高速铁路钢轨波形磨耗

高速铁路钢轨波形磨耗钢轨波磨是轨道损伤的一种主要类型，它是钢轨沿纵向表面出现的周期性的类似波浪形状的不平顺现象。钢轨波磨分为三种类型：1、极短波距波形；2、短波距波形；3、长波距波形。钢轨波形磨耗的波长L与列车速度v和振动频率f有关:L=v/f不同的振动频率和行车速度产生的波长不同,形成不同的波形磨耗。极短波距波形（30-100mm）短波距波形（100-300mm）长波距波形（300-1000mm）成都铁路60kg/m轨线路的调查钢轨波磨的规律1.波磨波长范围一般为300-600mm；2.波磨一般从钢轨接头处发生,并向钢轨大腰扩展；3.波磨一般发生在小半径曲线的外侧钢轨上,而且半径越小,波磨形成和发展的速度越快;坡度越大,波磨形成也越快；4.波磨严重程度随轨道类型不同而不同。混凝土枕地段较易发生波磨,木枕地段波磨略轻于混凝土枕地段;5.波磨地段道碴粉化速率快,道床板结、翻浆冒泥病害严重,设备损耗率大,轨枕失效多,暗坑、吊枕多。波磨的危害1、增加工务维修费用车轮通过波磨地段时,由于钢轨表面的不平顺,引起轮轨作用力急剧增大,使机车车辆和轨道产生剧烈振动,促使轨道和机车车辆相关部件伤损的产生和发展,从而增加维修费用；由于列车通过波磨地段时引起轨道剧烈振动,致使道碴粉化速率加快,道床翻浆冒泥,轨道扣件松动,螺纹道钉、轨距杆大量折断,轨枕空吊,胶垫损坏等,从而极大地增加了工务维修费用。2、噪声污染机车车辆通过波磨地段时会产生很大的噪声,对铁路沿线居民带来很大的危害。同时这种噪声也会影响乘客,使他们产生不舒适感。3、安全隐患如钢轨波磨严重,车辆通过波峰时冲击力急剧增大,而通过波谷时受力减小,这就容易引起列车减载脱轨,还容易引起钢轨和车轴的断裂,影响行车安全。4、增加能耗由于波磨轨面的不平顺,导致轮轨粘着不良,相应地增加了轮轨运行阻力。另外由于轮轨系统振动加剧,导致部件伤损率增加,消耗大量能量,而这些能量都必须由机车牵引力提供,从而增加能耗。波磨的预防和减缓措施1.减少钢轨接头,降低接头冲击设焊接无缝线路,尽可能减少接头或铺设冻结无缝线路,将接头冲击降到最低。加强接头处道碴捣固,保持道床丰满并加以夯实,及时清筛接头范围内的板结道床。2.增强轨道弹性,提高轨道阻尼增强轨道弹性可有效地减小轮轨系统振动强度,提高轨道阻尼可明显降低波磨发展速率。具体措施为:采用优质道碴,补足道床厚度;及时清筛道床并适当缩短道床清筛周期;对道床粉化、坍塌及翻浆冒泥地段及时整治。3.减少轨道不平顺强曲线轨道的养护,提高曲线圆顺度；消除钢轨死弯和轨头掉块。使用大型养路机械进行线路维修作业,提高养护质量,减少三角坑不平顺及暗坑、吊枕等。4.倒换钢轨定期倒换曲线两侧钢轨或将曲线上已有一定波磨的钢轨倒换到直线上使用。5.打磨钢轨通过打磨可以消除轨面不平顺,大大减小轮轨动荷载,减小波磨的生成。钢轨是直接承受列车荷载和提供运行表面的轨道部件,它的状况将直接影响高速与快速列车的安全与运行。高速轨道的理论研究和运营实践表明,由于采用了优质的重型轨道和弹性扣件,总体来看,高速轨道的破损率较小,但高速铁路钢轨出现的波形磨耗病害却引起各国的严重关切。