科普|打磨轨道,知道这些就够了!

    除了预打磨，钢轨打磨策略还分预防性打磨，维护性打磨（也叫保养性打磨）和修理性打磨（也叫校正性打磨）。

    说到钢轨打磨，就不得不先说说钢轨病害。我们都知道高铁、动车、地铁等机车都是没有方向盘的，司机无需操作方向，完全是通过钢轨来引导车辆运行，所以钢轨承载着来自车轮的巨大压力和冲击力。

    在极其复杂的工作条件下，不可避免的会产生各种损伤，有在冶炼过程中出现的缺陷，也有在运输，建设及使用过程中出现的损伤。常见的损伤有钢轨磨耗：包括垂直磨耗、侧面磨耗、波浪形磨耗（简称波磨）；接触疲劳伤损：包括轨头裂纹、隐伤、剥离；还有肥边以及钢轨擦伤等。

部分钢轨损伤见下图：

侧磨

波磨

隐伤

裂纹

肥边

擦伤

    所有这些都是“病”，它们会增加轮轨噪音，加快车辆部件和轨道部件的恶化率，加剧钢轨病害的进一步扩展。主要原因是它们破坏了钢轨的最佳轮廓形状，改变了轮轨接触状态。

    什么是最佳廓形？如下图，当列车在直线或大半径曲线上运行时，车轮踏面与钢轨轨头区域B接触，此状态下是接触应力，横向蠕滑力最小的时候；当轮缘紧贴钢轨轨距角部位时，即图中区域C时，形成共形接触时，接触应力最小。是病就得治，办法就是对其进行外科手术-钢轨打磨。钢轨打磨实际就是对钢轨表面进行切削，去除病害，恢复钢轨到最佳廓形。

轮轨接触功能区

两点接触                    单点接触                    共形接触

    钢轨轨头轮廓类似一个圆弧形状，但实际打磨（砂轮式打磨）是将轨头按角度来划分为不同的区域，即将轨头轮廓看成是由角度划分的线段组成，需要打磨的位置对应的就是某一个角度。

    所以打磨设备通过控制磨头偏转角度来指定打磨钢轨的不同部位，如下图所示钢轨打磨头的偏转最大角度范围。

    显然，钢轨伤损越严重，则需打磨切削的量越大，作业量越大，难度越大，钢轨寿命减少。故修复性打磨和修理性打磨好比是“治病”，而最好方式是预防钢轨“生病”，即定期的预防性打磨，将损伤完全消灭在萌发状态。

    下图显示的是初始裂纹特征与裂纹扩展，塑性流动层的厚度一般为0.2mm。所以，预防性打磨无需很大的钢轨切削量，一般在0.1-0.2mm之间。这样不需要太大的切削量就能起到延长钢轨寿命的作用，是最经济有效的办法。

    据资料介绍，定期预防性打磨的钢轨可延长寿命5-8年，改善列车的运行，保持旅客舒适度，减少蛇形运动，减少噪音，降低能耗，减少机车部件和轨道的维修成本，带来的是经济和社会效益。

    下图显示的是预防性打磨和修复性打磨对钢轨寿命的影响，黄色线表示的是预防性打磨，每打磨一次就会延缓损伤发展的速度，提高钢轨寿命，并且在微小裂纹不超过0.2mm的时候进行预防性打磨，是阻断钢轨加速破坏趋势的最佳时机。

    接下来要说的就是钢轨打磨的实现方式，主要有三种：滑靴式打磨，砂轮式打磨和铣磨。

滑靴式打磨是通过将磨石压在钢轨上进行往复式的运动而将钢轨表面层磨去，这种打磨方式只能纵向打磨轨头，不能调整钢轨轨廓，也不能打磨道岔，因此这种打磨方式已经逐步淘汰，且打磨速度较低。

    砂轮式打磨通常是采用电机或液压马达驱动的高速旋转砂轮对钢轨进行磨削，这是一种主动性地打磨，是目前主要的打磨方式，通过纵向和横向打磨钢轨。

    还有一种被动性打磨，砂轮位置与列车行驶方向倾斜一定角度，通过动力牵引车的高速运行带动砂轮在钢轨上高速旋转，砂轮与钢轨之间产生的相对运动达到所需的材料磨削速度，对钢轨行驶边缘到行驶面的整个轨头进行打磨，这种打磨方式因为打磨速度快，故被称之为钢轨高速打磨。

砂轮打磨

被动打磨

    铣磨是一种新型的钢轨轨廓修复作业模式，铣刀安装在铣轮的径向面上，每个铣削断面安装有几把铣刀，铣轮一圈有数个铣削断面，这样所有的铣刀构成一个需完成的钢轨轨头轮廓。

    目前国内的钢轨打磨设备大多是引进国外技术，已基本完成了从无到有，从完全进口到国产化的过程，但与欧美钢轨打磨技术还存在差距。