周清躍，劉豐收，俞喆，張金，田常海，張銀花

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 金屬及化學(xué)研究所，北京，100081）

我國(guó)鐵路鋼軌型面優(yōu)化研究

周清躍，劉豐收，俞喆，張金，田常海，張銀花

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 金屬及化學(xué)研究所，北京，100081）

針對(duì)我國(guó)鐵路輪軌匹配存在的問(wèn)題，研發(fā)了鋼軌打磨設(shè)計(jì)廓形60D和新軌頭廓形鋼軌60N。優(yōu)化后的軌頭廓形與LM、S1002CN和LMA型面車輪接觸時(shí)的光帶基本居中，輪軌接觸應(yīng)力顯著降低，可有效抑制車輪踏面凹磨后等效錐度的增大，提高車輛運(yùn)行穩(wěn)定性。高速鐵路按廓形60D打磨到位，鋼軌打磨周期可延長(zhǎng)至4～5年，且不易出現(xiàn)動(dòng)車組構(gòu)架報(bào)警和車體晃車。60N鋼軌在普速鐵路上的鋪設(shè)使用結(jié)果表明，在直線上運(yùn)行輪軌接觸光帶居中，在曲線上運(yùn)行可有效避免或抑制鋼軌使用初期軌距角剝離掉塊及疲勞核傷；在高速鐵路試驗(yàn)段的鋪設(shè)使用結(jié)果表明，采用1遍預(yù)打磨后鋼軌服役近5年，光帶保持在30 mm左右，從未出現(xiàn)動(dòng)車組構(gòu)架報(bào)警和車體晃車，可有效改善輪軌匹配關(guān)系，大幅降低輪軌維修養(yǎng)護(hù)成本。建議加快新軌頭廓形鋼軌系列化，以盡快在我國(guó)鐵路形成統(tǒng)一的鋼軌軌頭廓形。

鋼軌；軌頭廓形優(yōu)化；打磨廓形設(shè)計(jì)；60N鋼軌

我國(guó)鐵路的運(yùn)營(yíng)實(shí)踐表明：普速鐵路輪軌關(guān)系存在輪軌接觸點(diǎn)不在理想?yún)^(qū)域[1]導(dǎo)致鋼軌過(guò)早出現(xiàn)軌距角剝離掉塊、軌頭核傷等疲勞傷損的問(wèn)題。高速鐵路運(yùn)營(yíng)初期，輪軌型面不匹配導(dǎo)致動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警、車體抖車和晃車等問(wèn)題。通過(guò)輪軌型面優(yōu)化來(lái)改善輪軌關(guān)系已成為我國(guó)鐵路輪軌關(guān)系研究需要解決的重要問(wèn)題。全面介紹我國(guó)鐵路鋼軌型面優(yōu)化方面的研究及應(yīng)用情況[1-10]，并提出我國(guó)鋼軌型面發(fā)展的相關(guān)建議。

1 軌頭廓形優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1 總體目標(biāo)

（1）適應(yīng)我國(guó)鐵路1/40軌底坡、1 353 mm輪背內(nèi)側(cè)距的工況要求。日本、法國(guó)和德國(guó)高速鐵路的軌底坡分別為1/40、1/20和1/40，輪背內(nèi)側(cè)距均為1 360 mm。由于軌底坡和輪背內(nèi)側(cè)距直接影響輪軌接觸關(guān)系，在軌頭廓形優(yōu)化時(shí)要首先考慮我國(guó)鐵路的實(shí)際情況。

（2）輪軌接觸達(dá)到理想狀態(tài)：在直線上運(yùn)行時(shí)，輪軌接觸在軌頭踏面中心區(qū)域；當(dāng)輪緣貼靠鋼軌時(shí)，形成共形接觸。