事实上,钢轨波形磨耗病害不仅出现在高速铁路上,几乎在所有的有轨交通线路上都有钢轨波形磨耗,这是长期困扰人们的难题。钢轨波形磨耗分为短波(波长≤60～80mm)的波纹磨耗和长波(波长80～2000mm)的波浪磨耗两种。不少文献认为波长较大的波浪磨耗的形成机理多为钢轨轧后形成的初始不平顺演变成波浪磨耗,而波纹磨耗形成的机理却至今没有定论。自1895年以来,世界各国都花费了大量的人力、物力对钢轨的波形磨耗进行了研究,出现了各种成因机理的学术流派:钢轨材质成因理论;钢轨制造方法机理理论;钢轨内部应力成因机理;钢轨表面氧化理论;钢轨振动激励理论;车轮压力变化产生波磨理论;车辆与车轴振动、扭曲理论;轮轨相互振动成因理论等。但至今尚无一种钢轨波形磨耗成因理论为大家所公认。目前看来,钢轨波形磨耗的产生可能不是一种因素所致,而是多种因素综合作用的结果。可以认为,由各种原因形成的钢轨表面凹凸不平顺,使列车运行时轮轨接触点承受不同的动力荷载,进而在钢轨表面产生间隔的塑性变形、磨损及其他损伤,使钢轨初期的凹凸不平顺进一步发展,形成钢轨的波形磨耗。从现场调查结果看,通常在下列一些线路容易产生钢轨波形磨耗:(一)车辆轴重大于15t并以相近的低速行驶的线路区间,钢轨的波形磨耗是从钢轨接头或钢轨焊缝开始发展形成的,多发生在曲线外轨,波长为200～300mm。(二)在钢轨重量小于50kg/m的线路上,从钢轨接头或焊接接头开始形成500～1500mm波长的波形磨耗。有的文献认为这种波形磨耗是因为钢轨出厂时就存在的波状不平顺造成的。(三)在地下铁道线路上,若在轨下或枕下增加了弹性垫层,会在半径小于400m的曲线内轨产生波形磨耗,波长多为50mm左右。(四)在经常涂油的曲线钢轨上有时出现“接触疲劳”波形磨耗,波长为150～450mm,钢轨表面有疲劳损伤形成的薄片,并伴有塑性变形。这种波形磨耗在轨距较宽时常出现在曲线内轨,轨距较窄时常出现在曲线外轨。若线路处于空气湿润地区这种波形磨耗将发展较快。(五)在地面铁路与地下铁道最常见的波形磨耗是暗、亮相间的称为Rutting(车辙)的波形磨耗,其波长多为50～450mm之间。(六)在轴重小于20t,行车速度较高的线路上,在直线与大半径曲线地段将产生25～80mm波长的钢轨波形磨耗,它将给高速列车的运行舒适性带来极大的威胁。钢轨波形磨耗所造成的危害是相当严重的。它不仅是振动与噪声的一个振源,而且可以严重恶化线路状况,影响行车平稳与舒适。由于目前对钢轨波形磨耗的形成机理尚无定论,因而不可能完全防止钢轨波形磨耗的产生。只能在波形磨耗出现前后,采取一些措施减轻波形磨耗的程度和减缓其恶劣影响。各国铁路采取的主要措施如下:(一)钢轨打磨。采用钢轨打磨列车来磨平钢轨的波形磨耗是国内外铁路普遍采用的有效措施,不少国家的高速铁路规定,当钢轨波形磨耗幅度达到±0.3mm/2m或±0.3mm/1m时,就需用打磨列车对钢轨进行打磨。我国快速铁路钢轨波形磨耗达到±0.3mm/1m,普通线路达到±0.5mm/1m后就需用钢轨打磨列车打磨钢轨。钢轨打磨列车不但能磨平钢轨的波形磨耗,而且可消除钢轨的表面伤损,延缓钢轨的使用寿命。因而钢轨打磨列车不但用来打磨出现波形磨耗的钢轨,而且还用来打磨新铺钢轨和大修后换铺的新钢轨,以消除新钢轨表面0.3mm厚的脱碳层及钢轨轧制时形成的不平顺,从而延缓钢轨波形磨耗的产生,延长钢轨使用寿命。