关于钢轨打磨技术的探讨
摘要：本文是通过京九线集中修配合钢轨打磨车施工的实际情况，进行总结。
针对钢轨存在的病害，结合钢轨打磨车的工作性能，在钢轨打磨的角度、轮轨接触位置等进行详细介绍，并制定可行的打磨模式，有效控制钢轨伤损发展。
关键词：钢轨病害；打磨；控制
1 引言
钢轨是轨道的主要组成部件，钢轨的作用在于引导机车车辆的车轮前进，直接承受来自车轮和其他方面的各种力，且传递给轨下基础，并为车轮的滚动提供连续平顺和阻力最小的表面，因此，钢轨在铁路运输中扮演着重要的角色并直接关系到运输安全。
钢轨的使用寿命主要由磨耗和滚动接触疲劳决定,要延长钢轨的使用寿命，就要在养护维修上下功夫，打磨是钢轨维修中的重要手段之一，因此，确定合理的打磨周期、模式、方法是我们日常工作应该长期摸索、总结的。
2 钢轨表面伤损形式以及危害
机车车辆和线路的相互作用方式是铁路轮轨接触式运输的基本方式。
钢轨是承重的主要载体，由于承受多种载荷的作用，致使钢轨下不可避免的产生各种损伤。
钢轨伤损的种类很多，常见的主要有波形磨耗、垂磨、侧磨、肥边和钢轨接触疲劳损伤（鱼鳞纹）严重时产生剥离掉块。
钢轨的这些
病害就造成了轮轨接触关系的不良，不仅影响列车运行的平稳性，同时还会大幅增加线路养护维修工作量和轨件非正常磨损等问题，造成恶性循环，甚至危及行车安全。
3 钢轨打磨的作用以及方式
钢轨打磨是实现最佳轮轨相互作用的关键，钢轨打磨技术可有效治理和控制钢轨的波磨、表面裂纹、剥离掉块等滚动接触疲劳伤损，改善轮轨接触状况，提高轨道的平顺性，延长钢轨的使用寿命。
其主要作用有：控制钢轨接触表面形状，降低接触应力；将钢轨表面的微小裂纹和塑性变形层磨去，提高材料抗疲劳性能；防止由于疲劳而引起的断轨事故；消除波浪磨耗；控制钢轨形状，防止脱轨，减少事故；延长钢轨寿命。
钢轨打磨主要分为预防性打磨和修理性打磨。
预防性打磨是一次快速打磨，主要是针对新更换或是状态较好的钢轨，其目的是去除包含微裂纹的脱碳层，同时，形成或保持较为理想的轮廓，消除钢轨顶面的原始不平顺，改善轮轨关系，提高轨面平顺性，延长钢轨使用寿命，96头钢轨打磨车作业，打磨遍数一般为1-2遍，打磨作业速度应控制在13km/h-15km/h。
钢轨打磨主要分为预防性打磨和修理性打磨。
预防性打磨是一次快速打磨，主要是针对新更换或是状态较好的钢轨，其目的是去除包含微裂纹的脱碳层，同时，形成或保持较为理想的轮廓，消除钢轨顶面的原始不平顺，
改善轮轨关系，提高轨面平顺性，延长钢轨使用寿命采用96头打磨车作业，打磨遍数一般为5-10遍，打磨速度应在7km/h-10km/h进行，且在最后应至少有一遍打磨速度要高于10km/h以提高打磨平顺性。
4 钢轨打磨方案的制定
4.1 打磨前的工作量调查
为取得较好的效果，在集中修前，我段对现场工作量进行详细的调查，确定好打磨地段，本着立足实际、质量第一、兼顾效率的原则，积极与大机段打磨队施工负责人进行沟通，对不同区段制订不同的打磨方案。
钢轨打磨施工开始前一周，由施工质检科组织各车间对打磨地段钢轨波磨深度、肥边厚度等情况进行检查测量，正确分析判断钢轨病害的类型，对重点地段在现场要做好标记，并将测量数据及时提供给打磨队，共同协商、确定打磨方式及打磨遍数。
4.2 打磨前的线路整治工作
因钢轨打磨是在规定速度和压力下进行的一项作业，线路的几何状态不良、扣件扣压力不足、线路空吊板等情况均影响钢轨打磨质量。
所以在打磨前应先调查计划打磨区段内线路设备状况，在打磨前应先安排线路整修作业，全面拨正线路方向、改正轨距、矫直钢轨硬弯等，同时，要求各线路车间在施工前要对焊缝平直度进行检查，当焊接接头平直度超过±0.5mm/m时，应采用小型打磨设备对焊接接头进行局
部的预打磨，然后再安排大机打磨作业。
在打磨前，还应提前拆除打磨钢轨区段的障碍物，如鼓包夹板、桥面护轨、附属钢轨上的红外线轴温探测器等，否则将影响打磨作业的连续性和轨面打磨的一致性。
4.3 打磨方案的制定与实施
我们根据现场调查的钢轨踏面与机车车辆轮对接触情况来确定打磨方案并加以实施。
经现场调查、统计、分类，我们发现就钢轨踏面与机车车辆轮对接触区域而言，大致可分为三种情况(如图1所示)。
通过动态添乘数据对比分析和静态轨迹检查来发现轮轨接触区域对列车运行稳定性影响很大。
