两种钢轨表面伤损在线整修技术方案的对比探讨

李先敏

【摘 要】对钢轨表面损伤进行在线整修作业是优化钢轨轮廓面、改善钢轨受力状态、提升钢轨运营质量的最有效维护途径，具有现场修复而不需拆卸钢轨，节约时间和劳动成本等优点，被众多轨道交通工务部门较多地采用。目前国内外现有的钢轨在线修整技术主要为钢轨打磨、钢轨铣磨2种，两种技术方案各有优劣。通过对比分析两种技术方案的不同特点，为选择经济适用的技术方案提供一定的参考依据与考量方法。

【关键词】钢轨；表面伤损

1.钢轨在线修整的重要性和必要性

钢轨滚动接触疲劳裂纹、波磨和曲线上股钢轨侧磨是常见的城市轨道交通钢轨表面伤损。随着铁路干线与城市轨道交通事业的迅猛发展，新线路不断建成，既有线路的老化和运量也将不断增加，钢轨发生伤损频率越来越高，将会不断有剥落、掉块、波浪磨耗、细小裂纹、飞边、擦伤等钢轨病害的出现[1]，资料显示，伤损钢轨的里程每年以1.2倍的速度递增[2]。需运用先进的钢轨管理设备、理念和方法来确保钢轨的安全，以保证整个城市轨道交通线网运营的可靠性和高效性。

对钢轨进行在线修理作业是优化钢轨轮廓面、改善钢轨受力状态、提升钢轨运营质量的最有效维护途径，具有现场修复而不需拆卸钢轨，节约时间和劳动成本等优点，被众多轨道交通工务部门较多地采用[2]。因此，引进钢轨在线整修技术，对新接线路钢轨进行预防性打磨，对运营一段时间后的钢轨进行周期性打磨，对地铁线路既有伤损的钢轨进行矫正性打磨是非常有必要的，可有效地实现对线路钢轨的维护管理。

2.现有钢轨打磨车技术方案的介绍和比较

目前，国内外轨道交通在线钢轨整修技术主要包括钢轨打磨和钢轨铣磨两种方法。钢轨打磨有机械化的打磨列车和手工打磨机具两种。钢轨铣磨目前主要是机械化的铣磨列车[3]。

2.1钢轨打磨技术

钢轨打磨就是在正确的位置精确的将轨头上的多余部分打掉，其主要原理是利用高速旋转的砂轮磨头端面对钢轨表面进行打磨作业，通过研磨材料在轨头进行的旋转、平移或滚动等运动来磨耗掉相应部位的表面金属，以恢复钢轨纵、横断面轮廓，经多次反复打磨，最终实现一个完整的钢轨包络面。这种钢轨打磨作业单次单个砂轮磨头每次打磨掉的金属量是比较少的，且在钢轨打磨过程中随着钢轨外形和其它参数的变化设定不同的打磨砂轮下压力，打磨的金属量是随时变化的，所以打磨的精度相对来说也是比较高，可较好地消除顶面伤损，特别是波磨及顶面裂纹和剥离掉块。但伤损较严重时，需要进行多遍次的打磨才能消除掉，且打磨质量不容易控制，作业效率比较低。在恢复轨头型面方面，通过打磨电机沿钢轨纵向的布置，可以较好地恢复钢轨纵向平顺度。电机沿轨头横向以不同角度布置，可以恢复钢轨横断面轮廓，不同数量的电机可以灵活布置，适用于标准型面钢轨如正线和特殊型面钢轨如道岔钢轨的整修，但在修复轨距角或外侧角的小半径圆弧如肥边时，若过度打磨或电机功率设置不当，可能把圆弧打平而破坏轨头形状，不容易恢复成圆顺的轮廓。同时，这种打磨方式会使钢轨产生很大的热量，会大量冒火星，作业时噪音也比较大，产生的灰尘及其它污染物也比较多，是比较传统的钢轨作业方式。由于打磨车作业速度快，比较适用于钢轨早期的细微病害的整形作业——预防性打磨。

