高速铁路钢轨打磨技术研究与应用

马良民

(广州铁路集团公司，广州 510600)

高铁线路在运营过程中，个别地段出现CRH3型动车组转向架构架横向振动加速度报警限速的现象(以下简称动车组横向振幅超限)。

1 动车组横向振幅超限原因分析

出现动车组横向振幅超限后，及时组织调查分析组认真分析线路动态检测资料，并深入现场进行调研，重点检查和分析轨道几何尺寸、钢轨光带和轨廓等轨道结构情况。

1.1 钢轨光带

钢轨光带的测量数据表明，大多数地段钢轨光带正常，光带距内侧作用边 a=15～20 mm，光带宽度 L=25～35 mm，光带距外侧 b=23～28 mm。但在动车组横向振幅超限和晃车地段出现异常光带，有以下几种表现形式:①部分地段钢轨出现双光带，靠钢轨内侧轨距角处有一条很窄的光带(约2～4 mm)，反映出钢轨与轮对侧面间歇接触;②在钢轨表面可以很明显看出有两种颜色光带，新旧光带有一定的偏移，一般表现为新光带朝钢轨内侧偏移，光带距内侧作用边a值基本为0;③部分轨面出现忽宽忽窄的跳跃式光带，多发生在长大直线上，一般长约3～5 m，左右股钢轨光带变换无规律。

1.2 轨道几何尺寸

综合检测列车每月对武广高铁检测2～3次，检测数据表明几何尺寸偏差程度轻，无三级偏差，各项动力学指标不超限，主要扣分项目为横向加速度和轨距变化率。截止2010年3月底，上下行线路扣分，横向加速度占48.4%，轨距变化率占44.8%。

1.3 轨廓

使用IMAGEMAP EZ-3型便携式轨廓仪，对钢轨轨头廓形进行检测并与60 kg/m钢轨标准断面比对分析，动车组横向振幅超限地段钢轨整体轮廓虽基本相符，但轨冠不饱满，轨距角R13处突出。

通过检查分析，认为动车组横向振幅超限地段虽然轨道几何尺寸偏差基本不超限，但是钢轨轨廓存在制造缺陷，造成轮轨匹配关系不好，车轮与钢轨非正常接触是导致动车组横向振幅超限的主要原因，表现为钢轨光带不正常，而修整钢轨轮廓是改善轮轨接触状态，消除动车组横向振幅超限的措施之一。

2 钢轨打磨模式确定

目前，修整钢轨轮廓最有效的方式是实施打磨作业。为保证钢轨打磨质量，提高动车组运行平稳性，针对高速铁路的行车特性，合理确定钢轨打磨方案和工艺参数至关重要。

2.1 打磨模式和工艺参数试验

经过充分论证后，先在广深Ⅲ、Ⅳ线上进行了三组模拟打磨的试验(打磨模式及工艺参数设置见表1)，初步探索出具有实际操作性的打磨作业模式和打磨工艺参数。

第一组和第二组试验分别采用3遍和4遍打磨模式，第三组试验在综合吸收了前两次经验的基础上，确定采用打磨3遍模式，角度从-8°覆盖到45°。与前两组试验相比较，第三组试验的第一遍内侧增大角度磨削，功率加大，第二遍调整光带，按照角度顺接，第三遍抛光，范围略向内侧偏移，保证光带区接触效果，既改善磨面过宽问题，又考虑将抛光面加宽。采用第三组打磨模式，得出了满足要求的打磨效果。

表1 试验采用的打磨模式和工艺参数

通过这三组试验，初步确定了打磨参数，对钢轨内侧轨廓的修整，可改善轮轨匹配关系，且对钢轨母材损耗较小。

2.2 优化钢轨打磨参数

前三天试作业采用了广深线试验探索确定的模式和工艺参数，基本满足了改善动车组运行品质的要求。针对高铁特有轨道类型、行车速度和平纵断面情况，需进一步研究并完善钢轨打磨参数，获得良好的轮轨匹配，以适应高铁动车组运行高平顺和高稳定性的要求。

