重载铁路钢轨打磨实验数据对比及分析

孙 高 伟

(大秦铁路股份有限公司朔州工务段，山西 朔州 036002)

重载铁路钢轨打磨实验数据对比及分析

孙 高 伟

(大秦铁路股份有限公司朔州工务段，山西 朔州 036002)

对重载铁路设立新轨和既有钢轨打磨试验段和对比段，分析了预打磨和维护性打磨对消除或降低钢轨疲劳伤损影响的作用，通过对打磨试验段和对比段持续跟踪观测，对不同通过总重阶段的钢轨轨头廓形、钢轨工作面硬度以及钢轨工作面使用和伤损状况进行记录，并根据现场采集的实验数据，结合重载铁路钢轨疲劳伤损特征，提出了以打磨钢轨轨距角为重点的打磨策略。

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大秦重载铁路是我国西煤东运的主要干线，近年来随着运量和轴重的增加，特别是2万t单元列车开行以来，钢轨伤损情况有加重趋势。在大秦铁路重车线钢轨伤损现象较为突出，主要有轨头侧磨，轨面压溃，轨面裂纹，剥离掉块，母材核伤，焊头低塌。调查发现，钢轨的滚动接触疲劳伤损不仅影响钢轨的正常使用、养护和探伤，而且影响行车的稳定性和安全。目前大秦线的钢轨伤损中大部分为轨头表面的疲劳伤损，适合利用高效的钢轨打磨车进行整治，但是由于大秦线运营繁忙，目前只能在线路大修期间实施钢轨打磨，而且可供钢轨打磨使用的作业天窗远不能满足要求。

1 钢轨打磨试验段和对比段的设置

根据大秦铁路钢轨的伤损现状和现有的钢轨打磨条件，在钢轨病害情况较为突出的区段设置以维护性打磨为主的钢轨打磨试验段和对比段。根据大秦铁路钢轨伤损数据分析，半径R≤800 m的曲线区段中钢轨伤损情况最为严重，其次是大半径曲线和直线区段，因此本次试验中将钢轨打磨试验段和对比段均设定在半径R=800 m的曲线区段和相邻的直线区段，并在缓直点、缓圆点、曲中点、圆缓点和缓直点设置测点，这样不仅便于钢轨观测的定位，而且可对圆曲线、缓和曲线和直线区段综合考察。试验段和对比段的轨道参数见表1，测点布置见图1。

表1 试验段和对比段的轨道参数

打磨试验段和对比段铺设的是75 kg/m U75 V钢轨，其中曲线上股为淬火轨；曲线下股为热轧轨；直线段为热轧轨。

2 钢轨轨头廓形的分析

通过对比同一测点处不同时期钢轨的廓形变化得到轨头主要部位(垂磨位置，轨顶中部，轨头45°径向和侧磨位置)的形变或磨耗数据对轨头廓形进行分析(见图2)。

既有钢轨打磨试验段和对比段轨头廓形变化与通过总重的关系:1)试验段和对比段上股的垂向形变分析。曲线半径R800试验段和对比段的垂向变形，打磨后随累积通过总重的增加，试验段K266～K269的整体垂向变形还是较低的，在80 MGT之后，基本是在0.005 mm/MGT以下，除圆缓点在100 MGT后有逐渐上升的趋势，但仍小于0.008 mm/MGT，对比段K301基本是在0.005 mm/MGT左右，圆缓点稍高但没有超过0.008 mm/MGT。尽管在打磨后至100 MGT之前，K283的垂向形变量呈下降趋势，但除曲中点，其他处明显偏高，圆缓点和缓直点均超过了0.01 mm/MGT，至200 MGT后，基本是在0.005 mm/MGT左右。2)试验段和对比段上股45°径向的形变分析。随着通过总重的增加，曲线上股轨距角处45°径向形变速率总体上趋于稳定。试验段K266～K269曲线45°径向形变速率整体上较高，除圆缓点外，对比段K301的情况与试验段K266～K269大致相同。试验段K283曲线段45°径向形变速率不够稳定，除圆缓点外，与其他两个区段相比，其他测点处的形变速率偏低。3)试验段和对比段下股的垂向形变分析。打磨试验段和对比段的垂磨测量位置垂向形变速率在累积通过总重70 MGT之后的趋势大致相同，试验段K266～K269曲线和直线的形变速率差别较大，100 MGT之后曲线段是在0.005 mm/MGT左右，曲中点虽然超过了0.005 mm/MGT，但仍小于0.008 mm/MGT，对比段K301在100 MGT之后各点均小于0.005 mm/MGT。经过打磨后至通过总重100 MGT 之前，试验段K283的垂向变形速率基本呈下降趋势，此后，除圆缓点到240 MGT趋于稳定外，其他测点的形变速率基本稳定，试验段K283曲线段的垂向形变速率整体偏高，除曲中点外，其他两点均超过了0.008 mm/MGT。曲线下股踏面中部形变速率，除试验段K283的圆缓点处有异常变化外，其他区段或测点的踏面中部形变速率基本较为稳定，试验段曲线段的形变速率明显要高于直线段，而对比段K301在累计通过总重100 MGT之后曲线和直线的形变速率小于0.005 mm/MGT。4)试验段和对比段上股的侧磨分析。从试验段和对比段的测量结果可以看出，三个区段的侧磨现象均较为严重，每百万吨通过总重的侧磨速率基本大于0.01 mm/MGT，圆缓点尤为严重，大于0.02 mm/MGT。试验段K283和对比段K301曲中点的侧磨速率在60 MGT后呈下降趋势。