现场施工时，我们及时将现场情况提供给打磨队，针对不同的接触区域，采取不同的打磨方式。
图1轮轨接触区域
4.3.1 轮轨区域A接触
轮轨接触发生在区域A时（轨头踏面中心区域和车轮踏面中心区域接触），具有轮轨接触应力和横向蠕滑率/力最小等特点，钢轨压应力分布均匀，轨面无明显塑变，是比较理
想的接触型面，此种情况机车车辆在直线、大半径曲线运行时平稳性高，轮轨附加力小。
我段在京九线钢轨打磨作业上以这种接触状态进行打磨作业方案设计（如图2所示），在大机打磨工作中减少+4°～-4°砂轮的打磨数量及遍数，打磨后突出钢轨顶面中心的弧度。
图2打磨后的接触光带检查
4.3.2 轮轨区域B接触
当轮轨在区域B接触时(钢轨轨距角和车轮轮缘根部接触区)，其接触斑很小，轮轨接触应力往往很大，在区域B 的轮轨接触有两种形式：即两点接触和共形接触。
轮轨在该区域接触，轮轨接触应力过大易造成轨头塑变产生肥边和形成疲劳裂纹（图3所示）。
可能会使轨件出现早期疲劳伤损，并影响车轮的导向性能和稳定性。
图3 轨面疲劳裂纹与轨头肥边
经过观察分析，新轨上线初期、半径较小的曲线，轨距发生变化或轨面出现高低正值和方向负值等病害情况时，会出现轮轨在B 区域接触。
通过对钢轨光带的观测与动态数据比对，得出区域B 处的单点接触对车辆和轨道的损害最大，在大蠕滑条件下高接触应力会导致钢轨轨距角处的疲劳破坏，轻则产生钢轨裂纹，重则造成剥离掉块(图4)。
伴随出现大的纵向蠕滑导致钢轨材质的塑性流变，更危险的情况是导致车辆蛇行失稳，并由此引发钢轨交替侧磨。
我们在轨面打磨方案设计上应力求避免此种现象发生。
在实际打磨工作中，应根据具体情况增加-15°～-30°的打磨削切量，并控制好对特殊角度的削切量，防止出现因钢轨打磨后机车车辆运行线速度与角速度不一致的问题。
图4 轨距角剥离掉块
4.3.3 轮轨区域C接触
在钢轨长期运行磨耗后，轮轨接触会发生在区域C(钢轨和车轮外侧接触区)。
这种情况会导致车轮外侧产生很高的接触应力(图5)，造成钢轨阔面外侧塑性变形，或者出现钢轨踏面压槽。
这两种情况经常同时发生，此时将产生如图6所示的接触状态，从而出现大的接触应力和纵向蠕滑，恶化车轮导向性能，加速轨头侧面磨耗。
图5 车轮外侧与钢轨接触
图6 两种高应力接触状态的结合
在现场实际工作中，发现由于两轮对在C区域接触，车轮轮缘与钢轨踏面经常接触，钢轨出现交替侧磨和轨顶面双光带的情况较多，一般此处晃车多为惯性连续多发地段，仅靠整修小的几何尺寸病害无实际意义。
在采用大机成段重点打磨或钢轨成段调边后效果明显，大机打磨时应增加8-13°范围内的磨头数量。
防止因左右轮轨之间的接触点位置不同。
造成轮轨之间的接触参数出现明显变化(如图7所示)。
图7轮轨接触几何参数
4.4 打磨施工中的配合检查工作
打磨施工中，每打磨一遍都要加强对打磨效果的现场检查与反馈，及时通过驻队人员与打磨队沟通每一遍的打磨效果，以便及时改变打磨模式，为有效消灭钢轨病害提供技术支持。
5 钢轨打磨后的效果
检查发现，按确定的方案打磨后，钢轨经列车碾压后在
顶面中部形成25～30mm宽的光带。
两股钢轨作用边交替出现车轮轮缘接触钢轨后留下的痕迹较打磨前更长，列车的“蛇形运动”得到缓解，而且光带居中后，钢轨中部的塑性变形要小于钢轨顶角处，有利于钢轨的使用寿命。
列车高速通过时横向平稳性明显得到改善，同时列车通过时的噪声远远小于未打磨前。
打磨后的钢轨波磨明显得到改善，列车通过线路时的轮对跳动明显减少。
以京九线清河城站至临西站间下行添乘数据为例，在打磨作业后与打磨前对比，发现晃车数据下降达98%，轨检车检测横向加速度波形图图幅较为平缓。
6 结束语
合理的钢轨打磨作业可以改善列车行车条件，减小噪声振动，增加旅客乘坐的舒适度。
同时，可大幅度降低线路养修工作量，延长钢轨使用寿命，减少设备维修成本，提高线路设备质量。
为此，应科学分析设备变化规律,控制钢轨的波形磨耗和因接触疲劳而产生片状剥落、开裂等病害的发展趋势。
利用钢轨打磨作为解决钢轨表面缺陷、控制轮轨接触位置和控制钢轨外形的手段,应用越来越广泛，不管是对于除去钢轨表面缺陷还是保持钢轨合适的外形轮廓、保证行车稳定性来说,钢轨打磨都是经济和实用的技术。