重載鐵路鋼軌的傷損及預(yù)防維護(hù)對(duì)策

張?zhí)鞈c

（烏魯木齊鐵路局烏魯木齊工務(wù)段，新疆 烏魯木齊 830000）

重載鐵路鋼軌的傷損及預(yù)防維護(hù)對(duì)策

張?zhí)鞈c

（烏魯木齊鐵路局烏魯木齊工務(wù)段，新疆 烏魯木齊 830000）

重載鐵路是當(dāng)前我國鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，在區(qū)域物資運(yùn)輸中扮演著重要的角色。重載鐵路由于車輛通行載荷較大，對(duì)于鋼軌整體剛度與穩(wěn)定性有著更為嚴(yán)格的要求，任何細(xì)微的傷損問題都可能導(dǎo)致嚴(yán)重的鐵路車輛安全事故，因此行業(yè)工作者們需要對(duì)當(dāng)前重載鐵路鋼軌的傷損進(jìn)行深入地研究分析，提出針對(duì)性的措施進(jìn)行預(yù)防維護(hù)，以此充分排除鋼軌安全隱患，提成車輛的通行效率，為重載鐵路的物資運(yùn)輸水平提升創(chuàng)造有利條件。

重載鐵路；鋼軌；傷損；預(yù)防維護(hù)

1　重載鐵路鋼軌損傷的類型

（1）頂部擦傷。在重載列車出現(xiàn)速度變化的情況下，軌道與車輪間將出現(xiàn)明顯的摩擦，當(dāng)摩擦水平超過一定限度的情況下就可能出現(xiàn)頂部擦傷。其中較為嚴(yán)重的是重載列車制動(dòng)過程中的制動(dòng)過程，在此環(huán)節(jié)，車輪處于抱死狀態(tài)，軌道與車輪間呈現(xiàn)出較高水平的滑動(dòng)摩擦，通常重載列車的載重水平較高，這種滑動(dòng)摩擦力的水平也較高，這種劇烈摩擦?xí)斐绍壍理敳繙囟鹊募眲∩仙邷厥逛撥夗敳坎牧咸幱诨钴S狀態(tài)，而在列車的高載荷作用下鋼軌則極易出現(xiàn)塑性變形。另一種情況是重在列車起步階段，由于附著力不足出現(xiàn)的打滑現(xiàn)象，這種打滑同樣會(huì)導(dǎo)致明顯的滑動(dòng)摩擦，當(dāng)鋼軌溫升超過表面保護(hù)層臨近溫度后，會(huì)造成鋼軌軟化變形，在殘余應(yīng)力、材料熱疲勞等作用的影響下，形成嚴(yán)重的鋼軌質(zhì)量問題。

（2）側(cè)向磨損。重載列車在運(yùn)行過程中，并未在完全平直的軌道和平面上運(yùn)行的，由于軌道線路起伏、傾斜現(xiàn)象的存在，列車運(yùn)行過程中，難免出現(xiàn)一些軌道與車輪間的碰撞作用。這種在碰撞過程中存在沖擊力與摩擦力兩種作用效果，均會(huì)對(duì)鋼軌形成質(zhì)量影響。重載列車鋼軌側(cè)向磨損較為集中的區(qū)域通常為局部轉(zhuǎn)彎區(qū)域，兩側(cè)鋼軌對(duì)列車行駛導(dǎo)向的約束力存在一定的差異，因此鋼軌承受的轉(zhuǎn)向載荷不同，這種載荷差是形成側(cè)向磨損的直接原因。當(dāng)側(cè)向載荷向鋼軌施加的應(yīng)力作用大于極限值后，就會(huì)導(dǎo)致鋼軌側(cè)面形成應(yīng)力形變，這種形變是塑性不可逆的，嚴(yán)重影響行車安全。

