摘 要:本文主要介绍了打磨技术,并结合其在广州地铁的 应用 , 分析 了地铁轨道养护中进行打磨的必要性、打磨 方法 等,并就打磨标准进行初步探索等。
关键词:打磨;蠕滑;镟轮;轮毂;波磨;非对称打磨
1 历史 概述
据国外铁路 文献 记载,铁路上最早发现钢轨有波浪磨耗缺陷,是在本世纪20年代,但数量很少,未被引起注意,50年代后随着世界各国 经济 的迅速 发展 ,货运量大幅增加,钢轨的波浪型磨耗也随之增加,造成铁路轨道和机车车辆受损。60年代,Ｓｐｅｎｏ公司制成了第一列打磨车,带来了很好的效益,随之Ｌｏｒａｍ公司也相继制成。美国、加拿大、澳大利亚及西欧等一些国家分别购置这类列车,对钢轨进行定期打磨。
我国铁路最早发现轨顶波磨在1960年前后,此后若干年内,国家大量科研人员从轨道结构、线路平纵断面、机车车辆的构造和轴重以及振动、钢轨的成分及强度、钢轨冶炼和钢轨的扎制工艺、钢轨的矫直工艺以及钢轨内的残余应力等方面进行探讨,但效果均不理想。由于波浪型磨耗则日益增多,铁道部于1989年引进了第一列打磨车,起到了很好的效果,随后各铁路局先后引进了打磨车。现在打磨技术日趋成熟,已经从最初单纯的消除波磨发展成为多功能的铁路保养的技术。
2 地铁钢轨打磨的必要性
2.1 对地铁新建线路进行打磨的必要性
对地铁新建线路进行打磨,可以修正钢轨制造公差和施工误差,改善轮轨接触。地铁轨道工程,普遍采用的是挂枕架轨法施工的整体道床,虽然铁垫板已经加工了相应的轨底坡,但由于各个轨枕是相对独立的短轨枕和施工中支撑的变形以及钢轨轨枕的制造公差等原因,使竣工后的轨底坡无法得到保证。每一块短轨枕处钢轨的轨底坡都略有差异,由于整体道床可调性差等原因,很难进行轨底坡的精确调整。《地下铁道工程施工及验收规范》规定,轨底坡的误差允许为1/50～1/30ｓ,1/50～1/30的轨底坡对应的倾斜角度为1°8′45"～1°54′33",根据实际的轮对踏面锥度,采用合适的打磨模式,正确的选择磨头的偏转角度和功率,可以在很大程度上消除这种施工误差,使轨面得到一个相对不变的钢轨倾斜度,从而改善轮轨轨接触关系。 对新线进行打磨,可以消除新轨轨面毛刺、锈迹等表面瑕疵,提高钢轨作用面的光洁度,完善新轨轨面,改善轮轨关系,减少列车运行噪音、提高乘客舒适度,延缓钢轨病害的发生。1991年,法国国家铁路(ＳＮＣＦ)决定,每条线路按规定在钢轨更换后进行系统打磨,以预防潜在的夹杂物和改善轨道状态、焊缝及走行部分的状态。
2.2 对既有线进行打磨的必要性3 打磨方式和打磨标准的探索
对于轨道维护中的打磨,可以分为预防性打磨、修复性打磨和钢轨断面廓形打磨。
(2)修复性打磨。地铁轨道的修复性打磨主要运用在小半径曲线波磨较为严重的地段,修复性打磨对钢轨的磨削量大。由于打磨本身也是对钢轨进行磨削,对曲线地段的钢轨打磨,需要严格控制打磨量,打磨少了,起不到打磨的作用,打磨多了,将会大大降低钢轨的使用寿命,因此采用合理的打磨参数是很重要的。美国有关专家推荐采用ＣＩ指数来衡量波磨的严重程度,并用于控制打磨量,打磨量的多少和波磨的长度、深度、 计算 ＣＩ所需长度和该区段上出现抑制次数等有关,ＣＩ指数公式如下:
其中:Ｄ-波磨深度(抑制深度,以毫米为单位)
