高速鐵路道岔打磨技術(shù)方案探討

顧建華

(1.武漢大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，湖北 武漢 430072;2.廣州大型養(yǎng)路機(jī)械運(yùn)用檢修段，廣東廣州 511486)

經(jīng)過(guò)50多年的經(jīng)驗(yàn)積累，鐵路專家普遍認(rèn)同鋼軌打磨具有延長(zhǎng)鋼軌軌道的壽命、延長(zhǎng)軌道加工周期、改善車輛運(yùn)行平穩(wěn)性、減少噪音等［1］優(yōu)點(diǎn)。鋼軌打磨可以實(shí)現(xiàn)糾正和減少鋼軌頂面損傷、制造連續(xù)無(wú)縫鋼軌斷面、調(diào)整軌頭斷面等目的。

DM-21是從美國(guó)引進(jìn)的新型打磨設(shè)備［2］。該車一共有20個(gè)磨頭，在打磨的過(guò)程中，針對(duì)鋼軌磨耗的類型，進(jìn)行有針對(duì)性地打磨，各個(gè)磨頭偏轉(zhuǎn)到設(shè)定的位置，設(shè)定行車速度、打磨功率和打磨角度，把鋼軌打磨成有利于行車的各個(gè)鋼軌橫斷面和縱斷面。在打磨過(guò)程中，根據(jù)鋼軌實(shí)際病害情況，如鋼軌肥邊嚴(yán)重，磨石角度應(yīng)該側(cè)重于內(nèi)側(cè)區(qū)［3］;軌面波磨較嚴(yán)重，磨石角度應(yīng)針對(duì)軌面角度來(lái)設(shè)置等，正確的打磨角度能更有效地修復(fù)鋼軌［4］，因此，打磨模式的選擇極其重要。

1 高速鐵路道岔問(wèn)題調(diào)查和分析

1.1 道岔問(wèn)題調(diào)查

1.1.1 武廣客運(yùn)專線道岔情況

武廣客運(yùn)專線正線使用的是德國(guó)BWG公司動(dòng)態(tài)軌距優(yōu)化轉(zhuǎn)轍器道岔，道岔進(jìn)口軌部分(動(dòng)態(tài)軌距優(yōu)化轉(zhuǎn)轍器和可動(dòng)心轍叉心)光帶情況良好，道岔國(guó)產(chǎn)軌部分(基本軌)光帶寬度在30～50 mm左右，且光帶分布不均勻，頂面和內(nèi)側(cè)都有光帶，形成兩個(gè)接觸點(diǎn)。光帶和廓形情況如圖1和圖2。

圖1 BWG進(jìn)口軌光帶良好

圖2 國(guó)產(chǎn)軌部分光帶不集中

1.1.2 海南東環(huán)線和廣珠城際鐵路道岔情況

海南東環(huán)線和廣珠城際鐵路正線使用的是客運(yùn)專線60 kg/m鋼軌18號(hào)國(guó)產(chǎn)可動(dòng)心道岔，道岔轉(zhuǎn)轍器部分未采用動(dòng)態(tài)軌距優(yōu)化技術(shù)，光帶寬度同樣在30～50 mm左右，且光帶分布不均勻，情況與BWG道岔的國(guó)產(chǎn)軌部分相同。

1.1.3 杭深線道岔情況

杭深線正線使用的是客運(yùn)專線60 kg/m鋼軌18號(hào)國(guó)產(chǎn)可動(dòng)心道岔，道岔轉(zhuǎn)轍器部分未采用動(dòng)態(tài)軌距優(yōu)化技術(shù)，道岔存在的光帶方面的病害可以歸納為光帶嚴(yán)重偏內(nèi)、光帶偏內(nèi)、光帶嚴(yán)重偏外、光帶偏外、光帶過(guò)寬、尖軌寬度＜15 mm處受力、岔后U型寬鋼軌雙光帶左右不對(duì)稱7種。而這幾種病害，光帶偏內(nèi)和光帶過(guò)寬是最普遍存在的問(wèn)題。

1.2 原因分析

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，經(jīng)過(guò)專家和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的分析，出現(xiàn)這種情況有以下原因。

1)德國(guó)BWG公司動(dòng)態(tài)軌距優(yōu)化轉(zhuǎn)轍器道岔中，動(dòng)態(tài)軌距優(yōu)化轉(zhuǎn)轍器和可動(dòng)心轍叉心是進(jìn)口軌，基本軌是國(guó)產(chǎn)軌，左右股鋼軌、前后段鋼軌交替使用國(guó)產(chǎn)軌和進(jìn)口軌，造成道岔部位輪軌接觸關(guān)系非常復(fù)雜，光帶出現(xiàn)“蛇行”變化。

