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钢轨打磨在地铁线路上的应用

发表时间：2020/12/31 来源：《基层建设》2020年第24期作者：肖敏杰

[导读] 摘要：本文介绍了钢轨打磨的目的及必要性，分析了各类打磨的方式和效果，并对打磨作业的未来进行了展望。

        广州地铁集团有限公司
        摘要：本文介绍了钢轨打磨的目的及必要性，分析了各类打磨的方式和效果，并对打磨作业的未来进行了展望。
        0 引言
        地铁在当今城市轨道交通中的地位愈发重要，而地铁具有行车密度大、客流量大的特点，对钢轨的养护维修工作提出较高的要求。而打磨作为钢轨养护维修中的一种重要手段，能够提高钢轨使用安全性、降低运营成本及维护成本、提高轨道的服役年限，因此经常被运用在城市轨道交通行业中。
        1 打磨作业分类
        1.1 钢轨预打磨
        线路开通运行前，新铺设钢轨存在影响列车平稳运行的有害因素，主要包括：①钢轨出厂时，钢轨表面会有脱碳层 0.1～0.2 mm；②线路施工时造成的钢轨表面损害；③线路铺设造成的表面不平顺；④钢轨表面附着的灰尘及黏着层。钢轨预打磨是对铺设上道的新钢轨的打磨，目的是去除轨面脱碳层，消除钢轨在生产、焊接、运输和施工过程中产生的表面缺陷，优化轨头廓形，改善焊接接头平顺性。有必要在开通前对其进行预打磨。
        1.2钢轨周期性预防性打磨
        线路运行一段时间后，钢轨表面会产生的一定伤损，主要包括：钢轨表面出现的硬化层，钢轨轻微波磨。这些问题可通过预防性钢轨打磨去除。
        1.3 钢轨修复性打磨
        线路经过长时间的运行，小半径曲线段乃至直线段会产生较为严重的伤损。例如：钢轨波磨、钢轨鱼鳞纹和钢轨掉块等问题，这些问题可通过钢轨修复性打磨去除。
        2 打磨技术要求
        针对线路状态的评估科学地制定钢轨打磨的技术方案，主要包括打磨周期、打磨策略和打磨模式的确定。
        2.1预打磨
        预打磨主要目的是去除轨面脱碳层、施工过程中的轧痕、擦伤等病害，同时得到合理的钢轨型面。新铺设上道的钢轨，应在轨道精调完成后采用钢轨快速打磨车进行钢轨预打磨，并应满足廓形和打磨深度等要求。结合快速打磨车性能及轮轨接触关系，建议快速打磨车打磨轨头覆盖范围如图 1，使钢轨廓形保持在合理的公差范围内，同时保证脱碳层有效打磨。

        图1 预打磨技术要求
        2.2预防性打磨
        已开通运营的地铁线路，钢轨预防性打磨周期按通过总重和运行状态确定。钢轨预防性打磨宜采用钢轨快速打磨车与钢轨打磨列车相结合的方式进行，详见图2。

        图 2 预防性打磨基本要求
        2.3 修理性打磨
        当钢轨轨头实际廓形与目标廓形偏差较大，或存在超过钢轨病害整修限度的波磨、光带不良等病害时，应及时进行修理性打磨。当打磨量不大于 0.2 mm 时宜使用钢轨快速打磨车打磨，打磨量大于 0.2 mm 时宜使用钢轨打磨列车打磨。
        3 打磨的方式
        钢轨打磨是使用磨具对钢轨进行材料去除的过程，按照磨具的类型、磨具与钢轨的接触形式，钢轨打磨可分为主动打磨、砂带打磨和被动打磨。
        3.1 主动打磨
        钢轨主动打磨过程中，安装在打磨列车下的磨石以一定速度旋转，在打磨列车液压系统的推动下与钢轨顶部接触，与此同时，打磨列车在钢轨上移动，对线路进行打磨作业。另外还可以调整磨石相对于钢轨的角度，对钢轨轨面进行“包络打磨”，以修复钢轨廓形。主动打磨属于端面磨削方式，打磨钢轨材料去除量大，磨削效率高，但打磨产生的温度高，容易烧伤钢轨。
        3.2 砂带打磨
        另一种钢轨打磨方式为砂带打磨。砂带打磨技术具有柔性接触的特点且不易损伤钢轨、磨屑易于回收、作业安全。接触轮由刚性轮毂外包一层弹性橡胶构成，砂带安装在接触轮上，以一定压力与钢轨相接触，对钢轨进行打磨作业。
        3.3 被动打磨
        钢轨被动打磨又称高速打磨。磨石没有驱动系统，打磨过程中，磨石在钢轨高速打磨列车运动下被动地与钢轨接触，高速打磨是基于被动旋转式的打磨方式设计，磨石与轨面成一定角度接触，磨石由打磨梁液压缸提供下压力，由车辆行驶时磨石与轨面产生的摩擦力驱动，边旋转边打磨。高速打磨车以最高 60km/h 的速度进行打磨作业，能够被动适应横向廓形，轨面纵向平顺性最优化的解决，且可以推拉双向作业，高效的作业可满足新线开通预打磨的时间要求。