（3）壓潰。重載鐵路鋼軌壓潰問題主要出現(xiàn)在鋼軌應(yīng)力集中區(qū)域，通常發(fā)生在內(nèi)軌距角處或外側(cè)重載點(diǎn)。出現(xiàn)壓潰問題的原因主要包括一下兩個(gè)方面：①鋼軌材料選擇不合理，在鋼軌選擇過程中，施工設(shè)計(jì)人員對(duì)于載荷水平的計(jì)算出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致鋼軌強(qiáng)度選擇不足以支撐實(shí)際的行車載荷作用；②軌道曲線超高設(shè)計(jì)不合理，出現(xiàn)此類問題，是設(shè)計(jì)人員在軌道設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置時(shí)出現(xiàn)偏差，底坡角度選擇不合理，導(dǎo)致重載列車行駛在相應(yīng)區(qū)段內(nèi)對(duì)對(duì)軌道施加的應(yīng)力過大，在超限載荷作用下形成壓潰現(xiàn)象。

（4）脫離掉塊。在重載鐵路鋼軌長期承受過大載荷出現(xiàn)形變問題后，如不及時(shí)處理就會(huì)在反復(fù)沖擊作用下出現(xiàn)剝離掉塊現(xiàn)象。從軌道鋼材形變過程來看，過大的載荷作用使得鋼軌超過屈服極限，呈現(xiàn)出脆性增加的特征，材料內(nèi)部聚合性能明顯下降，部分脆弱部位在行車沖擊作用下就會(huì)脫離本體。重載鐵路鋼軌脫離掉塊問題，主要發(fā)生在鋼軌連接位置，焊料、連接元件在整體塑性特征上的差異，導(dǎo)致了同等載荷作用下鋼軌結(jié)構(gòu)內(nèi)部不同應(yīng)力的特征，因此容易出現(xiàn)脫離掉塊現(xiàn)象。

（5）斷裂。重載鐵路鋼軌斷裂問題，主要是由應(yīng)力疲勞導(dǎo)致的，在前期列車通行形成的頂面、側(cè)向摩擦作用下，鋼軌會(huì)出現(xiàn)一定的疲勞裂紋。在未采取有效處理措施的情況下，這些裂紋進(jìn)一步擴(kuò)大，最終出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。出現(xiàn)鋼軌斷裂問題的主要原因，是鋼軌與車輪間摩擦作用施加的金屬相變作用，這種金屬相變直接導(dǎo)致鋼軌內(nèi)部的馬氏體增多，結(jié)構(gòu)脆性壓裂問題。同時(shí)，部分鋼軌質(zhì)量不合格，也是導(dǎo)致出現(xiàn)斷裂問題的重要原因，部分鋼軌在鍛造過程中由于工藝控制不理想，存在內(nèi)部雜質(zhì)較多、材料不均勻等問題，使用這些鋼軌極易出現(xiàn)斷裂問題。

（6）長短波磨損。軌枕的間隔支撐，使鋼軌的支撐剛度并不均衡，并呈現(xiàn)出周期性，在短期內(nèi)長短波磨損不會(huì)呈現(xiàn)出來，但是隨著重載列車通過次數(shù)的增加，會(huì)逐漸地顯現(xiàn)周期性的波形磨損。根據(jù)列車車輪作波動(dòng)運(yùn)動(dòng)對(duì)鋼軌磨磨損的影響的分析，可以看出列車輪作蛇形運(yùn)動(dòng)，車體由于蛇形運(yùn)動(dòng)的必然會(huì)產(chǎn)生車輪周期性與鋼軌內(nèi)側(cè)和外側(cè)接觸，但是接觸面的切線與導(dǎo)向力方向并不平行，出現(xiàn)一定的接觸角，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的周期性磨損，也就是短波磨損，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)鋼軌的塑性變形。

2　重載鐵路鋼軌傷損的預(yù)防對(duì)策及措施

（1）減少鋼軌側(cè)磨。隨著當(dāng)前列車行駛速度的不斷提升，在經(jīng)過轉(zhuǎn)完曲線位置時(shí)，車輛與鋼軌間的沖角較大，側(cè)向磨擦問題較為突出。針對(duì)此類問題，應(yīng)對(duì)重載鐵路鋼軌進(jìn)行欠超高水平進(jìn)行合理的設(shè)置，通過前期車輛行駛測速結(jié)構(gòu)確定鋼軌平衡超高水平，同時(shí)將欠超高設(shè)置在10%～15%的水平范圍之內(nèi)。同時(shí)，使用有效的軌道潤滑措施，通過固體潤滑等技術(shù)降低鋼軌磨損限制軌剝離掉塊問題的出現(xiàn)。從鋼軌材料強(qiáng)度的角度考慮，應(yīng)結(jié)合重載鐵路鋼軌側(cè)磨現(xiàn)狀，研制強(qiáng)度等級(jí)更高的軌道材料，使用更高硬度的鍛造工藝提升鋼軌使用壽命。