2)正線鋼軌使用前進(jìn)行過(guò)一次預(yù)打磨，上道后又進(jìn)行了一次全線打磨，而道岔及前后300 m渡線一直未安排打磨施工，造成了道岔區(qū)域的光帶普遍向內(nèi)側(cè)擴(kuò)散。

3)國(guó)產(chǎn)鋼軌存在一定缺陷，部分地段軌冠不飽滿，與高速動(dòng)車組的車輪踏面不匹配，造成輪軌接觸關(guān)系不良，光帶過(guò)寬甚至雙點(diǎn)接觸。

4)杭深線道岔在通車前未進(jìn)行預(yù)打磨，加上有砟道岔幾何尺寸變化大，造成后期工務(wù)部門養(yǎng)護(hù)困難，不進(jìn)行大機(jī)道岔打磨，病害難以根治。

2 道岔問(wèn)題解決方案

2.1 解決方案的制定

為有效消除高速道岔存在的問(wèn)題，提高道岔區(qū)域動(dòng)車組運(yùn)行品質(zhì)，應(yīng)在打磨作業(yè)時(shí)有針對(duì)性地采取不同的解決方案［5］。

1)優(yōu)化打磨方式。打磨方式按現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和病害消除所需制定，每遍打磨施工完成后，與工務(wù)人員一起對(duì)作業(yè)后的打磨情況進(jìn)行復(fù)檢，并根據(jù)檢查出的遺留問(wèn)題調(diào)整打磨遍數(shù)和打磨方式，打磨遍數(shù)一般為15遍。

2)編制新的打磨模式。為了解決鋼軌光帶分布不勻問(wèn)題，對(duì)出現(xiàn)的各類光帶分布不均情況進(jìn)行研究，重新編制 1#/11#，2#/12#，3#/13#，4#/14#，5#/15#，6#/16#，7#/17#，9#/19#等 16 種廓形打磨模式。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，細(xì)化每日施工組織，根據(jù)鋼軌實(shí)際狀況對(duì)作業(yè)范圍、模式組合進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最優(yōu)的打磨效果。

2.2 解決方案實(shí)踐運(yùn)用

2.2.1 武廣客運(yùn)專線打磨模式

武廣客運(yùn)專線采用15遍廓形打磨模式，巡航速度設(shè)定為6 km/h，功率設(shè)定為65%(11 kW)。各遍打磨設(shè)計(jì)如下:

第一遍:采用5#/15#模式，15°～24°均勻分布8個(gè)磨頭，針對(duì)15°～24°打磨是為了預(yù)防打磨后在此位置形成的突出棱角，避免內(nèi)側(cè)輪軌有接觸，修整光帶。

第二 ～ 四遍:采用 1#/11#，3#/13#，7#/17#模式，12°～42°均勻分布24個(gè)磨頭，主要是針對(duì)12°～42°范圍內(nèi)有輪軌接觸形成的光帶，造成光帶過(guò)寬偏向內(nèi)側(cè)。目的是消除內(nèi)側(cè)偏移的光帶，在鋼軌頂部形成20～30 mm光帶，避免內(nèi)側(cè)輪軌有接觸形成的蛇行運(yùn)動(dòng)。

第五遍:采用7#/17#模式，12°～19°均勻分布8個(gè)磨頭，目的是修整軌形，避免頂部打磨后光帶往內(nèi)側(cè)漂移。

第六遍:采用5#/15#模式，15°～24°均勻分布8個(gè)磨頭，針對(duì)15°～24°打磨是為了預(yù)防打磨后在此位置形成的突出棱角，避免內(nèi)側(cè)輪軌有接觸，修整光帶。

第七 ～ 九遍:采用 1#/11#，3#/13#，7#/17#模式，12°～42°均勻分布24個(gè)磨頭，主要是針對(duì)12°～42°范圍內(nèi)有輪軌接觸形成的光帶，造成光帶過(guò)寬偏向內(nèi)側(cè)。目的是消除內(nèi)側(cè)偏移的光帶，在鋼軌頂部形成20～30 mm光帶，避免內(nèi)側(cè)輪軌有接觸形成的蛇行運(yùn)動(dòng)。

第十 ～ 十一遍:采用 7#/17#，9#/19#模式，4°～19°均勻分布16個(gè)磨頭，目的是修整軌形，避免打磨后光帶往內(nèi)側(cè)漂移。

第十二～十三遍:采用2#/12#模式打磨2遍，－6°～－14°均勻分布16個(gè)磨頭，目的是修整軌形，避免打磨后光帶往外側(cè)漂移。

第十四～十五遍:采用4#/14#模式打磨2遍，－2°～－5°均勻分布16個(gè)磨頭，目的是修整軌形，避免打磨后光帶往外側(cè)漂移。

2.2.2 海南東環(huán)線模式

海南東環(huán)線為250 km/h有砟軌道，采用客運(yùn)專線60 kg/m鋼軌18號(hào)可動(dòng)心道岔，結(jié)合工程線實(shí)際情況，采用了預(yù)防性打磨與廓形打磨模式相結(jié)合的方式［6］。