        图3 高速打磨示意图
        4打磨的效果
        4.1预打磨
        对于新铺设的钢轨，进行预打磨主要是消除钢轨表面的脱碳层、表面擦伤、铺设时在表面造成的压痕和划痕、消除现场焊接点的轻微不平顺，使钢轨在运营初期轮轨关系处于合适的硬度匹配关系，避免病害的过早出现。对新线钢轨可通过快速打磨车实施 6~ 7 遍打磨，达到预打磨的既定目标。
        4.2预防性打磨
        预防性打磨主要对钢轨表面滚动接触疲劳层进行打磨，在轮轨几何接触关系合理的情况下，打磨量不宜过大，主要进行抛光处理。对钢轨运营期间定期实施预防性打磨，可消除或减轻轨面伤损，预防或减缓接触疲劳、波磨等轨面病害的产生和发展，延长钢轨使用寿命，使轮轨接触关系长期处于合理范围。
        4.3修理性打磨
        通过少量多遍钢轨快速打磨修理可将常见波段的波磨进行出色的平顺性改善。对异响区段实施钢轨快速打磨后，能使不平顺得到有效消除，降低高频振动。
        5 打磨的应用
        5.1打磨的目标
        通过对正式开通运营前的地铁线路进行预打磨，消除出厂缺陷，改善平顺性。
        5.2打磨的准备
        打磨前对线路进行检查；对高速打磨车调试及检查；制定打磨方案及安全预案。
        5.3打磨量和测量
        （1）钢轨预打磨采用12遍打磨模式，打磨角度分布根据线路实际情况制定。
        （2）打磨范围为钢轨断面Y15.5mm至Y-25mm。

        图4 钢轨打磨范围及断面测量点示意图
        （3）打磨量0.1mm，由于打磨后轨面变得粗糙，测量值存在±0.02mm的误差。
        （4）沿钢轨100mm长度范围内，打磨面宽度最大变化量不应大于打磨面最大宽度的25%。
        （5）钢轨打磨面应无连续发蓝带，钢轨表面应光滑、平顺、无斑点。
        5.4打磨车作业速度及打磨时间
        （1）打磨车常规作业速度范围为25-55km/h。打磨车运行速度高于25km/h后，方可开始打磨。
        （2）打磨作业天窗时间 00：30 ～3：30。
        5.5打磨效果及用时
        经过 12 遍打磨最终去除 0.1 mm 的钢轨和钢轨病害。

        图5 钢轨打磨前（左图）后（右图）对比
        5.6 打磨的相关注意事项
        （1）打磨过程前需对线路旁边其他设备如接触轨、钢轨计轴器、钢轨涂油器的距离进行核实，距离应低于轨面 10mm。
        （2）伸缩调节器侧面与钢轨紧贴，不影响正常钢轨打磨，但需避开打磨范围。
        6 打磨的展望
        钢轨打磨技术在地铁线路设备维修养护工作中却发挥了不凡的作用。随着社会的发展，人们环保意识不断提高，各种减震降噪道床不断涌现，钢轨波磨、缺陷的出现将越来越普遍，钢轨打磨的工作任务会越来越重。要高度重视钢轨打磨工作，充分发挥磨轨车的功能，重点做好预防性打磨和修复性打磨工作，不断完善打磨技术，优化打磨模式组合，不断提高打磨工作的经济、技术和社会效益。
        参考文献：
        [1]褚藏，城市轨道交通钢轨打磨研究。铁路采购与物流，2019，01.
        [2]周坤王文健刘启跃郭俊，钢轨打磨机理研究进展及展望，中国机械工程，第３０卷第３期２０１９年２月上半月.
        [3]杨永飞，钢轨打磨技术在地铁线路维护工作中的应用.技术与市场，2016 年第23 卷第6 期.
        [4]李鼎波.钢轨快速打磨作业技术管理要点探析与展望.铁路采购与物流，2019，06.