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浅析城市轨道交通钢轨打磨技术及应用

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  摘要:目前,我们对城市轨道钢轨打磨技术的研究正逐步由修理性打磨向预防性打磨计划方向转变。对打磨效果进行定期观测并分析处理,其中包括打磨前后维修工作量的调查,是打磨车应用技术研究中的重要环节。本文主要探讨城市轨道交通钢轨打磨技术及其应用。
  关键词:城市轨道,钢轨,打磨技术
  Abstract: at present, we of urban rail rail grinding technology research is gradually by the rational preventive burnish plan to burnish the direction to change. For grinding effect observation and analysis on a regular basis, including maintenance workload investigation before and after grinding, polishing technology research car is the important link. This paper mainly discusses the urban rail transit rail grinding technology and its application.
  Keywords: urban rail, rail, grinding technology
  
  
  中图分类号:U213.2文献标识码:A 文章编号:
  随着我国经济的高速发展,城市的不断壮大,我国城市交通发展成为城市发展的核心要素,从而我国的城市轨道交通进入了一个快速发展的时期。城市轨道交通在我国得到了广泛的发展,同时轮轨接触问题也表现的尤为突出,钢轨型面是轮轨系统中的关键因素之一,它不仅关系到车辆的动力学性能,也关系到轮轨之间的接触问题[1]。选择好的钢轨型面,不仅可改善车辆动力学性能,而且可大大降低轮轨接触应力,减少轮轨维修成本,提高车辆运行的安全性和舒适性,延长钢轨的使用寿命。
  1城市轨道钢轨打磨的必要性
  1.1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。《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,从而改善轮轨接触关系[2]。
  对地铁新建线路的打磨,可以缩短轮轨磨合期,延长轮轨使用寿命。根据广州地铁一号线的运营情况来看,对于地铁新建线路,钢轨和轮对有一定的磨合期,在此磨合期内,轮轨磨耗较为严重,通过磨合,轮轨逐渐吻合,钢轨光带逐渐稳定成型,磨耗相对均匀。
  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。
  1.2对既有线进行打磨的必要性
  地铁既有线上的轨道,经过长期的运营,部分区段会出现剥落掉块、焊缝鞍形磨耗、肥边、擦伤、轨头表面由于冷作硬化出现轨道表面金属的破坏等缺陷,特别是曲线地段还会出现波磨。地铁运营采用的是ATO驾驶模式,车辆类型单一,轴重一致,同一区段行车速度一致等,行车密度大、轨道在同一种工况下反复作用,整体道床弹性差等特点,因此轨道一旦出现病害,同一种病害发展速度非常快。这些病害的发展,特别是波磨地段,列车高频率的颠簸,对车辆转向架裂纹、隧道道床病害、钢轨扣件的病害等起到了促进作用。
  2钢轨打磨技术的分类
  轨道平顺是列车平稳、安全运行的基础。轨道不平顺分为长波不平顺及短波不平顺。长波不平顺又分为轨道结构在外力作用下的残余变形,如轨距、水平、高低、扭曲等几何状态的变化和钢轨在轧制、校直过程中产生的周期性变化。这两类不平顺的消除方法完全不同;前者通过整道消除;后者随着钢轨生产工艺的改进在钢厂即可消除[3]。短波不平顺分为周期性不平顺和非周期性不平顺:周期性不平顺即为波浪磨耗和波纹磨耗等。钢轨打磨一般是指消除钢轨周期性和非周期性短波不平顺而进行的作业。高速铁路平顺性是能否实现高速行车的关键,钢轨打磨也就显得格外重要。根据不同养护目的、不同时间进行分类:
  2.1预备性打磨
  由于钢轨的打磨具有显著的社会效益和经济效益,在新线交付验收时对轨面进行的打磨,特别是高速铁路,钢轨铺设后,除去钢轨表面的脱炭层或者由于压延在表面产生的损失层而进行的打磨,目的是提供平滑的车辆运行表面。
  2.2预防性打磨
  预防性打磨是在钢轨轨头裂纹开始扩展前就把裂纹萌生区打磨掉,防止接触疲劳型波磨的产生和发展。这种打磨方式主要运用于消除钢轨表面缺陷、曲线地段和容易出现钢轨接触疲劳纹的地段。掉块、焊缝鞍形磨耗、肥边、擦伤、轨头表面由于冷作硬化出现轨道表面金属的破坏等缺陷地段,预防性打磨可以起到良好的效果。周期性的打磨,将会大大减缓波磨的发展速度,通常情况下预防性打磨,控制在0.2mm的范围内较为适宜。预防性打磨也是预防和消除钢轨表面疲劳纹的有效方式,其打磨周期短,在钢轨表面裂纹萌生时就予以消除。预防性打磨与修复性打磨相比,打磨频率高,但对钢轨打磨的总量小,能够延长钢轨的使用寿命。
  2.3修理性打磨
  修理性打磨是打磨已经产生的钢轨表面病害,在重载铁路上用于去除钢轨塌陷,在高速铁路上为去除波浪形磨耗和减少焊接部的凹凸而采取的方法。重载铁路更多侧重于以打磨消除轨面各种伤损,以延长钢轨使用寿命。高速铁路更多侧重于以预防性打磨和打磨消除轨面不平顺,提高列车运行的平稳性。
  3应用分析
  广州地铁1号线陈家祠――长寿路区间小半经曲线(R=300 m)进行对比打磨分析[4]。(1)采用修理性打磨后,测得轨检车车体的垂向加速度为0.1~0.22 g,平均振动频率为1.67Hz。该振动具有低频率、大波幅的特点,列车通过时乘客感觉较强烈,乘坐舒适度较差;采用预防性打磨后,测得轨检车车体的垂向加速度为0.08 ~0.15 g,平均振动频率为2.60Hz。该振动具有高频率、小波幅的特点,列车通过时乘客感觉较微弱,乘坐舒适度较好。目前,广州地铁线路已经在修理性打磨上取平,并具有一定的修理性打磨经验,正逐步向预防性打磨计划方向转变。(2)与修理性打磨相比,预防性打磨能有效减缓钢轨侧磨、疲劳和波磨的发展速度,从而改善轮轨接触状况,降低轮轨噪声,提高乘坐舒适度。
  
  结论
  目前,我们对钢轨打磨技术的研究正逐步由修理性打磨向预防性打磨计划方向转变。对打磨效果进行定期观测并分析处理,其中包括打磨前后维修工作量的调查,是打磨车应用技术研究中的重要环节。我们对预防性打磨应用技术的研究还处在试验阶段,如何定量确定合理的钢轨断面、打磨周期、打磨起始量和切削量以及打磨经济效益的分析将是我们下一步重点研究的课题。
  
  
  参考文献
  [1]金学松,刘启跃. 轮轨摩擦学[M]. 北京: 中国铁道出版社,2004.
  [2]金学松,杜星,郭俊,崔大宾. 钢轨打磨技术的研究现状[J]. 西南交通大学学报,2010,(1):1-10.
  [3]郭俊,刘启跃,王文健. 钢轨打磨对轮轨滚动接触斑行为影响研究[J]. 铁道建筑,2009,(12):92-94.
  [4]Sudhanshu Sharma, Positive Results From Rail Grinding in India [J]. International Railway Journal. 2004,XLIV(5):41.
  注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。


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