2.2.3 廣珠城際鐵路打磨模式

廣珠城際鐵路為200 km/h無(wú)砟軌道，采用客運(yùn)專線60 kg/m鋼軌18號(hào)可動(dòng)心道岔，使用武廣客運(yùn)專線15遍廓形打磨模式，作業(yè)效果與武廣客運(yùn)專線基本相同。

2.2.4 杭深線打磨模式

杭深線采用局部打磨和整體打磨相結(jié)合的方式，先對(duì)光帶嚴(yán)重偏內(nèi)、光帶偏內(nèi)、光帶嚴(yán)重偏外、光帶偏外、光帶過(guò)寬、尖軌寬度＜15 mm處受力、岔后U型寬鋼軌雙光帶左右不對(duì)稱7種病害進(jìn)行局部打磨，再對(duì)整副道岔進(jìn)行14遍整體打磨，整體打磨的模式與武廣最后2遍打磨模式基本相同，目的為修整軌形，確保光帶位置居中，巡航速度設(shè)定為6 km/h，功率設(shè)定為65%(11 kW)。

3 打磨效果分析

1)武廣客運(yùn)專線打磨效果見圖3，經(jīng)檢測(cè)，列車運(yùn)行光帶基本居中，蛇行現(xiàn)象基本消除，工務(wù)檢查反映良好。通過(guò)武廣客運(yùn)專線打磨前后的效果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，打磨后光帶明顯改進(jìn)，但為了在頂部形成20～30 mm光帶，廓形與標(biāo)準(zhǔn)廓形有所偏差，內(nèi)外側(cè)廓形均比標(biāo)準(zhǔn)廓形要磨耗多一點(diǎn)，在廓形圖中可以非常清楚地看出來(lái)。

圖3 武廣客運(yùn)專線打磨后效果

2)海南東環(huán)線打磨效果見圖4。經(jīng)道岔打磨后，只有聯(lián)調(diào)聯(lián)試的動(dòng)車組運(yùn)行，故輪軌接觸關(guān)系需要一段時(shí)間的驗(yàn)證［7］，但為了在鋼軌頂部形成20～30 mm光帶，內(nèi)外側(cè)鋼軌均要加強(qiáng)打磨，以保證光帶不向鋼軌兩側(cè)漂移，在打磨痕跡和廓形圖中可以非常清楚地看出來(lái)。

3)廣珠城際鐵路打磨模式采用武廣客運(yùn)專線15遍廓形打磨模式，打磨痕跡和廓形圖與武廣客運(yùn)專線基本相同。經(jīng)道岔打磨后，因只有聯(lián)調(diào)聯(lián)試的動(dòng)車組運(yùn)行，故輪軌接觸關(guān)系同樣需要一段時(shí)間的驗(yàn)證。

4)杭深線道岔打磨后，光帶寬度控制在12～15 mm，光帶處于居中偏內(nèi)的位置。通常速度越高、車輛越輕、鋼軌材質(zhì)越硬，則光帶越窄，但由于材質(zhì)硬度的問(wèn)題收得太窄易變形，且很難保持。

圖4 海南東環(huán)線打磨效果

4 結(jié)論

在實(shí)際調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)有針對(duì)性地制定不同鋼軌打磨方案，改善了道岔區(qū)域的軌道不平順、優(yōu)化頂面波磨和輪軌接觸關(guān)系;消滅了道岔區(qū)域的嚴(yán)重晃車病害;提高了動(dòng)車通過(guò)時(shí)的舒適度，延長(zhǎng)了鋼軌的使用壽命。

［1］張未，GUIDAT A.預(yù)防性鋼軌打磨的基本益處［J］.上海鐵道科技，1997(3):47-49.

［2］曹巖.我國(guó)高速鐵路用鋼軌打磨列車選型及應(yīng)用研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011(8):31-34.

［3］宋旭.鋼軌波形磨耗打磨工藝［J］.鐵道建筑，1995(6):14-16.

［4］段劍峰.道岔綜合打磨技術(shù)探討［J］.鐵道建筑，2008(11):75-76.

［5］胡海波，高亮.道岔打磨車在道岔不平順病害整治中的應(yīng)用［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(6):32-34.

［6］馬良民.高速鐵路鋼軌打磨技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.鐵道建筑，2011(5):114-116.

［7］周清躍，田常海，張銀花，等.高速鐵路鋼軌打磨關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.中國(guó)鐵道科學(xué)，2012，33(2):66-70.