浅谈钢轨波形磨耗打磨

摘要：由于单趟列车运量不断增大，每日运输列车不断增多，钢轨承受的运载力不断加大，导致钢轨磨耗和伤损加快，工务维修换轨周期缩短。其中波形磨耗是最常见的一种磨耗，引起诸多病害。通过对钢轨打磨，能恢复钢轨的断面形状，改善轮轨接触关系，减缓钢轨磨耗的发生。

关键词：波形磨耗；打磨轮轨；钢轨磨耗；断面形状

中图分类号：U213 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）14-0089-02

发展重载铁路运输是铁路扩能增效的一种有效途径，也是我国解决目前铁路运输能力紧张的重要举措。我局大秦线开行着2万吨重载列车，侯月线马上开行万吨重载列车。在高速和大轴重下，钢轨出现波浪型磨损的病害增多，维修成本也越来越大，钢轨的维修和养护日益重要。因此，解决钢轨波磨问题，可以减少钢轨伤损，降低维修费用，有很重要的现实意义。

1 钢轨波磨的特性

钢轨波磨是在钢轨表面形成的波浪形磨耗，具有很宽的波长域，与轨道结构形式有关。波磨按波长分为短波磨耗、中长波磨耗和均匀长波磨耗三类。

1.1 钢轨波磨特性

经对侯月线钢轨波磨做了大量调查后发现，钢轨波磨具有以下特点和规律：钢轨波磨主要出现在曲线地段，曲线半径小，形成和发展的速度快，直线地段波磨出现的较少。

列车制动地段波磨严重。说明轮轨的滑动和切向力直接影响波磨的产生和发展，轮对的扭曲振动对波磨有很大影响。砼枕道床和板结地段波磨严重，说明波磨与轨道弹性有关，弹性强的轨道较少出现波磨。

1.2 钢轨波磨成因

国内外关于产生钢轨波磨的理论认为，钢轨波磨是由于受轮轨系统接触应力作用产生的，在不改变车辆轨道结构的前提下，采取科学的打磨策略，优化轮轨型面，可以减小轮轨应力，减缓波磨的产生，延长钢轨使用寿命。

轮对在曲线轨道上行驶时，两轮的滚动圆半径不可能绝对一样，造成两轮走行距离的不一致，此时轮轴就会受到扭矩作用，当扭矩累积增大到一定值，轮轨踏面的粘着力小于扭矩在轮踏面上所产生扭转力时，扭矩就会突然释放，于是车轮踏面与钢轨踏面之间的粘着状态就会转变成滑动状态，即轮轨之间的“粘着-滑移”效应。这一过程是在非常短暂的瞬间完成的，而且周而复始，一旦轨面有某一缺陷存在，就会造成轮对在通过这一缺陷时总会产生粘滑振动，也即轮对在同一地点产生粘滑振动，并沿着钢轨的纵向发展，于是就有可能在整个钢轨踏面上产生波形磨耗。

1.3 轮轨系统应力

波磨的发生主要与垂向振动有关，轮对横向振动和扭转振动对波磨也有一定影响，在曲线地段波磨更加严重，因此主要运用轮轨系统垂向振动理论来分析钢轨波磨。

垂向振动理论指出波磨波长与轮轨垂向振动频率存在对应关系，因此与车速也密切相关。列车以相同速度通过某一区段时，将产生与轮轨振动频率相一致的波长。另外，列车速度越高，越容易激起轮轨系统的高频振动，导致钢轨波纹磨耗的产生。

2 减缓波磨的措施

消除波磨可以提高钢轨的使用寿命，有以下四种措施。

2.1 减少轨道不平顺

轨道不平顺会增加车辆产生的震动和轮轨冲击力，诱发波磨的产生。因此消灭轨道的不平顺，保持轨道高低和方向良好，能有效控制波磨产生。

2.2 加大轨道弹性

通过改换弹性好的扣件和胶垫，捣固空吊轨枕，消灭板结道床，能提高道床的整体弹性，有利于消除波磨。

2.3 降低曲线外股超高

在曲线地段适当降低曲线外股超高，能减少横向力的作用，减小轮轨的扭曲和垂直振动，减缓波磨的发展。

2.4 打磨钢轨

打磨钢轨是解决轨面短波不平顺的主要方法，可以消除钢轨的波形磨耗和钢轨的滚动接触疲劳伤损，已成为日常维修养护中重要的作业方式。

3 钢轨打磨

3.1 打磨技术发展

国外的钢轨打磨技术起源于1950年的美国，其后经历了3个发展阶段：第一阶段为修复性打磨阶段，第二阶段为预防性打磨阶段，第三阶段为渐进性预防打磨阶段。

我国至1988年以来，北京铁路局、郑州铁路局和广铁集团公司相继从国外引进了钢轨打磨车。我段集中修施工时，线路上采用96磨头的钢轨打磨车磨轨，极大地消灭了钢轨磨耗。

3.2 打磨技术分类

钢轨预打磨是开通运行前对新钢轨的打磨，适合新建铁路的钢轨养护。

钢轨修复性打磨是在钢轨表面形成缺陷以后才进行的打磨，打磨钢轨表面，打磨量在3mm以上，由于其打磨深度较大，需要用打磨车来回多次通过该段钢轨进行反复打磨。钢轨修复性打磨的打磨速度低，只是简单地把轨头磨平，反复进行，可以基本去除钢轨表面伤损或波磨，但不能去除深度裂纹。

钢轨预防性打磨是打磨外形，将轨头打磨成各种目标形状以达到控制钢轨伤损的形成和发展，打磨量小，表面打磨深度不超过0.2mm，通过一次快速打磨，完全去除包含微裂纹的薄层，形成理想的轮廓，使钢轨经久耐用。钢轨预防性打磨，可以去除钢轨表面脱碳层；去除因施工时造成的轨面伤损；提高轨道平顺性，与焊接接头轨面浑然一体；形成适合轮轨接触的轨头廓面；预打磨后车轮走行光带必须居中。

3.3 打磨过程实施

钢轨打磨是改善钢轨轮廓形状，改变轮轨横向耦合轮廓的接触面，提高轮轨接触纵向平顺性，使轮轨接触应力最小。曲线地段通过打磨曲线下股钢轨外侧，使轮轨之间的接触点向钢轨横断面中心转移，降低接触应力，控制塑性变形。

钢轨打磨车自带实时检测装置，能以最快速度针对需打磨钢轨确定打磨模式；打磨精度高，300mm、1000mm长度范围最大幅值小于0.02mm和0.2mm。列车装有集尘装置符合环保要求，可收集打磨作业粉尘，抑制轨面火花飞溅，减少对环境和列车装备的污染。列车自运行时速100km，可快速到达作业现场。

2013年3月25日至29日，南同蒲线下行集中修施工，打磨霍州-临汾间5个180分钟施工点，完成34.65km/90.54遍.km，平均日完成进度6.93km/18.108遍.km。打磨作业效率高，打磨后优化了钢轨外形轮廓，工区更换钢轨的数量明显减少。

4 建议

钢轨波磨的成因复杂，应综合多种因素考虑。本文仅是针对钢轨波磨问题做了一些简单分析，建议打磨施工中掌握钢轨轮廓状况及磨耗规律，根据运营条件确定科学的打磨方案，对区段内波磨严重的钢轨进行大机打磨，维修天窗中由专业机械化工队重点进行手工打磨，通过缩短打磨周期，使钢轨表面保持合理的轮廓，减少病害的发生。

作者简介：高锋智，大秦铁路股份有限公司侯马北工务段助理工程师。

（责任编辑：吴 涛）