个性化钢轨廓形打磨在北京地铁的应用分析*

时光明 丁 明 袁 健 白 磊

(1.北京市地铁运营有限公司线路分公司,100082,北京;2.北京九州一轨环境科技股份有限公司智慧运维中心,100070,北京∥第一作者,高级工程师)

钢轨廓形打磨可以有效保护钢轨，是处理钢轨异常波磨的有效手段。但目前国内外专家学者多侧重研究曲线钢轨的使用寿命评估[1-2]、曲线钢轨廓形优化设计与曲线钢轨病害治理[3-7]等，对钢轨打磨后跟踪分析和效果评价的相关研究较少。

本文在北京地铁6号线草房站—物资学院路站区间选择了一段半径为650 m的曲线段作为试验段，进行钢轨个性化廓形打磨试验。试验曲线段上行方向里程为K31+501.057—K31+291.470，下行方向里程为K31+292.831—K31+502.190。

1 个性化廓形设计

2018年6月，通过线路调查，采集了试验曲线段的钢轨廓形、疲劳伤损和波磨等情况。使用动力学仿真软件分析钢轨廓形和车轮踏面数据，计算出钢轨打磨廓形。

1.1 前期线路调查

经调查，试验曲线段的上下股钢轨均存在明显磨耗。在上行方向K31+416处，上股垂磨量为4.586 mm、侧磨量为2.948 mm，下股垂磨量为3.951 mm;上股钢轨有鱼鳞纹和轻微波磨，下股钢轨存在掉块及明显波磨现象。在上行方向K31+390处，下股波磨波深约0.200～0.247 mm。

1.2 钢轨最佳设计廓形

依据轮轨蠕滑最小化和轮轨耦合接触理论，建立车辆-轨道耦合系统动力学模型。利用个性化钢轨打磨廓形设计系统，得到试验曲线段上下股钢轨的最佳设计廓形。以上行方向为例，上股钢轨最佳设计廓形与标准60轨廓形基本一致，下股钢轨最佳设计廓形与标准60轨廓形有一定差异(如图1所示)。

图1 上行方向下股钢轨最佳设计廓形与标准60轨廓形对比

2 个性化廓形打磨施工

对于实测廓形与最佳设计廓形偏差较大的钢轨(以上行曲线为例，如图2所示)，需要先铣磨后打磨。2018年7月，北京市地铁运营有限公司线路分公司按计划使用铣磨车对试验曲线线路进行钢轨铣磨作业，铣刀廓形为标准60轨。2018年8月—9月，以铣磨后钢轨廓形为基础，使用HSG-city-02型快速打磨车，对钢轨个性化打磨至最佳设计廓形。试验曲线段的打磨速度为30 km/h。上下行方向有效打磨范围均为K31+300～K31+500，打磨区段两边各延伸100 m作为缓冲区间，共计使用7个打磨作业天窗。

图2 试验曲线段上行方向钢轨最佳设计廓形与实测廓形

经评定：打磨前，上行方向上下股的GQI(打磨质量指标)分别为46.7、47.8，下行方向上下股的GQI分别为79.7、42.5；廓形打磨后，上行方向上下股的GQI分别为93.0、97.8，下行方向上下股的GQI分别为94.3、94.8，均为优良，说明钢轨廓形打磨质量合格。

3 跟踪测试分析

GQI只能体现钢轨个性化打磨作业的即时效果，并不能反映线路轮轨关系改善情况。为了更全面评定钢轨打磨效果，本文在打磨后于试验曲线段设置观测点，定期观测并分析观测数据，计算钢轨波磨发展速率，分析钢轨打磨对钢轨波磨发展的影响，掌握钢轨打磨作业的持续效果。此外，通过记录病害发展情况，把握打磨后钢轨磨耗及波磨发展趋势，可对钢轨养护及下一阶段打磨等提供意见。

3.1 廓形变化情况

廓形打磨后3～4个月，试验曲线段钢轨廓形监测结果如图3所示。由监测结果可知，钢轨均未发生明显磨耗。

图3 钢轨廓形变化

3.2 疲劳伤损发展情况

廓形打磨3～4个月后，试验曲线段的钢轨均无明显疲劳伤损和鱼鳞纹等病害，如图4所示。

图4 疲劳伤损发展

3.3 波磨发展情况

打磨前，波磨波深为0.2～0.3 mm；打磨后，波磨完全消除；打磨完成4个月后，波磨波深最大值发展到0.1 mm左右，已形成肉眼可见波磨。

其中上行方向下股钢轨波磨发展如图5所示。由图5可知：钢轨于2018年2月铣磨后， 2018年3—6月的波磨波深平均发展速率为0.052 mm/月；钢轨于2018年7月廓形打磨后， 2018年8月—2019年2月的波磨波深平均发展速率为0.034 mm/月。经对比可知，钢轨廓形打磨有效减缓了波磨发展速率。

图5 上行试验曲线下股钢轨波磨波深发展趋势

4 结语

本文基于钢轨廓形和车轮踏面数据调查结果，借助动力学仿真软件计算钢轨打磨廓形，进行钢轨铣磨和打磨后，定期观测并分析钢轨廓形变化、疲劳伤损发展、波磨发展等情况，对比钢轨铣磨和钢轨廓形打磨的质量效果。经对比，相比于钢轨铣磨，钢轨廓形打磨减缓了钢轨波磨的发展速率，可将打磨周期从3个月延长至6个月。

试验结果表明：钢轨廓形打磨可有效改善轮轨接触关系，从而实现对疲劳伤损的良好控制。这说明地铁采用个性化钢轨廓形打磨有较好效果，可有效延长曲线钢轨使用寿命。