廣州地鐵鋼軌打磨工法探索及應(yīng)用

李仕游，張重陽，程志全，陳德偉，賴派斌

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東廣州 510000）

1 概述

鋼軌是軌道線路的重要組成部件，列車的動(dòng)力作用、自然環(huán)境和本身材料質(zhì)量，以及輪軌關(guān)系的好壞將直接影響到地鐵列車運(yùn)行的平穩(wěn)性和安全性。由于地鐵列車車輪的長期作用，鋼軌表面產(chǎn)生疲勞裂紋、剝落掉塊、波浪型磨耗及鋼軌側(cè)磨等病害，會(huì)造成列車車底懸掛件掉落、車輪磨耗加快以及轉(zhuǎn)向架裂紋。同時(shí)，又會(huì)導(dǎo)致鋼軌病害加快發(fā)展、使用壽命縮短、運(yùn)營維護(hù)成本增加，以及列車通過時(shí)乘客體驗(yàn)舒適度降低。鋼軌病害發(fā)展到一定程度可能會(huì)影響行車安全。

廣州地鐵小半徑曲線較多，鋼軌疲勞紋、剝落掉塊、波磨和側(cè)磨等病害發(fā)展迅速，采用 RGH20C 型鋼軌打磨車進(jìn)行病害消除。由于廣州地鐵 L 型車正線作業(yè)時(shí)間短，隧道通風(fēng)散熱條件差，長時(shí)間高溫打磨作業(yè)對車的壽命及打磨效果有很大的影響，按以前的打磨功率和模式進(jìn)行打磨無法滿足消除既有病害的需求。探索適合廣州地鐵線路特征的鋼軌打磨方式，就顯得極為迫切和重要。本文基于廣州地鐵線路施工管理的特點(diǎn)以及小半徑曲線鋼軌病害的特性，對影響打磨效率的各因素進(jìn)行分析，通過現(xiàn)場不斷地摸索試驗(yàn)，提出廣州地鐵“三遍打磨工法”。

目前 RGH20C 型鋼軌打磨車由 2 節(jié) 10 磨頭的磨軌車組成，共 20 個(gè)磨頭，每節(jié)車都設(shè)有單獨(dú)的發(fā)動(dòng)機(jī)、推進(jìn)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、駕駛室、打磨小車和控制系統(tǒng)，2 節(jié)車用牽引連桿相連，用計(jì)算機(jī)同步液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)共同推進(jìn)，能夠獨(dú)立雙向行走，并具有雙向打磨作業(yè)能力（圖 1、圖 2）。鋼軌打磨作業(yè)功率為打磨總功率的 80%～85%，打磨速度為 3～4 km/h，單次切削量為 0.08～0.1 mm。

圖1 RGH20C 鋼軌打磨車

圖2 磨頭接觸鋼軌的狀態(tài)

2 小半徑曲線軌面病害的特點(diǎn)

廣州地鐵小半徑曲線上股常見波磨、肥邊、疲勞裂紋及掉快等病害（圖 3），下股常見波磨、疲勞裂紋、掉塊等病害（圖 4）。通常，波磨指鋼軌頂面縱向規(guī)律性起伏不平的塑性變形和磨耗現(xiàn)象；肥邊指因列車車輛對鋼軌頂面的沖擊擠壓導(dǎo)致鋼軌邊緣肥大；疲勞裂紋指軌頭踏面在輪軌接觸應(yīng)力作用下形成的沿鋼軌全長密集分布的表面裂紋；掉塊指裂紋在疲勞擴(kuò)展過程中發(fā)生的掉塊。

圖3 上股波磨、肥邊、疲勞裂紋及掉塊病害

圖4 下股波磨、疲勞裂紋及掉塊病害

3 傳統(tǒng)打磨模式

廣州地鐵鋼軌打磨車砂輪角度選擇最大范圍為-45°～+75°（圖 5），既往打磨模式為特定角度、打磨作業(yè)功率為總功率的 80%、6～10 km/h 打磨速度，每遍打磨消除鋼軌磨量為 0.025 mm。針對鋼軌的不同病害特征，采用不同的打磨角度和打磨遍數(shù)，一般消除波長小于150 mm、波幅 0.4 mm 的波磨需要往返式打磨 8～12 遍左右；對于大于 150 mm 的長波需要打磨 8～16 遍，作業(yè)耗時(shí) 2.5～3 h。

圖5 鋼軌打磨車打磨角度范圍

傳統(tǒng)鋼軌打磨作業(yè)的打磨模式是根據(jù)打磨工藝（含多種打磨模式）中的對應(yīng)模式進(jìn)行選擇的，缺少對打磨設(shè)備質(zhì)量狀態(tài)、軌面病害特點(diǎn)、作業(yè)環(huán)境進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估后實(shí)施針對性打磨，并且由于打磨功率、打磨速度及人員操作水平差異等因素，影響打磨質(zhì)量。

