王相悅

（濟(jì)南鐵路局濟(jì)南工務(wù)機(jī)械段，山東 濟(jì)南250022）

0 引言

高速鐵路均采用長(zhǎng)鋼軌焊接無(wú)縫線路，與傳統(tǒng)有縫線路相比，鋼軌通過(guò)焊接方式相連，消除了軌縫的影響，最大限度地保持了線路的連續(xù)性和整體性，使接頭處的輪軌動(dòng)力效應(yīng)得到大大改善。但是，受焊接材料、焊接工藝水平、養(yǎng)護(hù)維修等多方面因素影響，在車輪反復(fù)輾壓作用下，鋼軌焊接接頭處會(huì)出現(xiàn)各種缺陷，如焊接接頭低塌，造成鋼軌頂面短波不平順的出現(xiàn)。鋼軌頂面短波不平順對(duì)高速行車的噪聲、振動(dòng)和行車安全性均有重要影響。一方面，鋼軌頂面短波不平順將引起較大的輪軌附加動(dòng)荷載，引發(fā)鋼軌、車輪及其他部件的損傷、斷裂，直接影響高速行車安全性；另一方面，由于鋼軌所受沖擊振動(dòng)的增大，致使軌下基礎(chǔ)受力增加，進(jìn)而產(chǎn)生不均勻變形和其他損傷或破壞，加劇軌道幾何狀態(tài)的惡化。因此，鐵路軌道除需滿足強(qiáng)度要求外，還必須嚴(yán)格滿足平順性的要求。

1 鋼軌不平順的種類及成因

1.1 局部缺陷性不平順

新鋪的鋼軌軌身、軌腰不平，鋼軌全長(zhǎng)有彎曲、扭曲，軌端扭曲等不平順，主要是由于在運(yùn)軌及鋪設(shè)過(guò)程中受外力出現(xiàn)了硬彎、擦傷等不平順。

另外，鋼軌的焊接也會(huì)產(chǎn)生影響。由于鋼軌外形尺寸的差異、焊接設(shè)備技術(shù)狀態(tài)、焊接作業(yè)人員技術(shù)水平以及焊接工作管理等各方面原因都會(huì)影響鋼軌焊縫處外觀質(zhì)量及平順性。

1.2 鋼軌縱向波磨不平順

這是鋼軌軋制形成的一種周期性不平順，表現(xiàn)為鋼軌軌面呈明顯的波浪狀不平順，鋼軌軌頭下顎、軌底均隨鋼軌踏面呈周期性的垂直彎曲（鋼軌斷面在鋼軌長(zhǎng)度方向呈波浪形彎曲）。鋼軌在軋制校直過(guò)程中，由于輥式矯直機(jī)偏心（或不圓）、滾軋壓力不均勻等原因，使鋼軌產(chǎn)生周期性的不平順。

1.3 軌頭剝離、掉塊、擦傷、不均勻磨耗等表面缺陷

軌頭剝離、掉塊、擦傷、不均勻磨耗等表面缺陷所帶來(lái)的不平順屬軌而短波不平順，是鋼軌頂而小范圍內(nèi)的不平順，其中軌而擦傷等多是孤立的，不具周期性，而波紋磨耗、波浪形磨耗則具有周期性特征。軌而擦傷、剝離、掉塊、波紋磨耗波長(zhǎng)在數(shù)毫米至數(shù)十毫米，幅值0.02～1mm；波浪形磨耗波長(zhǎng)數(shù)百毫米，幅值0.1～2mm。由于金屬接觸疲勞強(qiáng)度不足和車輪的重復(fù)作用，鋼軌頂而金屬冷作硬化，形成了剝離等。由于鋼軌材質(zhì)的缺陷及車輪的動(dòng)力作用使得鋼軌出現(xiàn)磨耗。

1.4 道岔不平順

在轍叉部分2根內(nèi)側(cè)軌線平面相交處，固定轍叉存在軌線中斷，可動(dòng)轍叉存在軌線相交而不平順，在轉(zhuǎn)轍器尖軌尖端部分，存在基本軌和尖軌間車輪荷載的過(guò)渡段豎向不平順，在轍叉上存在叉心和翼軌間車輪荷載的過(guò)渡段豎向不平順，道岔區(qū)有接頭軌縫。