（3）研發(fā)一種軌頭廓形，適應(yīng)我國(guó)鐵路服役使用的多種型面車輪。從理論上講，針對(duì)我國(guó)鐵路運(yùn)行的4種型面車輪（LMA、S1002CN、XP55和LM）對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)4種軌頭廓形鋼軌，可以實(shí)現(xiàn)比較理想的輪軌匹配；但從可操作性上講，具有不同車輪型面的車輛均有可能在同一線路上運(yùn)行，設(shè)計(jì)1種鋼軌軌頭廓形適應(yīng)4種不同車輪型面最為有利。因此，軌頭廓形優(yōu)化的總目標(biāo)是設(shè)計(jì)研發(fā)1種新軌頭廓形鋼軌，在與普通鐵路用LM型面車輪匹配時(shí)，做到顯著減少軌距角剝離掉塊、軌頭核傷等傷損；在與高速鐵路動(dòng)車組車輪匹配時(shí)，特別是與S1002CN車輪型面匹配時(shí)，輪軌接觸具有合適的等效錐度，以顯著改善車輛動(dòng)力學(xué)性能，減少動(dòng)車組構(gòu)架橫向失穩(wěn)，延長(zhǎng)車輪鏇修和鋼軌打磨周期。從輪軌匹配的幾何關(guān)系可知，為使設(shè)計(jì)的1種鋼軌軌頭廓形滿足與4種不同車輪型面理想匹配的需要，軌頭廓形優(yōu)化時(shí)要重點(diǎn)考慮錐度較大車輪型面的適應(yīng)性。

（4）新軌頭廓形鋼軌系列化。新軌頭廓形優(yōu)化取得成功后，在其他軌型上推廣使用，最終在我國(guó)鐵路形成統(tǒng)一的鋼軌軌頭廓形。這樣便于車輪踏面的進(jìn)一步優(yōu)化，以徹底改善我國(guó)鐵路的輪軌匹配關(guān)系。

1.2 優(yōu)化途徑

（1）通過(guò)大型養(yǎng)路機(jī)械（簡(jiǎn)稱大機(jī)）打磨形成新的軌頭廓形，解決已上道鋼軌的軌頭廓形優(yōu)化問(wèn)題。為此研究提出打磨設(shè)計(jì)廓形。打磨廓形的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在最大限度改善輪軌匹配關(guān)系的基礎(chǔ)上，使鋼軌打磨量最少。因此，打磨設(shè)計(jì)廓形優(yōu)化重點(diǎn)是發(fā)生輪軌接觸的軌頭頂面和軌距角側(cè)部位。

（2）直接通過(guò)鋼廠軋制生產(chǎn)出新軌頭廓形鋼軌。在按照對(duì)稱斷面設(shè)計(jì)新軌頭廓形鋼軌時(shí)，盡量少改動(dòng)原有鋼軌幾何尺寸，尤其要保證軌冠以外的幾何尺寸不變，便于鋼軌的鋪設(shè)和更換，減少對(duì)鋼軌焊接、養(yǎng)護(hù)和維修的影響。

1.3 鋼軌新軌頭廓形的提出

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，在長(zhǎng)期跟蹤我國(guó)鐵路鋼軌軌頭廓形隨線路通過(guò)總質(zhì)量變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，借鑒國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合我國(guó)高速鐵路動(dòng)車組構(gòu)架報(bào)警、車體抖車和晃車事件的處理經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)動(dòng)力學(xué)輪軌接觸理論，設(shè)計(jì)了鋼軌打磨廓形60D和新軌頭廓形鋼軌60N（見(jiàn)圖1、圖2）。

2 優(yōu)化廓形與現(xiàn)有車輪匹配的仿真計(jì)算分析

2.1 新輪新軌匹配仿真計(jì)算

圖1 鋼軌打磨設(shè)計(jì)廓形60D（虛線所示）

圖2 60N軌頭廓形

文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[9]對(duì)我國(guó)運(yùn)行的LMA、S1002CN和XP55車輪型面，與60?kg/m鋼軌（簡(jiǎn)稱60鋼軌）標(biāo)準(zhǔn)廓形、打磨設(shè)計(jì)廓形60D和新軌頭廓形60N新輪新軌狀態(tài)下的幾何接觸關(guān)系及動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行計(jì)算分析，得出如下結(jié)論：

（1）60N、60D的接觸位置比較居中，60D等效錐度、接觸角差系數(shù)最小，側(cè)滾角和重力剛度等指標(biāo)差別不大。其中，60N鋼軌與S1002CN和LM型面的等效錐度分別為0.118和0.097；60鋼軌與S1002CN、LM和XP55型面的等效錐度分別為0.168、0.089和0.055。新輪和新軌匹配時(shí)的等效錐度均不大。