通过对钢轨材质、打磨动态能量转化、打磨后表面接触硬度、摩擦力等方面，特别是对打磨作业热循环过程中钢轨表面晶相组织是否对其综合性能产生影响的探讨，逐步得出针对一般分散光带的打磨参数设置。

1)通用打磨参数设置。

第一遍，打磨内外侧，角度覆盖(+25°～+14°，-15°～-1°)，单车内侧分布8个磨石，外侧16个磨石，功率15 kW，打磨速度14 km/h。

第二遍，内侧磨削，角度范围为 +43°～+11°，单车24个磨石都在内侧工作，修整轨距角突出部位，功率为15 kW，打磨速度15 km/h。

第三遍，抛光轨面，角度在+22°～-6°间，单车内侧分布19个磨石，外侧分布5个磨石，功率14 kW，速度16 km/h。

2)根据打磨地段钢轨光带的不同状况，需对打磨参数进行适当调整和优化(见表2)。

表2 不同钢轨光带的打磨工艺参数优化

3 钢轨打磨

通过多种动态和静态检测手段对打磨质量的监测，可知打磨的效果非常显著。从打磨前后线路动态质量对比和打磨后钢轨光带情况，能清楚地看到打磨对改善轮轨关系，消除动车组横向振幅超限的作用。

3.1 钢轨打磨前后线路动态质量对比

内钢轨打磨时间是2月28日—7月1日，1月—7月综合检测列车检测的上行线线路动态情况见图1。

图1 上行线动态检测数据统计

从图1可以看出，打磨后横向加速度二级偏差数量随着钢轨打磨的实施呈下降趋势，打磨前322处，打磨完毕5处。这充分说明打磨后轮轨匹配状态得到改善，钢轨打磨对减小动车组横向振动幅度有显著的作用，在添乘动车组时的人体感觉也可得到验证。

3.2 钢轨打磨后钢轨光带情况

为观察钢轨打磨效果，选取上坡、下坡、变坡和直线、曲线等不同工况共4处(YZ01～YZ04)作为打磨观测点，样点涵盖了双光带、光带突变和新旧光带地段，对钢轨光带情况进行观测。打磨后钢轨光带情况见表3和表4。

表3 上行线部分钢轨打磨后光带情况mm

表4 下行线部分钢轨打磨后光带情况mm

从表3和表4可以看出钢轨打磨后的钢轨光带变化:光带宽度L在打磨(约1周后)普遍偏窄，L一般在8～12 mm范围内，2至3周后，光带逐渐变宽，L在25～31 mm范围内，光带良好，并趋于稳定;光带距作用边距离a在打磨7～15 d后稳定在18～25 mm之间。光带宽度和距作用边距离正常，表明轮轨匹配关系良好。

4 结论

通过分析研究，提出轮轨匹配关系不良是导致发生动车组转向架构架横向振动加速度报警限速的原因，确定了对钢轨进行打磨的整治对策，制订了打磨工艺参数。采用大型钢轨打磨车实施钢轨打磨后，修整了钢轨廓形，改善了轮轨匹配关系，解决了动车组转向架构架横向振动加速度报警限速问题，提高了动车组运行平稳性和舒适性，取得很好的效果。此项研究填补了国内高铁打磨领域的相关技术空白，对合理确定高速铁路钢轨打磨作业模式和工艺参数有重要的指导意义。

［1］寇东华.高速铁路钢轨大机打磨作业标准化、程式化初探［J］.铁道建筑，2010(11):112-115.

［2］中华人民共和国铁道部.铁运［2006］146号 铁路线路修理规则［S］.北京:中国铁道出版社，2006.

［3］郭俊，刘启跃，王文健.钢轨打磨对轮轨滚动接触斑行为影响研究［J］.铁道建筑，2009(12):92-94.