贵阳地铁钢轨打磨工法探索及应用

贵阳地铁钢轨打磨工法探索及应用

杨通建  王运兴

贵阳市城市轨道交通运营有限公司

摘 要：论述贵阳地铁钢轨现有病害的特征，权衡、评估作业中实现最大化消磨效益，对传统打磨工法存的效率综合自身维修特点，并研究提出适合贵阳地铁钢轨病害消除的“多柔体打磨工法”运用，提供借鉴。

关键词：轨面病害；钢轨打磨

1.概述

钢轨是地铁轨道运行的必要组成部件，在运营前进行的预防性打磨，消除一定程度钢轨自身材质的缺陷，如气孔、夹渣夹砂、黑核、热裂等。在物理学角度，钢轨在列车竖向、横向以及纵向动荷载下随着运营时长的不断叠加滑动摩擦，长期摩擦力所做的功使不同曲线半径的钢轨产生不同程度的磨耗。与此同时，由于不同程度的区间环境因素和轮对关系的接触状况好坏等都影响钢轨的使用寿命。不同程度的磨耗有不同的反馈张力，如波长非常短的波浪型磨耗表现为“响轨”，噪声大，致使乘客体验舒适度降低。钢轨磨耗病害等级划分主要有波浪磨耗、接触疲劳类伤损、剥落掉块、轨顶压溃以及车轮造成的擦伤等，在运营线路中，当钢轨病害发展到一定程度可能会影响行车的平稳性和安全性。

贵阳地铁因喀斯特地貌环境，曲线小半径较多，正线采用U75V材质钢轨，线路纵坡达34‰，列车起停快，行车密度高，致使波磨、侧磨和疲劳纹等病害发展迅速。因打磨正线作业预留有冲洗道床时间致使作业时间较短，据前期预防性打磨的作业遍数及模式的消磨量进行打磨难以满足当前病害的消磨需求。为推进打磨进度效益，探索适合贵阳地铁线路初期病害特征的钢轨打磨工艺。本文基于贵阳地铁线路维修规程的特点以及当前直、曲线钢轨病害的特性，对影响打磨效率的综合因素进行甄别，通过DGMC-16S型大机长期现场不断地摸索调试，调试范围是针对当前线路的不同半径曲线轨面病害及特点，提出贵阳地铁“多柔体打磨工法”的运用。

目前DGMC-16S型整台打磨小车上共16个打磨单元。普通打磨单元共14个，打磨角度为+35°～-30；特殊打磨单元共2个，打磨角度为0°～-70°。每组小车各八个打磨单元，钢轨打磨的作业走形速度为3～16km/h，钢轨打磨作业功率为打磨总功率的 80%～85%，单次切削量为 0.08～0.1 mm。打磨头偏转控制由电磁比例换向阀，液压锁，偏转油缸组成，两节车用牵引连杆相连，用计算机同步液压驱动系统共同推进，能够独立双向行走，并具有双向打磨作业能力。

2.曲线轨面病害的特征

贵阳地铁轨道线路曲线半径小，目前运营时长五年，钢轨轨头表面的病害特点“不平顺、不规则”。特殊地段下股已经存在接近中度类似轨面网状压溃病害，加剧轮轨接触踏面的不断恶化。较为严重地段是常见的以长波为主的波浪形磨耗、中度鱼鳞裂纹、中等程度的剥落掉块和擦伤地段。当下比较突出的是出现大面积波长非常短的波浪磨耗，也称“响轨”，这类波长的波形比较清晰，波深大于0.1mm小于0.5mm，测量波长在20～73mm之间，列车通过时会释放出较为刺耳的噪音，波深在0.3mm以上地段有出现与轮轨接触应力有关的表面伤损。小半径曲线常见肥边、波磨、疲劳裂纹，站间距短，列车制动冲击、挤压导致。

3.以往打磨模式

打磨角度采取常见的均匀分布方式，打磨作业功率8～10 kw，作业走行速度8 km/h，以预打磨模式为例子，需往返打磨9～13遍左右，作业700m耗时2.5h。依据以往打磨模式中的多种打磨工艺对应模式进行选择不同病害特征进行打磨，其打磨遍数也在9～11遍左右。一方面结合本身维修、行车规程在限有作业时间内低速度、低功率很难推进打磨进度，另一方面以往传统病害打磨模式与当前病害特征存在差异，设备状态不一致。同时近期调查发现列车通过曲线时，与原始廓形相比，轮对横移量增加，不得不优化打磨方式。

4.模式优化方向

结合当下轨面病害特征及发展趋势，在消除病害的同时优化轮对关系，同时优化作业效率。依据前期经验以及近期调研分析结果， 因受限于打磨车磨头过少，单次作业切磨量及覆盖范围少方面进行了优化。优化进度，作业速度调整为10～12 km/h，打磨作业功率为13～15 kw。打磨角度优化，一方面建立在贵阳地铁轨道线路轨面病害特征上，另一方面也结合廓形进行确定打磨角度的分布方式预防和消除病害。在角度分布上，非连续性分布的钢轨轨面病害和连续性分布的钢轨表面病害都采取均匀分布和并列分布相结合。

5.多柔体打磨工法

（1）“多柔体打磨工法”是依据自家钢轨的大范围轨面病害特征，进行针对轨面常见病害的累积平均接触应力值构建打磨方式。

（2）“多柔体打磨工法”以覆盖打磨为主，先消病害，在修廓形，是一种基于组合预测方法的模拟构建方式。以区间作业为例子，不同曲线半径轨面病害存在一定差异，具体依据前期现场调查情况进行适当调整，某些特殊的区段，适当加以调整。

（3）“多柔体打磨工法”的灵活特性，一定程度上实现钢轨廓形曲线的局部、精准调整，同时还能够保证预测结果的稳定性。

6.贵阳地铁“多柔体打磨工法”应用

（1）优化后覆盖性打磨模式有6遍，打磨车仅16个磨头，从内侧轨距角打磨到内外侧，再打磨到轨顶面，走行速度10～12 km/h，打磨作业功率为打磨总功率的85%，可消除0.35 mm 左右的波磨，一般作为保养性打磨。

（2）以下模式是消除轻度响轨型磨耗采取的打磨模式，作业走行速度为10km/h，打磨作业可消除 0.35mm 左右的波磨，具体依据现场波长波深调节功率和走行速度，完成打磨。

（3）以下给出了消除钢轨肥边采取的打磨模式，结合覆盖模式（走行速度10 km/h，打磨作业功率为打磨总功率的80%），此模式打磨2遍作业可对修复肥边。      

（4）实际作业现场使用的“多柔体打磨模式”不仅限于以上所描述的两种情况，还有针对性的矫正性打磨模式等，俗称的整形。

结语

在贵阳地铁开始采用“多柔体打磨工法”开展区间打磨作业以来，打磨作业小组由效仿开始，期间不断尝试摸索更为适合当前的轨面病害特征的打磨方式，在优化的同时不断预想轨面病害发展趋势，去制定相应打磨措施，经过近15个月应用实践表明，不仅提高了打磨效率和打磨质量，还培养了一批打磨小组。相比以往的打磨模式，更能够有效的改善轮轨接触关系，减少钢轨故障隐患。

参考文献：

[1]成棣.车轮型面多目标优化设计研究[D].中国铁道科学研究院，2011.

[2]金学松，杜星，郭俊，钢轨打磨技术研究进展。西南交通大学学报，2012，45（1），1-11.
[3]马跃伟，任明法，胡广辉，等.高速铁路钢轨预打磨型面优化分析.机械工程学报，2012，48(8),90-97.