（2）針對(duì)直線和曲線等不同工況條件下，同一類型車輪與不同軌頭廓形鋼軌匹配時(shí)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)差別不大，所有值均在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定安全限值以內(nèi)。

2.2 新軌與服役磨耗車輪匹配仿真計(jì)算

文獻(xiàn)[9]選取4組服役磨耗后車輪型面與3種鋼軌型面（60、60D、60N）對(duì)輪軌匹配關(guān)系進(jìn)行計(jì)算分析，其中2組磨耗車輪型面為京滬高鐵實(shí)測(cè)車輪磨耗型面，在踏面處的垂直磨耗量約為0.25 mm和0.60 mm。另外2組車輪來(lái)自武廣高鐵實(shí)測(cè)車輪磨耗型面，在踏面處的垂直磨耗量約為0.40 mm和0.50 mm，4組服役磨耗后車輪型面具有一定代表性。對(duì)上述12種匹配組合進(jìn)行非線性接觸幾何關(guān)系、車輛動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的計(jì)算分析，得出如下結(jié)論：

（1）綜合比較4種磨耗后的車輪與3種軌頭廓形相匹配時(shí)的輪軌非線性接觸幾何關(guān)系計(jì)算結(jié)果可知，60N鋼軌與4種磨耗后車輪踏面相匹配時(shí)，輪軌接觸點(diǎn)集中度最高，輪對(duì)橫移量在-10～10 mm范圍內(nèi)變化時(shí)，接觸點(diǎn)基本分布在軌頂踏面中心，輪軌接觸等效錐度最低，可有效抑制車輪踏面凹磨后等效錐度的增大，從而抑制動(dòng)車組出現(xiàn)蛇形失穩(wěn)，提高車輛運(yùn)行穩(wěn)定性。與文獻(xiàn)[1]仿真計(jì)算結(jié)果一致。

（2）綜合4種磨耗后車輪與3種軌頭廓形相匹配時(shí)，從脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪軌橫向力、輪軌垂向力、構(gòu)架橫向加速度、車體橫向加速度、磨耗指數(shù)等主要?jiǎng)恿W(xué)指標(biāo)的對(duì)比分析結(jié)果可知，4種磨耗車輪廓形與60N鋼軌廓形相匹配時(shí)的車輛動(dòng)力學(xué)性能最優(yōu)。

3 優(yōu)化廓形鋼軌的應(yīng)用

3.1 打磨廓形使用效果

3.1.1 聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間構(gòu)架橫向加速度超限

若聯(lián)調(diào)聯(lián)試時(shí)采用的綜合檢測(cè)車車輪踏面未出現(xiàn)明顯凹磨，即使鋼軌未預(yù)打磨，一般也檢測(cè)不到構(gòu)架橫向加速度超限。但若綜合檢測(cè)車已運(yùn)行15萬(wàn)km以上、車輪出現(xiàn)明顯凹磨，鋼軌未打磨或未按設(shè)計(jì)廓形打磨到位，則在聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間就會(huì)檢測(cè)到構(gòu)架橫向加速度超限，導(dǎo)致動(dòng)車組動(dòng)力學(xué)響應(yīng)測(cè)試不合格。

（1）武九客專聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間構(gòu)架橫向加速度超限。2017年7月25日，武九客專聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，在250～275 km/h速度級(jí)上、下行線路多個(gè)區(qū)段出現(xiàn)構(gòu)架橫向加速度超限。經(jīng)查可知，所用CRH380AJ-0203綜合檢測(cè)車已運(yùn)行17萬(wàn)km，且鋼軌未進(jìn)行預(yù)打磨。按中國(guó)鐵道科學(xué)研究院（簡(jiǎn)稱鐵科院）設(shè)計(jì)廓形對(duì)鋼軌進(jìn)行打磨后，構(gòu)架橫向加速度數(shù)值由未打磨的大于8 m/s2降低至小于3 m/s2（見(jiàn)圖3）。構(gòu)架橫向加速度評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：采用0.5～10.0 Hz濾波處理，峰值連續(xù)振動(dòng)6次以上且大于等于8 m/s2為不合格。這一例子說(shuō)明通過(guò)預(yù)打磨優(yōu)化軌頭廓形適應(yīng)動(dòng)車組輪軌關(guān)系的重要性。

