兰新高铁抖车病害分析与钢轨打磨运用

李　莹， 岳　峥

(1.兰州资源环境职业技术学院, 甘肃兰州 730030； 2. 兰州铁路局, 甘肃兰州 730030)



兰新高铁抖车病害分析与钢轨打磨运用

李莹1， 岳峥2

(1.兰州资源环境职业技术学院, 甘肃兰州 730030； 2. 兰州铁路局, 甘肃兰州 730030)

【摘要】兰新高铁是一条横贯中国西北甘肃、青海、新疆三省区的铁路大动脉，开通后不久就出现了抖车现象，为消除该病害，文章从病害的产生、日常的检测入手，通过钢轨打磨手段最后消除该病害进行简单阐述。

【关键词】高速铁路；钢轨；抖车；处冶

兰新客专于2014年12月26日开通运营，是我国首条高海拔、高严寒、强风沙环境下横贯东西的现代“钢铁丝绸之路”。在高速铁路日常维护中，钢轨修理工作一直是工务部门的工作重点，研究和摸索如何延长钢轨使用寿命，经过近两年的摸索和实践，积累了大量的打磨经验，逐渐优化和完善了铁路钢轨预打磨、预防性打磨、修复性打磨技术，同时对消除钢轨病害也总结了一些经验。现将高铁中遇到的抖车现象通过钢轨打磨是如何消除的进行介绍。

1高速铁路钢轨病害

1.1动检车检测及人工添乘情况

兰新客专于2014年12月26日开通运营， 2015年3月上旬开始，兰州局管内部分地段出现动车抖车现象。兰新客专抖车地段TQI值在1.92～2.96mm,4月份TQI均值最大2.21mm，抖车地段出现抖车前后动检TQI值无明显变化，0级小车检查线路几何尺寸良好，反映出抖车不是几何尺寸不良造成。抖车地段便携添乘仪偏差个数4月份与1月份对比，日均偏差数明显增加，主要为水加偏差；非抖车地段偏差无明显增减。钢轨打磨后的抖车地段暂时未出现偏差(表1)。

表1　动检车检测及人工添乘情况

注：表中TQI均值4月份较1月份低，是由于3月25日动检车由CRH2A-2010换为CRH5J-0501，测量方式由弦测改为光电测量，车型及测量方式差异造成TQI略有降低。

1.2钢轨光带

1.2.1光带检查情况

抖车段钢轨光带检查118km，测量4 104个点，钢轨光带偏宽，最大宽度51mm，宽度大于30mm以上的测点占总测量数的64 %，光带不居中，79 %的测点光带偏向工作边，194个测点钢轨出现双光带；未抖车地段钢轨光带检查40km，测量1 342个点，光带宽度基本正常，57 %的测点光带宽度符合规定，宽度大于30mm以上的测点占总测量数的26 %，光带基本居中，钢轨无双光带现象。

1.2.2光带变化情况

光带测量数据显示，非抖车段钢轨光带虽然也有变化，但宽度的变化和偏向工作边距离有限，不像抖车段光带宽度幅值变化那么大。抖车地段光带距工作边最小距离为1mm，非抖车地段为6mm；光带最大宽度抖车地段51mm，非抖车地段为44mm。抖车段光带见图1～图3。

图1　抖车段光带偏向工作边

图2　抖车段光带过宽、双光带

图3　抖车段光带宽窄变化

1.3钢轨廓形

抖车、未抖车段(嘉峪关南～石板墩南区段3月20日后普速车改既有兰新线运行)各测量钢轨廓形50处，对比钢轨廓形，抖车段钢轨工作边不同程度的存在未打磨到位的情况，未抖车段钢轨工作边基本都已打磨到位。

抖车地段钢轨廓形工作边15°～50°未打磨到位，剩余量在0.2～0.6mm(验收标准<0.2mm)；非工作边6°～10°未打磨到位，剩余量在0.2～0.4mm(图4)。

(a) 下行k2091+100左股直线

(b) 上行k2116+000右股直线图4　抖车地段钢轨打磨前后廓形对比

2钢轨打磨研究与运用

进行钢轨打磨廓形设计时，应充分考虑轮轨间的接触关系。不同的曲线半径，轮轨之间的接触关系也有所不同。轮轨之间的接触区域主要包括轨顶和车轮踏面中心区域接触，钢轨轨角和车轮轮缘根部区域及钢轨和车轮外侧接触。在设计过程中，需要考虑设计廓形与现场实际廓形之间的差值最小，即要求打磨量尽量最小。因此在本次打磨廓形设计使用60N廓形与现有的磨耗钢轨廓形之间的打磨量最小。

