什么样的钢轨需要打磨?

轨道交通投入运营后,轨道长期处于恶劣环境中。由于列车的动力作用、自然环境和钢轨本身的质量等原因,钢轨经常会出现裂纹、磨耗等损伤,降低钢轨寿命,增加维修工作量,增加维修成本,甚至严重影响行车安全。

因此,必须及时消除或修复钢轨损伤,以免影响轨道交通运营安全。这些修复措施如钢轨涂油、钢轨打磨等,其中钢轨打磨因其效率高而被世界各国铁路广泛采用。

有四种类型的钢轨打磨策略:

1)矫正研磨(缺陷研磨)(图2)

这种打磨策略的主要目的是消除或减少在线钢轨的缺陷。一般采用主动研磨工艺,研磨量(0.5mm-4-6mm之间)是预先设计好的,操作间隔比较长,通常由缺陷的严重程度决定。

矫正打磨不是很经济,主要是需要去除钢轨表面大量的金属,使用大量的打磨工艺,降低了钢轨的潜在使用寿命。但是为了保证钢轨在短时间内不会失效,矫正打磨是非常必要的,尤其是在更换钢轨预算紧张的时期。然而,铁轨在这种情况下可能会导致列车限速。

2)过渡研磨(图3)

这种打磨策略是一种长期的钢轨使用策略(3~6年),旨在将矫正性打磨系统改为预防性或周期性打磨系统。这种策略需要经过几个打磨周期,尤其是在钢轨没有得到适当维护的情况下。但从预防性研磨或周期性研磨策略的成本效果来看,过渡研磨是保证有限资源合理利用的较好选择。

过渡磨削策略必须具有的作用:

a)降低某些钢轨损伤的严重性,例如钢轨波纹和滚动接触疲劳;

b)实现预期的钢轨断面形状,从而降低损伤的发展速度;

c)逐步实现最佳钢轨断面形状。

过渡磨削去除的钢轨金属量小于矫正磨削,例如磨削量在0.3mm-1.0mm之间,在每个磨削循环中钢轨磨削量逐渐减少。

3)预防性研磨或定期研磨(图4)

由于主轨表面缺陷已经通过矫正打磨或过渡打磨消除,接下来可以进行预防性打磨。这种打磨策略的目的是消除或控制钢轨表面缺陷,确保钢轨表面状况和良好的形状。通常需要去除少量金属(0.2~0.3mm),磨削周期比较频繁或可控。

预防性打磨非常经济,尤其是只需要去除少量金属,减少了打磨工具的使用,最大限度地提高了钢轨的使用寿命。

打磨周期取决于影响钢轨劣化率的因素:

a)通过的吨位;

b)主要列车类型和货物类型,即静态轮载和动态轮载;

c)轨道类型;

d)轨道特性,尤其是曲线曲率、超高和轨道支撑条件;

e)运行特性,尤其是运行速度。

4)特殊抛光

这种打磨策略是为了达到上述三个目的之外的一个特殊目的。例如:

a)实现特殊的钢轨断面形状,通过打磨超过轨头允许磨损极限来延长钢轨的短期使用寿命。比如当轮轨接触面积接近20~30mm宽时,接触面积过于集中,可以采用这种打磨策略去除轮轨相应的金属量,打磨轨距内侧。钢轨打磨量必须与通过线路的主列车车轮截面相匹配。

b)实现特殊的钢轨断面形状,减少车轮悬空的概率。通过这种打磨策略,为了沿着车轮踏面横向移动铁轨接触区域,铁轨部分的形状可以沿着轨道线改变。如果轮轨接触区宽度为20~30mm,几公里后,轮轨接触区可能从轨头中部向轨距内侧移动。

c)实现非常平滑的轨道接触表面,从而降低轮轨接触区域的噪音。这种打磨策略在高速线路和城市轨道交通线路上的应用越来越普遍。经过特殊磨削工艺后,钢轨表面粗糙度小于12.5μmRA,但最佳钢轨表面粗糙度为4~6μmRA,最大钢轨磨削宽度为4~6mm。在这种情况下,钢轨类型就显得尤为重要,因为对于硬度较低的钢轨,打磨效果会被车轮迅速去除,而对于硬度较高的钢轨,打磨效果会保持较长时间。