无缝线路曲线钢轨病害原因分析及防治
2015-06-15
1.绪论
长久以来我国铁路运输在交通运输系统中一直占据重要地位。高速度、重荷载运营是我国铁路运输的基本特点。通过提高列车行车速度、缩短发车间隔、改善设备承载能力等措施,不断满足日益增加的客货流需求。但同时也加剧了对轨道结构的破坏作用,减少了轨道部件的使用寿命,增加了养护维修成本。
我国地域辽阔，地形复杂，山区、丘陵地区占很大比例。特别是成都铁路局地处中国西南地区，管辖铁路几乎都是处在山区、丘陵地带，曲线较多且半径较小，曲线成为了日常养护维修中难点，而曲线上直接承接轮对作用的钢轨，其受力特点决定了钢轨的损耗和病害的较为容易产生。严重的钢轨病害消弱了钢轨的强度，缩短了钢轨的使用寿命，不仅浪费大量的资金，而且还干扰运输秩序，影响行车安全。因此防治曲线钢轨病害，减缓钢轨更换的速率，从而延长钢轨使用寿命对于我国铁路具有重大的意义。
2、无缝线路曲线钢轨主要病害及原因
2.1 主要钢轨病害情况
钢轨作为铁路交通的主要承载部件,直接承受来自列车车轮的反复作用。在高密度、大荷载和快速的运输条件下,钢轨特别是头部运行表面不可避免地会出现各种伤损。据统计钢轨伤损主要包括裂纹、掉块、光斑、碎裂、剥离、核伤、侧磨和波磨等。其中钢轨轨面疲劳裂纹、钢轨波磨、小半径曲线钢轨的侧磨和曲线钢轨下股压宽是曲线钢轨伤损的主要类型。
这些钢轨病害伤损如果处理不当,不仅会降低乘客乘车舒适度、产生轮轨噪声、增加列车运行能耗、增加养护维修成本,严重的甚至会引起断轨,危及行车安全。因此,必须重视对铁路线路钢轨伤损病害的防治和处理。
2.2 钢轨病害的原因分析
俗话说“看病得对症下药”，对钢轨的病害的防治和处理也得先找出“病症”，究其原因。下面我们就谈谈无缝线路曲线钢轨的病害主要类型及原因：
2.2.1钢轨侧磨、垂磨过快
钢轨在自然的作用以及列车的运营作用下不可避免地产生锈蚀、磨耗和损伤。但曲线上的钢轨特别是处于小半径曲线上的钢轨，由于存在曲线钢轨对列车轮对的导向作用，车轮与钢轨产生相互间的黏着和滑动，轮轨的磨耗和损伤就会产生。当离心力和向心力得不到平衡而造成的内外轨偏载时，更加剧钢轨的磨耗。因此就会产生钢轨上股侧磨过快或下股垂磨严重情况，通过长期的观察研究，曲线钢轨的不均匀磨耗和磨耗速率过快有下面几个原因：①磨耗与养护维修有关，线路状态越差磨耗越严重。②磨耗与曲线的平顺有关，曲线不平顺，磨耗速率增大。③牵引的重量越大，引起曲线磨耗越大。④磨耗与曲线半径大小有关，曲线半径越小，磨耗愈严重。⑤磨耗与超高设置有关，超高设置过大或过小，侧磨、垂磨都可能过快。⑥磨耗与车速、坡度有关。⑦侧磨与钢轨材质有关。
2.2.2 钢轨顶面疲劳裂纹
钢轨接触疲劳多发生于曲线上股钢轨的轨距角、轨顶面以及下股钢轨的轨顶面。这位置与轮轨接触较为频繁，由于强大的车轮荷载使得轮轨接触区内产生较大的轮轨接触应力。反复作用在钢轨上的接触应力,就会引起钢轨表面或亚表面萌生接触疲劳裂纹。 在轮对的反复作用下,轨头表面下出现微裂纹；当裂纹在表面下发展几毫米后,几乎成水平裂纹；当裂纹面积达到一定程度后,裂纹顶层在列车车轮碾压下产生塑性变形,最后断裂，使轨面出现剥落掉块，最终影响钢轨的使用寿命。
2.2.3 钢轨波磨
钢轨波磨一般出现在曲线地段，引起钢轨波磨的原因主要是轮对在钢轨轨面不平顺滚动有关,而机车状况、轨道不平顺、道床处理不彻底、道床厚度不足、脏污、板结翻浆等因素都会引起轮对运行中扭转振动，造成钢轨波磨的出现。
2.2.4 曲线下股压宽
曲线下股压宽即下股形成所谓的“胖子轨”，在山区铁路小半径曲线上并不少见的。这是由于曲线超高设置不合理，欠超高较大或下股胶垫压溃、铁垫板外口磨耗、使下股钢轨外翻等情况造成的。
3、无缝线路曲线钢轨病害的防治措施
3.1建立钢轨探伤和钢轨观测制度