2.1打磨方案设计

钢轨廓形打磨工艺设计是完成廓形打磨的重要手段。合理的打磨工艺参数通过合理的打磨电机排列角度、打磨功率以及打磨速度可以实现较少的打磨次数，实现打磨廓形与设计廓形的较好吻合，同时保证较好的钢轨表面粗糙度、较为光滑的打磨廓形、无轨面发蓝现象、规则的钢轨打磨痕迹等优点。在钢轨打磨工艺设计中，最为主要的是钢轨打磨电机排列角度的设计和打磨电机功率的设计。其中打磨电机角度和功率的设计与打磨金属去除率直接相关。金属去除率受到钢轨打磨列车使用磨石、打磨电机排列角度、每个打磨电机功率和钢轨打磨行进速度等因素的影响。这些组成部分均安装在打磨列车上，受打磨列车能力的影响。

2.1.1打磨速度和打磨功率设计

打磨作业速度宜在12～18km范围内，打磨功率55 %～85 %。根据我们设定的打磨模式，打磨速度确定在15km，打磨功率确定在70 %～80 %。

2.1.2切削量

通过钢轨廓形测量仪测量，根据60N廓形与现场实测钢轨型面进行对比得到现场不同线路类型下的钢轨各部分的打磨量。根据打磨量以及打磨列车特性，同时综合考虑打磨后的验收标准，设计不同线路类型的打磨方案。以兰新客专上行兰州西-陈家湾区间为例，根据总打磨量，96磨头打磨车打磨一遍即可到位，因直线地段和小半径曲线地段的轨角切削面积不同，所以必须设计不同的打磨模式；大半径曲线和直线地段切削面积相差不大，所以选择相同打磨模式；曲线低轨和高轨地段切削面积较大必须设计不同的打磨模式(表2)。

表2　钢轨设计廓形与实测廓形的各部分打磨量及核对曲线半径

2.1.3打磨模式

根据钢轨廓形情况，96磨头打磨车打磨一遍即可打磨到位(表3)。

2.2现场验收标准

在进行钢轨打磨工艺模板设计的过程中，同时需要综合考虑钢轨打磨验收标准。《高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)》和《高速铁路钢轨打磨管理》中规定了钢轨打磨维修的钢轨打磨面的最大宽度：R13区域5mm；R80区域7mm；R300区域10mm，表面粗糙度小于10μm，钢轨打磨面应无连续发蓝带。该规定直接限定了钢轨表面不同区域打磨电机角度的排列，同时给出了钢轨打磨的作业标准(表4)。

表3　钢轨廓形情况

表4　钢轨打磨作业验收标准

根据打磨要求，打磨后廓形应符合设计要求，并采用钢轨轮廓(磨耗)测量仪进行打磨廓形检查和验收。钢轨打磨轨面验收标准在满足规定的情况下，要求进一步满足表5的要求。

表5　钢轨打磨轨头廓形验收标准

注：表中“+、-”表示所测廓形高于和低于设计廓形。

3打磨后效果跟踪

为分析打磨效果，对抖车地段钢轨打磨前后的动检车车辆横加对比分析，通过对钢轨打磨前、后动检车轴箱、构架和车体横向加速度及车辆横加分析结果可看出，钢轨廓形打磨后车辆稳定性明显提高，构架横加标准差降低了80 %以上，轴箱横加降低了10 %，车体横加降低不明显，但从便携式添乘仪偏差来看，车体的低频横加大幅减少，打磨后无添乘仪Ⅱ级及以上偏差。

4结束语

钢轨保持良好的廓形，不仅可以使车辆具有较好的动力学性能，更可以显著降低轮轨接触应力，减缓轮轨接触疲劳，减少轨距角剥离掉块、飞边等病害的产生。动车组出现抖车时，铁路工务和车辆部门应共同研究，对比分析动车车轮磨耗程度与该动车轴箱、构架横向加速度的关系，针对产生的原因，提出处置意见。同时，还应进一步开展动车组轮轨匹配关系研究，确定最优的轮轨匹配关系，指导现场解决实际问题。

[基金项目]甘肃省高等学校科学研究项目课题《线路钢轨打磨轮廓设计研究》(项目编号： 2015B-169)

[作者简介]李莹(1982～)，女，硕士，讲师，从事建筑与土木工程教学与研究；岳峥(1981～)，男，本科，工程师，从事铁路工务管理。

【中图分类号】U213.4

【文献标志码】B

[定稿日期]2016-05-18