3 钢轨轨头工作状态的分析

修理性打磨试验段和对比段钢轨使用情况：根据钢轨伤损记录，在试验段建段之前，钢轨伤损情况就比较严重，主要是在曲上股，曲下股相对较少，直线只是在个别处，在钢轨打磨前后试验段和对比段钢轨伤损情况见表2，从钢轨伤损统计结果可以看出，在第一次打磨之前试验段K266～K269和K283的伤损就比较严重，即使是在轨距角处打磨4遍后，仍然可以看到明显的裂纹和剥离，而第一次打磨后至第二次打磨前钢轨伤损数量呈快速增长，这期间通过总重约有270 MGT，有些钢轨在第一次打磨几天后就出现核伤，如K267+22号钢轨的曲上股。从第二次打磨后的结果可以看出，截至2007年10月，两处试验段钢轨伤损数量仍然较多，分别为18处和9处，这段时间的累积通过总重约180 MGT。

表2 修理性打磨试验段和对比段的钢轨伤损情况

从既有钢轨打磨试验段的钢轨打磨情况看，由于在打磨前钢轨伤损就较为严重，因此，所实施的钢轨打磨虽然在一定程度上缓解了钢轨表面的伤损情况，改善了轮轨接触情况，但不能改变钢轨疲劳伤损恶化的趋势，特别是核伤，这和预防性打磨试验段第二次打磨后的情况有些类似。从硬度的测量结果可以看出，在打磨后且通过总重为60 MGT～70 MGT时就应该实施第二次打磨。实际上，第二次钢轨打磨效果与第一次打磨基本类似。

从对比段的钢轨使用情况看，由于钢轨侧磨较为严重，这在一定程度上抑制了钢轨疲劳的发生和发展，因此，对比段K301的钢轨疲劳伤损相对较少。对比段K301钢轨侧磨较重的现象可能与行车撒沙和制动减速有关。

4 结语

通过对新轨预打磨可以消除钢轨使用初期的塑性流变和轻度剥离。维护性打磨可缓解钢轨表面的疲劳伤损和改善轮轨接触情况。钢轨打磨应重点打磨轨距角处，加强曲线上股和直线轨距角处以及曲线下股和直线踏面的打磨。通过钢轨廓形的分析说明轮轨的接触状况，并对钢轨打磨起到一定的指导作用。曲线区段上股第一次打磨以轨距角处为主，并辅以轨头廓形修理，其后的打磨主要是磨削轨距角处和踏面，无需打磨非工作边。下股第一次打磨以踏面为主，并尽量去除轨距角处的塑性流变，其后的打磨重点是踏面，非工作边根据伤损情况适度打磨；直线段重点以磨削踏面和轨距角处为主。钢轨打磨后，钢轨表面不得出现发蓝现象，表面粗糙度不大于12.5 μm。

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[3] 邓建辉，陈朝阳，邓 勇，等.轨底坡和轨头廓面对钢轨接触疲劳伤损的影响研究[J].铁道建筑，2011(2)：18-19.

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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

孙高伟(1979- )，男，工程师

U213.4

A