钢轨打磨列车打磨单元配置分析

黄 聪

（柳州铁道职业技术学院， 广西 柳州 545616）

引言

在铁路运输系统的道岔区内，钢轨发生病害是比较常见的，同时病害的形式是多种多样的，如尖轨的磨耗与伤损、轨顶面的波磨与侧磨、护轨磨耗等等。这类病害一旦形成，会加剧该处线路的不平顺，当列车通过时，会造成轮轨系统动力学性能恶化。此外，由于振动、碰撞的加剧，会加快道岔区设备结构伤损的速度，缩短其使用寿命。本文针对道岔区存在的相关病害，结合钢轨打磨列车的打磨特点，分析得到由于道岔结构本身的特殊性和局限性以及正线打磨单元的打磨角度的限制，钢轨打磨列车要实现全线全方位打磨钢轨的功能，必须同时设置道岔打磨单元和正线打磨单元。

1 国内外钢轨打磨列车

在20世纪初，人们就发现经过长期运营的铁路钢轨会出现一种类似于波浪的磨耗缺陷，但因为出现的概率小，未能引起足够的重视。直到20世纪中叶，随着高速与重载技术的飞速发展，钢轨的波浪磨耗成为了制约铁路相关技术发展的一个重要因素，人们开始重视并研究可以整治波形磨耗的钢轨打磨技术[1]。经过半个世纪的发展，钢轨打磨已发展成为一种可以有效减轻钢轨病害的养路技术。

当前，国内外有许多的轨道装备制造公司不断开发和研制用于铁路钢轨打磨的设备，并制造了多种类型的钢轨打磨机和钢轨打磨列车，目前在我国铁路工务部门运用的大型打磨机械设备主要有：

1）PGM-48 型钢轨打磨列车。该列车打磨单元的打磨角度范围为内侧45°到钢轨外侧30°范围的角度偏转，实现对正线钢轨的有效打磨。

2）RGH20C 型钢轨打磨列车。该车打磨单元的打磨角度范围为内侧75°到钢轨外侧45°。该打磨列车主要适用于铁路道岔区的钢轨结构的打磨作业，作业效率和精度高。

3）GMC-96B 型钢轨打磨列车。该车打磨单元的打磨角度范围为钢轨内侧70°到钢轨外侧15°。主要用于普通线路、高速线路和重载线路的正线打磨作业。

4）GMC16A 型钢轨打磨列车。该车每个打磨小车上，4 个为正线打磨单元，打磨偏转角度为钢轨内侧20°到外侧15°，另外4 个为道岔打磨单元，打磨偏转角度为钢轨内侧70°到0°。该车可以对新建线路进行预防性打磨、对既有线路进行周期性和针对性打磨、对道岔区进行打磨等。

2 钢轨打磨现状

铁路机车车辆运行时，轮轨间存在轮轨垂向力、轮轴横向力等动态作用力。在轮轨作用力和钢轨材质的影响下会对钢轨造成伤损。钢轨伤损会加剧线路的不平顺，列车通过时会使列车产生剧烈震动和噪声，加剧轮对蛇形运动，减少了钢轨的使用寿命，缩小了钢轨的更换周期，对行车稳定性和安全都有影响[2-4]。通过对钢轨的打磨，可以有效地消除钢轨伤损，恢复钢轨轨头的轮廓形状，改善轮轨关系，延长钢轨使用寿命和更换周期，降低钢轨使用成本，可以提高列车运行的平稳性和乘客乘坐的舒适性。

道岔作为铁路线路的一部分，道岔处的钢轨遭受着与直线轨道钢轨一样的病害[5]。这些损伤的危害是明显的。在更高的动力和震动条件下，会对轨道所有部件产生更大的应力。这样，不仅降低了车辆运行的舒适性，并且大大增加了维护线路的工作量。加之道岔的更换比较复杂，因此可以通过打磨的方式来延长道岔部件的更换周期。

直线轨道安装有一个倾斜度。而道岔钢轨一般都因为施工原因，垂直安装在轨枕上。在列车行驶过后的轨道上，发现侧面磨耗倾向轨顶。

过去，一些铁路机构仍然在垂直位置按所滚轧钢轨的轮廓打磨成型。因此，车轮和钢轨的接触区靠近圆角。最终，行驶的列车还将恢复磨损的轮廓，这样，金属损失就加倍了。所以，打磨最佳侧面的外形的更好的选择是采用像直线钢轨一样的打磨适应钢轨。这样，车轮驶过道岔时，就产生较少的侧面运动，并且打磨时，清除的金属量也较少。