2.2钢轨铣磨技术

钢轨铣磨是上世纪九十年代在欧洲出现的一种新式的钢轨整形作业方式。钢轨铣磨有两套作业程序，钢轨铣削和钢轨打磨。钢轨铣削的主要原理是利用圆周铣削技术，由镶嵌在刀盘圆周面上的铣刀对钢轨表面进行铣削加工。它是由不同的刀粒组成一个完整的钢轨断面轮廓，采用仿形加工的方式，通过铣刀刀粒与钢轨之间的快速相对运动一次切除较大的金属量，随着刀盘旋转，就将钢轨轨头横断面铣削成标准钢轨轮廓，一次加工成形。在对钢轨完成铣削作业后，根据线路的实际状况和用户的需求，利用铣削刀盘后面布置的打磨盘，将铣削过的钢轨表面进行打磨，消除掉钢轨表面的棱角，进一步平顺钢轨表面。适合消除顶面波磨、裂纹和剥离掉块等伤损。对较严重的表面伤损，也可以通过切削量的设置而实现一遍铣磨，其钢轨表面平顺度恢复较好，作业效率较高。由于这种铣削方式一次的铣削量比较大，很适用于钢轨周期性打磨和矫正性打磨。同时，这种钢轨作业方式能够在一定程度上减小单纯靠钢轨打磨作业方式而产生的大量热量、火花和污染物和噪音，较适合于城市轨道交通隧道等对环境要求较高的地段使用。但对特殊型面钢轨如岔钢轨或非对称钢轨型面进行整修时， 需要设计特殊的刀盘或改变其中的刀粒布置方式。

2.3钢轨打磨、钢轨铣磨的技术指标对比

以下是钢轨打磨、铣磨两种不同的技术方案在作业技术指标方面进行的相关对比分析，其中，钢轨铣磨车以LINSINGER（林辛格）公司的SF03-FFS铣磨车为参考对象，钢轨打磨车以美国Harsco（哈斯科）公司的PGM-48型钢轨打磨车为参考对象进行对比[4]。

2.4钢轨打磨、钢轨铣磨的综合经济性的比较

使用情况和业绩的方面，结合目前两种车辆在国内铁路行业中的实际使用情况进，目前国内使用业绩中打磨车居多，铣磨车相对较少。

3.结语

钢轨在线整修后的效果评价主要体现在以下三个方面：（1）钢轨修正的作业精度；（2）修整后表面的粗糙度；（3）钢轨修整的经济适用性[5]。综合来看，通过上述的技术对比，铣磨车在切削能力、作业精度、光洁度等方面有明显的优势，在处理病害严重的钢轨时所体现的效率也比较令人满意。同时钢轨打磨车在处理病害较轻的钢轨时，作业效率较高，且具有灵活性，可根据需要打磨出不同的钢轨轮廓以满足特殊需要。因此，铣磨车、打磨车都有各自的优点和局限性，两者具有很强的互补性，不能简单认为依靠于单一的技术方案便可覆盖钢轨整修作业的全部内容。在实际工作中，应根据损伤钢轨的损失程度，综合经济性与设备作业频率加以考虑并选用，在线钢轨整修作业前，要注意做好钢轨横、纵向断面的测量工作，以及伤损与不平顺的分析，设计一套相匹配的周期性作业计划，指导打磨量或铣削量的设定。

在经济实用性方面应系统分析作业过程中的各项成本以及钢轨维修费用等一系列因素。根据以上因素进行统筹分析，集合资本、价值、时间三个因素，最终得出一个量化的分析结果，这样方可对技术成本达到较好预计控制。

【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]周亮节.钢轨打磨形面研究[D].2010.6.

[3]周宇，许玉德.城市轨道交通钢轨全寿命养护策略研究[J].城市轨道交通研究，2008（12）.

[4]金卫锋.钢轨铣磨车作业性能和效果分析.上海铁道科技，2009（4）.

[5]刘莉丽，高亮，谷爱军等.高速重载线路钢轨打磨策略研究[J].铁道标准设计，2004，7（3）.