高速铁路钢轨打磨对轮轨匹配关系的改善作用研究

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高速铁路钢轨打磨对轮轨匹配关系的改善作用研究

摘要：针对高速铁路运营中部分地段出现动车组转向架构架横向振动加速度报警限速的问题，本文依据钢轨光带、轨道几何尺寸和轨廓检测数据，分析了轮轨匹配关系不良的成因，梳理了钢轨打磨模式的试验与优化过程，并整理了打磨前后线路动态质量对比及打磨后钢轨光带观测结果。分析表明，在轨道几何尺寸偏差基本不超限的情况下，钢轨轨廓制造缺陷导致轮轨非正常接触，是引发横向振幅超限的主要原因；通过实施钢轨打磨修整轨廓，横向加速度二级偏差数量由打磨前的322处降至打磨完毕后的5处，光带宽度和距作用边距离趋于稳定，轮轨匹配关系得到改善。

关键词：高速铁路；钢轨打磨；轮轨匹配；钢轨光带；轨廓

引言

高速铁路运营中，个别地段出现了CRH3型动车组转向架构架横向振动加速度报警限速的现象。这一现象的特殊之处在于：综合检测列车检测数据表明，相关地段轨道几何尺寸偏差程度较轻，无三级偏差，各项动力学指标不超限，主要扣分项目集中在横向加速度和轨距变化率两项。截至2010年3月底，上下行线路扣分中横向加速度占48.4%，轨距变化率占44.8%。这意味着，仅凭常规轨道几何尺寸指标难以解释和解决该问题，需要从轮轨接触状态这一更深层次寻找原因。

本文围绕钢轨打磨这一整治措施，分析动车组横向振幅超限的成因，梳理打磨模式和工艺参数的确定过程，并整理打磨实施后的效果观测数据，以期为高速铁路钢轨打磨作业的模式选择和参数设置提供参考。需要说明的是，本文所引用的数据和方法均来自实际研究资料，具体作业应以现行规章、调度命令和现场管理要求为准。

一、动车组横向振幅超限的成因分析

出现动车组横向振幅超限后，调查分析工作重点检查了轨道几何尺寸、钢轨光带和轨廓等轨道结构情况。

钢轨光带方面，测量数据表明大多数地段光带正常，光带距内侧作用边为15至20毫米，光带宽度为25至35毫米，光带距外侧为23至28毫米。但在横向振幅超限和晃车地段出现了异常光带，主要表现为三种形式：一是部分地段出现双光带，靠钢轨内侧轨距角处有一条很窄的光带，约2至4毫米，反映钢轨与轮对侧面间歇接触；二是钢轨表面新旧光带有一定偏移，一般表现为新光带朝钢轨内侧偏移，光带距内侧作用边值基本为0；三是部分轨面出现忽宽忽窄的跳跃式光带，多发生在长大直线上，左右股钢轨光带变换无规律。

轨道几何尺寸方面，综合检测列车每月对武广高铁检测2至3次，检测数据表明几何尺寸偏差程度轻，无三级偏差，各项动力学指标不超限，主要扣分项目为横向加速度和轨距变化率。

轨廓方面，使用便携式轨廓仪对钢轨轨头廓形进行检测并与60千克每米钢轨标准断面比对分析，发现横向振幅超限地段钢轨整体轮廓虽基本相符，但轨冠不饱满，轨距角处突出。

综合以上检查分析，可以形成如下判断：动车组横向振幅超限地段虽然轨道几何尺寸偏差基本不超限，但钢轨轨廓存在制造缺陷，造成轮轨匹配关系不好，车轮与钢轨非正常接触是导致横向振幅超限的主要原因，其外在表现为钢轨光带不正常。而修整钢轨轮廓是改善轮轨接触状态、消除横向振幅超限的措施之一。

二、钢轨打磨模式的试验与确定

修整钢轨轮廓最有效的方式是实施打磨作业。针对高速铁路的行车特性，合理确定钢轨打磨方案和工艺参数至关重要。

研究过程中，先在广深Ⅲ、Ⅳ线上进行了三组模拟打磨试验，初步探索具有实际操作性的打磨作业模式和工艺参数。第一组和第二组试验分别采用3遍和4遍打磨模式。第三组试验在综合吸收前两次经验的基础上，确定采用打磨3遍模式，角度从负8度覆盖到45度。与前两组相比，第三组试验的第一遍内侧增大角度磨削、功率加大，第二遍调整光带并按照角度顺接，第三遍抛光、范围略向内侧偏移，以保证光带区接触效果，既改善磨面过宽问题，又考虑将抛光面加宽。采用第三组打磨模式，得出了满足要求的打磨效果。通过这三组试验，初步确定了打磨参数，对钢轨内侧轨廓的修整可改善轮轨匹配关系，且对钢轨母材损耗较小。

在此基础上，针对高铁特有轨道类型、行车速度和平纵断面情况，进一步研究并完善钢轨打磨参数。研究涉及钢轨材质、打磨动态能量转化、打磨后表面接触硬度、摩擦力等方面，特别是对打磨作业热循环过程中钢轨表面晶相组织是否对其综合性能产生影响进行了探讨，逐步得出针对一般分散光带的打磨参数设置。

通用打磨参数设置为：第一遍打磨内外侧，角度覆盖正25度至正14度、负15度至负1度，单车内侧分布8个磨石、外侧16个磨石，功率15千瓦，打磨速度14千米每小时；第二遍内侧磨削，角度范围正43度至正11度，单车24个磨石都在内侧工作，修整轨距角突出部位，功率15千瓦，打磨速度15千米每小时；第三遍抛光轨面，角度在正22度至负6度之间，单车内侧分布19个磨石、外侧分布5个磨石，功率14千瓦，速度16千米每小时。此外，根据打磨地段钢轨光带的不同状况，还需对打磨参数进行适当调整和优化。

三、打磨实施后的效果观测

通过多种动态和静态检测手段对打磨质量进行监测，打磨效果显著。

线路动态质量方面，上行线钢轨打磨时间为2月28日至7月1日。从1月至7月综合检测列车检测的上行线线路动态情况看，打磨后横向加速度二级偏差数量随着钢轨打磨的实施呈下降趋势，打磨前为322处，打磨完毕后降至5处。这说明打磨后轮轨匹配状态得到改善，钢轨打磨对减小动车组横向振动幅度有显著作用，添乘动车组时的人体感觉也可得到验证。

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参考资料：
寇东华.高速铁路钢轨大机打磨作业标准化、程式化初探.铁道建筑，2010（11）
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.铁道建筑，2009（12）

引用依据：
《高速铁路钢轨打磨技术研究与应用》

资料使用说明：本文依据已抽取铁路专业原始文本整理，仅供学习参考。涉及规章、技术参数和作业要求时，请以现行有效文件为准。

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