(二)为控制钢轨表面的凹凸不平顺,使轨面尽可能平滑。要采用具有较大挠曲刚度的重轨断面和较高屈服强度的优质钢材。(三)增加轨道弹性,以减少钢轨承受的垂直荷载。(四)减少转向架有关弹簧的刚度,提高转向架的转向性能,也是减缓钢轨波形磨耗的有效措施。钢轨打磨作业钢轨打磨作业麻城工务段打磨钢轨飞边新乡桥工段充分发挥小型养路机械的作用，认真开展设备大检查大整修活动。图为该段职工正在进行钢轨接头打磨。高铁钢轨打磨车为中国高速铁路量身打造的钢轨打磨列车近日在北京二七装备公司竣工下线，将成为高铁运营安全的“守护神”。这是目前世界上最大规模、技术水平最先进的钢轨打磨列车，将在北京铁路局投入运营，精心呵护京津城际等客运专线。新下线的钢轨打磨车，由一辆动力车和六辆打磨作业车组成，96个大砂轮磨头可同时打磨作业，也可以根据需要精确控制分别作业。当打磨列车以100公里的时速在高铁线路上运行时，列车装备的自动诊断系统就能精确探测到肉眼几乎觉察不出的钢轨暗伤。通过列车控制系统，打磨车将针对不同的钢轨缺陷采取99种模式对高速铁路的钢轨磨耗、焊缝凹陷及鱼鳞裂纹等病害实施快速打磨，1米长度范围的打磨精度可控制在0.2毫米以内。此前，国内已有用于普通铁路钢轨养护的打磨车，而世界上同类产品最多只有48个磨头。新下线的96个磨头的大型打磨车专为高铁研发。由二七装备公司与瑞士SPENO公司经过技术交流、联合设计、国产化制造、联合调试等多环节，历经27个月完成首列车研制，国产化比例达到70％。下一步还将进一步提升国产比例。这列具有国际尖端水平的打磨列车，环保性能出众，能自动收集打磨作业粉尘，抑制轨面火花飞溅，减少对环境和列车装备的污染。为防止操作过程中火花引燃路边灌木，打磨车侧面还配有专门的防护罩，紧急情况下列车还可启动消防和打磨喷淋水系统。世界高速铁路运营实践证明，装备大型养护设备的高速铁路，从未发生过轨道质量引发的行车事故。由于中国高铁列车运营速度快，轮轨磨损严重，列车重压下容易发生轨道变形危及运营安全，因此高效的专业化养护设备需求急剧增加。据透露，北车集团与铁道部签订了10列96头钢轨打磨列车的供货合同，预计到2010年年底全部交付。铁路钢轨打磨车高铁钢轨打磨照片南昌铁路局第一列钢轨打磨车开始对九江长江大桥铁路桥上下行共15352米的线路首次实施钢轨打磨“手术”，全面提升九江大桥铁路桥的线路设备质量。国产首台钢轨打磨列车牵引动车通过评审(2009年）2009年9月10日，由襄樊金鹰轨道车辆有限公司自主研发和生产的96头钢轨打磨列车牵引动车,通过铁道部主持的出厂评审会评审。该车是铁道部“十一五”大型养路机械重点科研项目，用于和96头钢轨打磨列车固定编组使用，为打磨列车高速运行和恒低速作业走行提供动力。打磨列车主要用于对线路钢轨表面进行打磨维修，在此之前，国内的打磨列车全部由美国哈斯克公司进口。该车成功研发改变了钢轨打磨列车成套设备完全由国外引进的局面，使打磨列车国产化走出了坚实一步。每列车可直接节省1000万元。图为钢轨打磨列车正在打磨作业钢轨打磨车作业视频1.钢轨打磨车作业（之一）2.钢轨打磨车作业（之二）3.钢轨打磨车作业（之三）