任何病害的产生和发展都有一定的过程，通过观测检查我们可以发现钢轨存在的病害问题和严重程度，从而为后续的防治或整治措施提供依据。所以我们要加强钢轨的探伤检查和观测，形成一个长效的钢轨探伤和钢轨观测机制。
3.1.1加强钢轨探伤检查工作
通过制定曲线钢轨探伤检查办法，对曲线钢轨着重检查。利用先进的钢轨探伤仪器对曲线钢轨一些表面不易发现和深层的问题进行检查。通过缩短探伤周期，增加探伤次数，减缓探伤仪器的行走速度，增强探伤操作人员的业务水平等手段加强钢轨探伤工作，及时发现钢轨严重伤损，消除严重钢轨伤损带来的行车安全隐患。
3.1.2 加强曲线钢轨的观测
对曲线钢轨所在工区、车间可以通过“三定”制度对曲线钢轨进行定期、定点、定人观测检查，收集曲线钢轨定期磨耗、伤损及变化等情况，建立曲线钢轨观测表，通过分析了解曲线钢轨的病害伤损情况和严重程度等信息，利用长期观测数据分析其发展变化规律，从而为下步防治或整治工作提供参考依据。
3.2 曲线钢轨病害的防治措施
3.2.1 曲线钢轨磨耗过快或下股压宽的处理
在前面我们已经知道钢轨磨耗速率过快或下股压宽，引起的原因都有可能是超高设置不合适；轨距变化率较大；线路养护维修不当等因素。对此整治措施有：①根据实测行车速度，每年根据全年客货车平均速度，重新检算设计超高，并根据现场外轨侧磨和内轨压溃情况及时调整曲线超高；②及时更换压溃橡胶垫板，修正轨底坡，使轮轨接触面积增大。③合理定期安排钢轨调边使用。④养护曲线采用高标准，保持曲线圆顺度，定期检查，从预防的观点出发，治小治早。⑤采用曲线上股钢轨侧面涂油，可有效减少钢轨侧面磨耗。
3.2.2钢轨波磨的处理
波磨的出现一般与道床不平顺和脏污有关，在波磨地段要加强日常养护，对线路进行捣固和清筛，尤其道砟不足和道床脏污地段，通过捣固、清筛，改善轨道弹性：①对道床厚度严重不足，线路爬底的曲线地段进行补砟抬道。②清筛道床脏污石砟，补填洁净石砟，恢复道床弹性。③更换失效大胶垫、尼龙底座，对于歪斜、串出、缺少的全部整治、归位。④打磨钢轨，合理安排打磨周期，做到道床清筛、钢轨打磨同步进行。
3.3.3利用大型钢轨打磨列车进行钢轨的全面整修
利用大型钢轨打磨列车可以对大区段、大量的曲线钢轨病害进行打磨处理。大型钢轨打磨机主要是通过打磨列车对钢轨头部表面的打磨，以消除去除钢轨瑕疵，其中包括：剥离掉块、波浪磨耗、钢轨肥边、高低焊缝 、钢轨擦伤等，从而实现消除钢轨表面疲劳层缺陷或减缓其发展、提高钢轨表面平滑度，减小车辆轨道系统的振动，降低波浪磨耗与噪声，保持钢轨的最佳廓面形状，从而进一步达到改善旅客乘车舒适度，延长钢轨使用寿命的目的。
大型钢轨打磨机主要有三种打磨模式：矫正性打磨、保养性打磨和预防性打磨。矫正性打磨主要是针对较严重的钢轨病害，去除严重钢轨瑕疵和深度塑性流动，去除深度波浪磨耗。保养性打磨主要是去除疲劳破坏的初始裂纹和浅层塑性流动，去除早期的波浪磨耗。预防性打磨主要是去除钢轨轧制中出现的瑕疵 ，去除新钢轨的脱碳层和去除在钢轨头部裂纹扩展前的萌生区。
矫正性打磨需要多次往返打磨，打磨时间长，打磨掉的钢轨金属量较多，而保养性打磨和预防性打磨只需打磨一两遍，打磨时间短，打磨掉的钢轨金属量少。因此在日常的钢轨打磨中，应该多采用预防性打磨和保养性打磨，降低打磨的成本，也减少因打磨对钢轨使用寿命的影响。
结束语
曲线钢轨是整个无缝线路钢轨中的重难点，加强对曲线钢轨病害原因分析和防治可以有效地延长钢轨寿命,减少钢轨更换数量，降低钢轨和车轮伤损的发生,并可以节约车辆和钢轨的维修成本,减少列车运行能耗,降低轮轨振动和噪声。而从安全上来看加强对曲线钢轨病害原因分析和防治可以消除了曲线钢轨病害带来的安全隐患，降低了因钢轨伤损带来安全事故的发生概率，极大的提高了列车在曲线上运行的安全性。