2 改善和提高鋼軌平順性的措施

2.1 建設(shè)階段控制鋼軌初始不平順的主要措施

2.1.1 提高鋼軌的制造精度

鋼軌的初始不平順直接影響軌道的不平順，為了減少鋼軌在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的初始不平順，國(guó)外鋼軌生產(chǎn)企業(yè)除了在合理選擇鋼軌斷而、保證材質(zhì)潔凈、強(qiáng)韌匹配等方而進(jìn)行了優(yōu)化外，還對(duì)其生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改造，采用了先進(jìn)的冶煉技術(shù)來(lái)確保其制造精度，如采用連鑄工藝避免鑄錠的二次氧化、減少鋼軌表而缺陷;采用萬(wàn)能法軋制可實(shí)現(xiàn)4個(gè)方向的對(duì)稱軋制;采用長(zhǎng)尺軋制、長(zhǎng)尺冷卻、反向預(yù)彎和長(zhǎng)尺矯直工藝減少矯直彎曲度;采用帶硬質(zhì)合金的可隨溫定尺的聯(lián)合鋸鉆機(jī)床準(zhǔn)確進(jìn)行鋸鉆和端頭加工從而提高鋼軌的尺寸精度;采用水平—垂直復(fù)合矯直，利用多個(gè)可變輥距的水平輥和垂直輥以激光測(cè)量和計(jì)算機(jī)在線調(diào)整，使鋼軌具有較高的平直度和尺寸精度;采用先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，利用激光進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)鋼軌幾何尺寸，利用渦流技術(shù)檢測(cè)表而質(zhì)量。我國(guó)的鞍鋼、包鋼及攀鋼近幾年通過(guò)設(shè)備改造和技術(shù)攻關(guān)，水平有了很大的提高，但與國(guó)外相比還有一定的差距，除鋼軌內(nèi)在質(zhì)量還需進(jìn)一步提高和穩(wěn)定外，鋼軌外觀缺陷、尺寸誤差和垂向波浪彎曲是突出的薄弱環(huán)節(jié)，迫切需要進(jìn)一步改造。

2.1.2 采用長(zhǎng)定尺鋼軌

高速鐵路因列車行駛速度高、機(jī)車軸重較輕、線路曲線半徑較大等特點(diǎn)對(duì)鋼軌質(zhì)量提出了新的要求，即鋼軌要具有“四高”—高內(nèi)部質(zhì)量、高尺寸精度、高平直度、高表而質(zhì)量。采用超長(zhǎng)鋼軌是高速鐵路建設(shè)的必然要求，可以大幅度減少焊接接頭數(shù)量，明顯改善鐵路平順性，減少鋼鐵軌傷損，提高鐵路運(yùn)行的安全性。目前，我國(guó)高速鐵路鋼軌采用60kg/m 100m長(zhǎng)尺鋼軌。

2.1.3 采取綜合措施提高道岔區(qū)的平順性

采用平順性好不會(huì)引起輪軌沖擊的大號(hào)碼可動(dòng)心軌道岔；道岔區(qū)軌道剛度的變化應(yīng)盡量平緩；增加道岔區(qū)底碴厚度，分層振動(dòng)壓實(shí)；研制采用不擾動(dòng)道床的大號(hào)碼道岔鋪設(shè)機(jī)具；采用作業(yè)精度高的道岔整道機(jī)，精確校正道岔區(qū)的幾何尺寸；在道岔設(shè)計(jì)、制造、施工鋪設(shè)等各個(gè)環(huán)節(jié)，都采取措施提高道岔結(jié)構(gòu)本身和道岔區(qū)軌道的平順性。

2.2 運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中控制鋼軌不平順的主要措施

2.2.1 利用大型打磨機(jī)具進(jìn)行周期性打磨

鋼軌打磨是消除各種鋼軌不平順的重要手段，已為世界各國(guó)所采用。對(duì)高速鐵路而言，鋼軌打磨作業(yè)顯得尤為重要。日本對(duì)環(huán)境影響較嚴(yán)重的區(qū)段，通過(guò)總重3000萬(wàn)t打磨1遍；一般地區(qū)，通過(guò)總重約6000～8000萬(wàn)t時(shí)打磨1遍;法國(guó)TGV東南線平均每年打磨工作量在150km左右，4年全而打磨1遍，而且采用搗固與打磨同步進(jìn)行的方式，維修工作量大幅減少。德國(guó)規(guī)定V>160km/h區(qū)段，波長(zhǎng)3m，深度0.3mm時(shí)應(yīng)打磨。其有關(guān)資料還顯示，每通過(guò)300～4000萬(wàn)t需打磨一遍。

2.2.2 切實(shí)提高焊接質(zhì)量

高速鐵路在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，不可避免地要出現(xiàn)一些重傷軌、磨耗軌，在更換的過(guò)程中也不可避免地需要進(jìn)行接頭焊接，在現(xiàn)場(chǎng)中使用接觸焊、鋁熱焊，使用較多的是鋁熱焊，但鋁熱焊焊接接頭因焊縫是鑄態(tài)組織，其強(qiáng)度往往低于被焊接軌材質(zhì)，易造成二次損傷，建議采用接觸閃光焊。

3 結(jié)論

（1）鋼軌打磨質(zhì)量不僅涉及到安全，而且還涉及到技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，建議抓緊開展我國(guó)客運(yùn)專線線路開通前的鋼軌預(yù)打磨、開通后的鋼軌預(yù)防性打磨及保養(yǎng)性打磨研究和試驗(yàn)，制定鋼軌打磨各種形式與參數(shù)、打磨程序、條件和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，為客運(yùn)專線順利開通和安全平穩(wěn)運(yùn)行創(chuàng)造條件。

（2）控制鋼軌初始不平順，是高速鐵路建設(shè)時(shí)期的關(guān)鍵問(wèn)題，也是新線驗(yàn)收過(guò)程中必須注重的問(wèn)題。

（3）道岔區(qū)鋼軌斷而、軌枕長(zhǎng)度、軌道剛度都有變化，道岔結(jié)構(gòu)本身就具有不平順性，是高速軌道的薄弱部位，較區(qū)間軌道更難保持高平順，因此必須高度重視，采取綜合措施提高道岔區(qū)的平順性。

（4）在更換重傷軌的過(guò)程中也不可避免地需要進(jìn)行接頭焊接，為避免二次損傷，建議采用接觸閃光焊，并切實(shí)把好焊接關(guān)。

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