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1、钢轨打磨作为铁路工务部门在线路养护维修中的一种重要方法[5]在国外已得到广泛的应用,产生了巨大的经济效益。然而,钢轨打磨在我国的应用情况并不乐观,这一方面是由于我国缺乏现代化的打磨设备,如全自动高速打磨车。在我国,钢轨打磨主要靠手工,效率低且成本高,只在某些关键部位实施。另一方面是我们缺乏对这种打磨方法突出优点的的充分认识。本文主要是通过介绍国外[1-3]在钢轨打磨方面所做的工作,重点是论述“预防性打磨(又称外形打磨)”方法的原理、适用范围和优缺点。为更好地掌握、使用和普及打磨方法提供参考。钢轨打磨是通过磨蚀剂清除轨头表面金属的过程。自
2、1930年以来,铁路运输部门将打磨方法用于清除诸如轨面波纹、磨耗、剥落等轨头缺陷。初期,钢轨打磨是用人工进行的。在以后的40年中,钢轨打磨技术有很大改进,体现在出现了自动打磨车。这一时期,钢轨打磨应用范围已扩大到焊接接头打磨,轨面鱼鳞和清除道岔毛刺等方面。钢轨打磨已成为清除钢轨病害的主要措施。对存在缺陷的钢轨进行打磨,这个过程也称对钢轨修复,有时简称“修复性打磨”或“表面打磨”。然而从80年代开始,“修复性打磨”逐渐让位于“预防性打磨”。“预防性打磨”是指在缺陷形成以前或即将形成时对钢轨外形打磨,这种方法又称“外形打磨”。这种新技术的推
3、广得益于新一代全自动高速打磨设备的问世。利用自动高速打磨车[4]可以将轨头打磨成各种形状,且在打磨过程中可以实时修改轨头外形。从“修复性打磨”到“预防性打磨”是一个革新,带来的好处是:(1)延长钢轨使用寿命,降低钢轨成本;(2)改善轮轨接触状况,减小轮轨动力作用;(3)轮轨噪声降低,轨道结构和机车车辆损伤下降。1 钢轨打磨的两类方法钢轨打磨按照采用的方法和欲达到的目的可分为“表面打磨(修复性打磨)”和“外形打磨(预防性打磨)”两类,下面分别给予介绍。1.1 表面打磨表面打磨是要控制和清除钢轨表面已有的缺陷。轨面缺陷包括:轨面波纹,轨头塌
4、落,焊接不平顺,磨耗,钢轨塑性变形,轨头烧伤,高低不平,接头错位等。轨面缺陷直接与轮轨竖向动力作用有关,控制表面缺陷可减小竖向振动、竖向冲击力和噪声。表面打磨通常是在钢轨表面形成缺陷以后才进行。1.2 外形打磨通过对轨头打磨成各种形状以改善轮轨接触状态而达到控制病害发生和发展的目的称外形打磨。传统的表面打磨只是简单地将轨头磨平,如图1(a)所示。外形打磨则是根据需要将轨头打磨成一特殊形状,如图1(b),而不是简单地恢复到原来的外形。图1 表面打磨与外形打磨对具有表面缺陷或发生塑性变形的钢轨而言,外形打磨一般要经历三道工序:第一道工序就是
5、清除钢轨表面已有的缺陷,第二道工序是将变形的轨头整形,最后一道工序是将轨头打磨成所要求的形状。由于外形打磨具有维护性质,是经常性的措施,因此表面缺陷通常没有足够的时间形成,外形打磨常简化成一道工序。外形打磨可解决如下问题:(1)控制钢轨侧磨和侧向轮轨作用力;(2)控制钢轨疲劳;(3)控制波磨。尽管外形打磨可以解决上述问题,但一种特定的打磨外形只适合一类问题,即不同的问题需要不同的打磨外形,不存在一种适合所有问题的打磨外形。必须注意,打磨后的钢轨寿命随运量而变,例如,钢轨经外形打磨后在无润滑措施的重载运输条件下只能通过10MGT(Mill
6、ionGrossTon)运量,通过20MGT运量后钢轨将完全报废。这说明钢轨需要经常性的维护和打磨。另外,钢轨恶化还与线路几何形状和轨道条件有关,例如在小半径曲线地段,钢轨更易磨损,因而需要更多的维护和打磨。2 控制侧磨70年代澳大利亚西部铁路打磨公司采用外形打磨控制轮轨相互作用和接触力从而达到降低侧面磨耗获得成功[1]。80年代北美首次出现全自动钢轨打磨列车。这时期,外形打磨的目的是要优化钢轨对机车车辆的导向作用。实践表明,曲线地段上、下股钢轨具有与轨头中心线非对称的断面形状时,有利于机车车辆的导向。在直线地段,由于蛇形运动也会引起钢
7、轨侧磨,通过外形打磨也可达到控制直线地段钢轨侧磨的目的。为了使曲线地段钢轨具有良好的导向作用,通过外形打磨必须确保轨与轮对大半径滚动圆接触,内轨与轮对小半径滚动圆接触,如图2所示,达到减小轮缘与钢轨侧面的冲击,控制侧磨。图3为打磨与未打磨钢轨磨耗后的断面外形,据澳大利亚报道,前者的耐磨寿命比后者提高了70-80%。图2 外形打磨以改善导向图3 打磨与未打磨钢轨磨耗比较最近,美国铁路工程师协会指出,曲线地段外轨一点接触比两点接触冲角小,横向力低。3 控制疲劳外形打磨的第二个作用是控制钢轨表面的疲劳,尤其对曲线轨道轨头内侧的疲劳缺陷有效。钢
8、轨疲劳经常发生在重载运输线上。钢轨疲劳与轮轨接触状态有关。当轮轨一点接触时,轮轨接触附近应力高度集中,容易造成轨头疲劳,裂纹和剥落。为了控制钢轨疲劳,可通过打磨潜在的疲劳区,使轮轨接触点向轨头中心转移,如图