打磨能够提供连续不断的良好接触条件。对于特殊的情况，可以考虑具体的目标外形。表面疲劳，主要发生在圆角，一种低圆角面的特定外形就有益。在急弯处的侧面磨损十分严重。不对称侧面外形减少了这种影响。它们也可以在道岔运用，并且有助于减少磨损。打磨恰当的侧面外形有助于提供更好的行车条件，减少道岔部件的更换，延长道岔服务寿命。为了缩短未打磨轨道的长度，打磨道岔区的钢轨是十分必要的。

3 道岔区钢轨打磨工艺

以最常见的单开道岔为例，道岔主要由转辙器、尖轨、辙叉、翼轨、护轨及连结部分组成，见图1。

钢轨波磨一般发生在钢轨轨顶表面，侧磨主要发生在钢轨内侧面，疲劳损伤主要发生在轮轨接触部位。这三类病害是道岔区常见的伤损类型，经过长期的打磨作业实践表明，这三类病害可以通过打磨钢轨的办法来减轻其对钢轨危害，减小钢轨的不平顺，保证列车通过道岔区的平稳性和安全性。

当在道岔区打磨钢轨时，使用的钢轨打磨方法与打磨直线钢轨的方法是一样的。首先，清除钢轨两侧面多余的金属。再打磨圆角和侧面外形，最后打磨轮轨接触面。但是，由于道岔区的结构有别于直线钢轨的结构，因此打磨道岔区的护轨和尖轨的打磨方法是不一样的。

3.1 护轨区域

道岔的护轨的作用是限制车轮的横向运动，防止列车在通过辙叉有害空间时对辙叉尖造成冲击或爬上辙叉心轨尖端，导致列车在道岔区掉道护轨是保证行车安全的重要设备。

在基本轨的外侧，磨石的大小和尺寸对打磨没有干扰，因此，不需要任何特别的打磨方式。但在打磨基本轨内侧和护轨时，由于基本轨和护轨间的距离是有限定值。所以在打磨这两者之间的区域必须考虑磨石是否可以通过这个距离。这个距离，直接决定了打磨小车磨石的尺寸和形状。若采用正线单元的磨石，由于其磨石厚度偏厚，限制了打磨单元在该区域的打磨角度范围，无法对护轨与基本轨之间的区域进行全方位打磨，而要实现全方位打磨，在打磨作业时，打磨列车是无法顺利通过护轨区域。

若以现有的道岔打磨单元的磨石，厚度只有正线打磨单元磨石厚度的1/10，在打磨作业工况下，钢轨与护轨的距离对钢轨打磨列车通过是没有影响的。因此使用道岔打磨单元对护轨区域进行彻底的钢轨外形打磨成型的是可行的。

3.2 尖轨区域

在尖轨与基本轨接触的区域，当尖轨打开时，因为尖轨和基本轨之间的距离与护轨和基本轨间的距离基本一样，正线打磨单元的磨石在作业条件下是无法正常通过尖轨与基本轨之间的距离。

如果打磨尖轨与基本轨头接触处一侧的金属，容易造成更大的危害，打磨时也应特别注意。但是，在这个区域，也存在钢轨的病害，打磨是有必要的。总之，在尖轨打开时，打磨角度限定在内侧70°角度内，通常在尖轨区域打磨作业不会出现负面影响。

在尖轨与基本轨贴合时，钢轨的打磨作业条件会变得更加困难和复杂。首先，铁路车辆轮对行驶通过了基本轨，然后由基本轨稳定地过渡到尖轨，直至车轮离开尖轨，行驶进入完整的钢轨结构。此时，由于打磨的钢轨结构上发生变化，打磨区域就受到从水平打磨到圆角区域转换的限制。当磨石以倾向侧面的角度工作时，打磨单元在从基本轨驶入尖轨时，一定会切割到基本轨。为了安全起见，在该区域，打磨仅在内侧1°到内侧70°的打磨角度间进行。正线打磨单元的打磨角度在内侧45°到外侧30°，无法在该区域进行全方位有效地打磨。

在尖轨与基本轨贴合时，由于打磨机械设备打磨精度的限制，为了不损害道岔结构，许多铁路工务部门不会打磨尖轨。但是，实践表明打磨该区域是有益的。因为，尖轨不会因为打磨了钢轨表面金属而受损，打磨完成后，从基本轨过渡到尖轨将十分顺滑，可以避免因打磨作业造成的轨道不平顺。工务部门打磨钢轨道岔的工作必将是全线连续打磨。

4 结论

1）因为磨石通过护轨、尖轨和辙叉叉心的空间有限，因此在道岔区就不能使用打磨正线的大型钢轨打磨列车进行打磨。必须采用磨石更薄的道岔打磨单元才能使钢轨打磨列车在作业工况下安全通过道岔。

2）道岔区钢轨侧磨易发生于内侧45°到内侧70°，而正线打磨单元的磨石无法对该角度范围内的钢轨进行有效地打磨。使用道岔打磨单元可以有效地治理侧磨，提高车辆通过道岔的平稳性，降低轮轨间磨耗。