4 打磨模式優(yōu)化

根據(jù)過往經(jīng)驗(yàn)以及近期調(diào)研分析結(jié)果，將以前的 7～10 km/h 速度、打磨功率為總功率的 80% 及多遍數(shù)的打磨方法，優(yōu)化為 3～4 km/h 速度、打磨功率為總功率的 80%～85%、進(jìn)行 3 遍打磨（3 種打磨模式）的方法來消除波磨、疲勞紋及掉塊等病害，并對不同打磨模式采用的打磨角度進(jìn)行合理優(yōu)化，形成廣州地鐵小半徑曲線鋼軌打磨的“三遍打磨工法”。

（1）“三遍打磨工法”針對地鐵常見的曲線病害制定，在現(xiàn)場作業(yè)中，往往碰到的曲線病害還不止上述這些，具體作業(yè)中還需根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)調(diào)整。對于個(gè)別特殊的曲線區(qū)段，還需根據(jù)現(xiàn)場情況，適當(dāng)加以調(diào)整。例如，超高較大曲線上可加適量的橫移，坡度較大的曲線上需預(yù)留一段走行距離以適當(dāng)提高打磨速度。

（2）“三遍打磨工法”對于≥0.4 mm 波磨較深的病害，3 遍打磨完后畢雖已達(dá)到線路驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)場測量中仍有 0.1 mm 左右波磨。因此，在條件允許的情況下可以增加 1～2 遍打磨。

（3）“三遍打磨工法”對于地鐵常見的曲線病害，不僅能安全高效地消除現(xiàn)場病害，延長鋼軌波磨產(chǎn)生的周期及鋼軌使用壽命，而且也能為地鐵運(yùn)營安全及乘客舒適度提供有力的保障。

表1 消除下股波磨打磨模式

圖6 下股波磨消除前后對比圖

表2 消除上股肥邊、剝落掉塊打磨模式

圖7 上股肥邊、剝落掉塊打磨前后對比圖

5 三遍打磨工法應(yīng)用效果

地鐵小半徑曲線鋼軌常見病害會(huì)引起車輛短波共振、噪音以及車輛加減速造成的鋼軌擦傷等。

“三遍打磨工法”現(xiàn)場應(yīng)用效果如下。

（1）表 1 給出了消除下股鋼軌深度≥0.4 mm 波磨而采取的打磨模式。一次打磨（打磨 3 遍/3 種模式）作業(yè)可消除0.3 mm 左右的波磨，主要消除軌頭部分的較深波磨，修復(fù)鋼軌軌面R300 mm 半徑的廓形，打磨效果見圖6。

（2）表 2 給出了消除上股肥邊、剝落掉塊而采取的打磨模式。一次內(nèi)側(cè)大角度打磨（打磨 3 遍/3 種模式）作業(yè)可消除 0.4 mm 左右的掉塊，并對鋼軌內(nèi)側(cè)R13 mm 弧面靠近軌頂處廓形修復(fù)，打磨效果見圖 7。

（3）表 3 給出了消除鋼軌上股疲勞紋、波磨及掉塊深度≥1 mm 而采取的打磨模式。一次打磨（打磨 3遍/3 種模式）作業(yè)可對軌頂靠內(nèi)側(cè)疲勞紋及掉塊進(jìn)行消除，并修復(fù)軌頂靠內(nèi)側(cè)軌面廓形，打磨效果見圖 8。

（4）表 4 給出了消除鋼軌下股短波共振及噪音而采取的打磨模式。一次打磨（打磨 3 遍/3 種模式）作業(yè)可消除鋼軌軌頂面振動(dòng)波磨，并對軌頂面廓形進(jìn)行修復(fù)，打磨效果見圖 9。

實(shí)際作業(yè)現(xiàn)場使用的“三遍打磨模式”不僅限于以上所描述的 4 種情況，還可以根據(jù)現(xiàn)場病害具體特點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

表3 消除鋼軌上股疲勞紋、掉塊及波磨打磨模式

圖8 鋼軌上股疲勞紋、掉塊及波磨傷損打磨前后對比圖

表4 消除鋼軌下股短波共振及噪音打磨模式

圖9 鋼軌下股短波共振及噪音打磨前后對比圖

6 結(jié)束語

2017年6月廣州 地鐵開始采用“三遍打磨工法”，操作人員可根據(jù)現(xiàn)場軌面病害具體情況，采用打磨速度3～4 km/h，打磨功率采用總功率的 80%～85%，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際選用打磨模式進(jìn)行 3 遍打磨，可快速地消除現(xiàn)場波磨、疲勞紋及掉塊等病害。

“三遍打磨工法”經(jīng)過近半年應(yīng)用實(shí)踐表明，不僅提高了廣州地鐵小半徑曲線的打磨效率和打磨質(zhì)量，且大大減少了發(fā)動(dòng)機(jī)滿負(fù)載工作時(shí)間及高溫高壓狀態(tài)下的設(shè)備使用時(shí)間，進(jìn)而極大地降低了打磨設(shè)備故障隱患，打磨效果基本達(dá)到了之前 2～3 倍打磨遍數(shù)的效果，可在保證打磨質(zhì)量的基礎(chǔ)上極大降低作業(yè)過程，同時(shí)比之前的傳統(tǒng)打磨模式每年還可節(jié)約燃油成本上萬余元。