（2）減少鋼軌的剝離掉塊。相關(guān)研究表明，在控制重載鐵路鋼軌剝離掉塊問題的過程中，提高軌道彈性、改善軌道平順性、減少車輪的沖擊、改善輪軌接觸、提高鋼軌抵抗接觸疲勞性能、合理鋪設(shè)適宜強(qiáng)度等級(jí)的鋼軌等方法，均有利于減少鋼軌的剝離掉塊。在鋼軌材料選擇過程中，應(yīng)全面審核產(chǎn)品出廠合格證，在軌道施工前進(jìn)行質(zhì)量檢測，保證鋼軌不會(huì)因應(yīng)力疲勞而出現(xiàn)剝離掉塊問題。同時(shí)，應(yīng)采取更為有效的檢修維護(hù)措施，對(duì)鋼軌進(jìn)行周期性檢查，發(fā)現(xiàn)存在疲勞裂紋情況，及時(shí)采取措施加以解決，避免裂紋擴(kuò)大形成剝離掉塊。

（3）減少鋼軌的疲勞核傷。鋼軌的疲勞核傷，是重載鐵路鋼軌最主要的傷損類型之一。疲勞裂紋容易在諸如內(nèi)部夾雜物等薄弱部位萌生。因此，為了提高鋼軌的抗疲勞能力，對(duì)影響鋼軌疲勞性能的指標(biāo)，如軌鋼的純凈性和低倍組織等應(yīng)嚴(yán)格控制。同時(shí)，應(yīng)增加和保持軌道彈性、改善鋼軌受力狀態(tài)。采用優(yōu)質(zhì)高性能軌下墊板、及時(shí)對(duì)道床進(jìn)行清篩、定期打磨鋼軌，對(duì)減少鋼軌疲勞傷損均具有重要的作用。

（4）減少鋼軌焊接接頭的傷損。采用長定尺鋼軌、減少焊接接頭數(shù)量；采用質(zhì)量穩(wěn)定的閃光焊技術(shù)焊接鋼軌；優(yōu)化現(xiàn)場氣壓焊設(shè)備和工藝；優(yōu)化鋁熱焊焊劑以及設(shè)備及工藝；采用焊后熱處理技術(shù)提高焊接接頭的軌面硬度等技術(shù)措施，均可以有效提高焊接接頭的質(zhì)量，減少焊接接頭的傷損。提高焊接接頭的平順性和軌面硬度，可以有效減少焊接接頭使用中產(chǎn)生低塌。對(duì)鋪設(shè)在直線上的熱軋鋼軌以及鋪設(shè)在曲線上的熱處理鋼軌，焊后均應(yīng)對(duì)軌面進(jìn)行噴風(fēng)熱處理，以提高其硬度。重載鐵路鋼軌的焊接接頭處軌面硬度平均值應(yīng)為母材的95%～110%，熱軋軌取上限，熱處理軌取下限。

3　結(jié)束語

綜上所述，就當(dāng)前的重載鐵路運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題而言，鋼軌的主要質(zhì)量問題包括頂部擦傷、側(cè)向磨損、壓潰、脫離掉塊、斷裂以及長短波磨損等主要傷損形式，行業(yè)工作者應(yīng)從減少鋼軌側(cè)磨、減少鋼軌的剝離掉塊、減少鋼軌的疲勞核傷以及減少鋼軌焊接接頭的傷損等環(huán)節(jié)入手，采取有效的預(yù)防維護(hù)措施提升重載鐵路鋼軌維護(hù)水平，保證線路的車輛通行效率與行車安全，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展創(chuàng)造有利條件。

［1］周清躍，張建峰，郭戰(zhàn)偉，等.重載鐵路鋼軌的傷損及預(yù)防對(duì)策研究［J］.中國鐵道科學(xué)，2010，（1）：27-31.

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［3］羅國偉，李偉.重載鐵路鋼軌潤滑及摩擦控制研究［J］.鐵道建筑，2011，（4）：114-116.

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1671-3818（2016）09-0148-02