摘要：基于个性化钢轨廓形打磨技术的现场应用案例，分析了钢轨打磨对铁路运营物资使用的影响。结果表明，个性化钢轨廓形打磨技术的应用可有效减少钢轨磨耗、波磨和疲劳伤损等病害的产生和发展，大幅提高钢轨使用寿命和线路基础的稳定性，有利于钢轨、轨距拉杆、胶垫、弹条等铁路常用物资的节省和管理。
关键词：钢轨打磨;钢轨磨耗;铁路物资
我国幅员辽阔，地形气候条件复杂，因此铁路线路网也较复杂，高速铁路、高原铁路、高寒铁路和重载铁路组成的“三高一重”铁路网，加之客货混运的普速铁路运输状态，使得铁路运输任务十分繁重，铁路平均运输密度稳居世界前列。随着铁路网的不断发展，铁路线路日常养护维修成本与日俱增，以2020年为例，14.63万km（截至2020年底）的铁路网全年更换钢轨量将近8000km，对应换轨相关成本将高达近120亿元，若将铁路线路日常养护维修物资消耗和人工成本一同计算在内，其成本将更加巨大。随着铁路相关技术的发展，重载化和高速化依然是其发展趋势，因此铁路相关物资的消耗必然会成为铁路管理部门日益重视的问题之一，采用线路养护相关技术减少维修物资消耗也会越来越受到重视。
1个性化钢轨廓形打磨简介
钢轨打磨是指通过打磨设备移除钢轨表面金属的过程。我国首台打磨设备引进于二十世纪八九十年代，开始阶段打磨的目的是消除钢轨表面已经产生的波磨、塑性流动和疲劳伤损等病害，对钢轨表面病害和不平顺的治理起到了积极的作用。但随着铁路运量的增加、运行速度的提高和运行车辆的多样化，简单的病害打磨方式无法满足铁路工务部门对线路养护的需求，相关学者于2014年提出个性化钢轨廓形打磨技术。个性化钢轨廓形打磨是根据线路及运行车辆实际情况，基于轮轨作用关系的优化，设计并修正钢轨廓形，达到控制钢轨病害的产生和发展，延长钢轨使用寿命的目的。目前钢轨廓形打磨的理念和效果已得到了大部分铁路局集团公司工务部门普遍认可，个性化钢轨廓形打磨可以有效治理和控制钢轨表面病害、改善车辆和轨道动力学性能，减小钢轨磨损磨耗，减少运维工作量，有利于对铁路运营物资消耗的控制。
2对日常运营物资的影响
以丰沙线（北京市丰台区-河北怀来县沙城镇铁路线）为例，上行年通过总重约为130Mt，全线铺设U78CrV淬火轨，线路K62+000~K65+000区间内340m、600m半径曲线上股钢轨剥离掉块等疲劳伤损严重，个别曲线上股钢轨伴随严重的波磨，曲线下股钢轨有压溃肥边，轨顶严重掉块，见图1。该曲线于2017年7月采用个性化钢轨廓形打磨方法进行打磨治理，打磨后钢轨轨面状态得到了有效改善，见图2。由图2可见，打磨前轨面存在明显的疲劳伤损和波磨等病害，打磨后一个月，曲线未见明显波磨，疲劳伤损病害也未见明显发展，钢轨病害得到了有效控制。打磨后对该曲线钢轨使用状态和线路基础养护维修工作进行了跟踪观测，未见异常。打磨前由于钢轨和线路状态较差，轮轨作用力较大、振动明显，对轨道设备造成了较大程度的破坏，在日常保养维修过程中投入了大量人力物力。打磨后该地段波磨基本消除、轮轨关系得到改善，轮轨作用力大幅减小、轮轨噪声显著降低。随之而来的是维修成本大幅降低，主要体现在以下5个方面。一是打磨前轮轨振动明显，导致轨距拉杆松动甚至折断，更换周期约15天；打磨后4个月尚未更换。二是打磨前胶垫偏移、窜出现象严重，更换周期约45天；打磨后4个月尚未更换。三是打磨前个别地段弹条折断，更换周期约7天；打磨后更换周期延长至20天以上。四是线路捣固工作量显著减小，打磨前平均每3~5天就需要对波磨地段进行人工捣固作业，打磨后工区对该地段只进行常规的保养性捣固，约1~1.5个月一次。五是作业次数减少后，安全风险大幅降低。综合考虑材料和人工成本，打磨前该曲线以上项目维修成本约1.3万元/月，打磨后缩减至1500元/月，维修成本下降约88.46%，打磨效果显著。打磨前后成本对比情况见表1。
3对钢轨使用的影响
以川黔线（重庆-贵阳铁路线）为例，该线单行线，年通过总重约为43.6Mt，全线铺设60kg/m淬火轨，线路情况较为复杂，地处山区，K320+851～K332+694区间内小半径曲线上股轨距角明显存在鱼鳞伤，下股普遍存在些裂纹、掉块，上下股接触光带较宽，并且存在较多单边换轨的情况，钢轨廓形较差。该区段于2017年8月采用个性化钢轨廓形打磨方法进行治理，打磨后钢轨轨面状态得到了有效改善，见图3。由图3可知，打磨前曲线上股光带略宽，并且轨距角处有轻微的斜裂纹，曲线下股接触光带较宽。打磨后曲线上股光带明显收窄，上股轨距角处斜裂纹得到控制，下股掉块得到消除，打磨后2个月，上下股轨面状态和钢轨光带位置均保持较好。图4为轨检波形变化情况示意图，从图中可看出打磨后水平、三角坑、横向加速度和垂向加速度波形幅值相比于打磨前波形幅值有所改善，且波形振动较为平缓。图5为打磨前后的轨检指标平均值的对比。打磨后高低、轨向、水平以及三角坑轨检指标较打磨前均有所降低，其中高低轨检值最大降低14.2%，对应线路打磨后轨检扣分数减小约30%。图6为打磨区段内4条小半径曲线，打磨前后曲线上股侧磨速率和曲线下股垂磨速率的对比情况，从图中可以看出，打磨后钢轨磨耗速率均有一定程度的下降，其中曲线上股侧磨速率最大降低了65.9%，曲线下股垂磨速率最大降低了48.6%。对以钢轨磨耗到限为主要换轨原因的小半径曲线区段而言，钢轨磨耗速率的减小意味着钢轨使用寿命的相应延长。
4结束语
随着我国铁路网的不断发展，铁路运营维护及相关的物资消耗必将成为影响铁路正常运营的重要因素之一，通过个性化钢轨廓形打磨技术等新型铁路运维技术，可实现对钢轨病害和磨损的有效控制，进而达到节省钢轨及相关配套运营物资的目的，有利于铁路运营物资的管理和应用。
参考文献
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4王军平，单连琨，丁军君，等.个性化钢轨廓形打磨方法分析[J].铁道建筑，2015，11.
作者:马德礼 王军平 单位:中铁物轨道科技服务集团有限公司 中铁物总运维科技有限公司