Ｌ-波磨长度(抑制长度,以毫米为单位)
Ｓ-区段长度(计算ＣＩ所需长度,Ｓ=5米)
Ｎ-区段上出现抑制次数
(3)钢轨断面廓形打磨。加拿大太平洋铁路的经验表明,直线地段对轨距角少许打磨,可以提高列车的临界摆动速度。由于地铁轨道为整体道床为主,由于施工条件的 影响 及钢轨、轨枕、铁垫板等施工条件的影响,轨道竣工后的状态难以完全符合设计,而地铁轨道的可调性较差,经过一段时间的运营,可以发现有的地方光带或宽或窄,或偏向一侧等不正常情况。有效的 方法 是根据光带的实际情况,选择合适的打磨模式,对轨道进行非对称打磨,适当的改变轨道的廓形,可以很大程度上弥补上述原因造成的误差。曲线地段的钢轨,由于轮轨关系复杂,轮轨磨耗都很严重,它与轮轨的材质及机械性能、转向架的结构(如定位方式、定位刚度、轴距等)、线路状态(如曲线半径、坡度等)、轴重、运行速度、轮轨断面的几何形状、润滑方式等有关,其动力学因素 分析 如下。
列车在运行过程中,车轮在支承列车重量的同时,还要在钢轨上滚动,当列车通过曲线时,由于离心力的作用,使得轮对外轮的轮缘和外轨的顶面和内侧面接触,因锥形踏面在轮缘贴靠钢轨时,踏面与钢轨的接触面为图一所示的Ａ～Ｃ～Ｂ整个面,这种接触,轮毂和轨头凹凸部分在互相咬合的状态下,由于滑动摩擦力的作用,使得这些微小的凹凸部分在咬合和分离反复进行的过程中产生疲劳现象,最终造成破坏和磨耗,使轮毂和钢轨磨耗严重,成为镟轮的主要原因,这也是新线开通后磨合期内磨合的重点 内容 之一,同时,由于"粘着-滑移"效应等原因,使得顶面靠近内侧,即图一中Ａ～Ｃ点产生严重的波磨,这种情况在广州地铁一号线小半径的长大曲线上普遍存在。 对钢轨的断面廓形进行非对称打磨,显著降低了轮轨横向力和冲角,在减缓钢轨侧磨、延长钢轨使用寿命方面取得了很大效果,国外 应用 经验表明:将这种技术用于重载铁路,横向力可以减少50%～90%,延长曲线地段钢轨使用寿命50%以上。其他地铁的应用也表明,两点接触和非对称打磨是预防钢轨疲劳纹的措施之一。
通过以上分析可知,采取合适的打磨方法,可以使外轨的滚动半径增加,内轨的滚动半径减小,增大内外轨的滚动半径差,以补偿内外轨的长度差,从而减小导向轮缘力、冲角以及轮对在曲线上的滑动,达到减磨的目的,同时,通过非对称打磨,还可以减缓轮毂的磨耗引起的镟轮等,节约运营成本。
4 结束语
打磨技术的应用,能够有效地的改善轮轨关系,减少由于轮轨关系的恶化而引起的换轨、镟轮、转向架维修等大量费用,同时还可以改善列车行车条件,减小噪音震动,增加乘客乘坐的舒适度。对钢轨进行打磨,最初用于整治波形磨耗,现已 发展 成为一种多功能的 现代 化养路技术,打磨的重点也已从钢轨修理转向钢轨保养。对于打磨能够有效的改善轮轨接触关系,延长钢轨的使用寿命这一点,国内外已经形成了共识。由于对打磨技术的研究起步比较晚,特别是对于城市轨道 交通 ,打磨技术还处于起步和摸索阶段,继续深入的研究地铁轨道养护中的打磨技术将能够大大地节约维修成本,提高运营效益。
参考 文献 :
[1] 预防性钢轨打磨的基本益处,张未,《上海铁道 科技 》1997年第3期,上海
[2] 赵淑贞《联邦德国交通运输业的研究》
[3] 钢轨波形磨耗打磨工艺,宋旭,《铁道建筑》1995年第6期,北京