避免地需要進行接頭焊接，為避免二次損傷，建議采用接觸閃光焊，并切實把好焊接關。

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