圖3 武九客專上行線鋼軌打磨前后構(gòu)架橫向加速度最大值對(duì)比

（2）滬昆高鐵聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間構(gòu)架橫向加速度超限。2015年4月，滬昆高鐵聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，CRH380AJ-0202綜合檢測(cè)車檢測(cè)出構(gòu)架橫向加速度報(bào)警，典型散點(diǎn)圖見(jiàn)圖4。經(jīng)查可知，所用綜合檢測(cè)車已運(yùn)行19萬(wàn)km，車輪最大凹磨達(dá)1.5 mm；另外鋼軌未按設(shè)計(jì)廓形打磨到位，與設(shè)計(jì)廓形相比，軌頭R80 mm部位出現(xiàn)欠打磨，誤差大于0.2 mm（見(jiàn)圖5）。重新按設(shè)計(jì)廓形打磨到位后，構(gòu)架橫向加速度超限消除。等效錐度計(jì)算結(jié)果表明：在車輪踏面出現(xiàn)1.5 mm凹磨的情況下，鋼軌打磨未到位，其等效錐度達(dá)到0.80，打磨到位后等效錐度下降到0.23，之后綜合檢測(cè)車未出現(xiàn)橫向加速度報(bào)警。該案例說(shuō)明嚴(yán)格按設(shè)計(jì)廓形打磨到位的重要性。

圖4 構(gòu)架橫向加速度隨里程分布散點(diǎn)圖

圖5 滬昆高鐵鋼軌打磨未到位示意圖

自2014年以來(lái)，高速鐵路鋼軌預(yù)打磨均采用鐵科院設(shè)計(jì)廓形，取得了良好效果。

3.1.2 線路開(kāi)通運(yùn)行后構(gòu)架橫向加速度超限

（1）武廣高鐵動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警。2010年2月，武廣高鐵下行汩羅東—長(zhǎng)沙南間發(fā)生動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度超限報(bào)警甚至停車，在中國(guó)鐵路總公司運(yùn)輸局組織下，鐵科院項(xiàng)目組提出通過(guò)鋼軌打磨改善輪軌匹配關(guān)系的思路，設(shè)計(jì)了鋼軌打磨廓形，按設(shè)計(jì)廓形進(jìn)行鋼軌打磨，打磨后動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度最大值由打磨前的8 m/s2以上下降到5 m/s2以下；鋼軌光帶寬度由打磨前55 mm左右、位置偏向軌距角側(cè)，變?yōu)楣鈳挾?2 mm左右、位置基本居中，成功治理了武廣高鐵動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度超限報(bào)警[3-6]。

（2）其他線路構(gòu)架橫向加速度超限和車體晃車。2010—2015年，部分鐵路局相關(guān)人員對(duì)輪軌匹配關(guān)系認(rèn)識(shí)不足，軌距角側(cè)鋼軌欠打磨，導(dǎo)致動(dòng)車組運(yùn)行一定時(shí)間后等效錐度過(guò)大，相繼出現(xiàn)了武廣、哈大、京滬等高鐵動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警；之后，在中國(guó)鐵路總公司運(yùn)輸局組織下，按設(shè)計(jì)廓形進(jìn)行打磨修復(fù)，軌頭廓形滿足設(shè)計(jì)廓形要求后，動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警現(xiàn)象消失[3-6]。2014年底，在總結(jié)我國(guó)高鐵鋼軌打磨技術(shù)的基礎(chǔ)上，鐵科院起草了《高速鐵路鋼軌打磨管理辦法》，并由中國(guó)鐵路總公司頒布執(zhí)行（鐵總運(yùn)〔2014〕357號(hào)），2015年后全路基本未出現(xiàn)構(gòu)架橫向加速度報(bào)警，得到徹底治理。

2015年以后，部分鐵路局在打磨過(guò)程中出現(xiàn)軌距角側(cè)打磨過(guò)量或非軌距角側(cè)打磨不足現(xiàn)象，導(dǎo)致等效錐度過(guò)小（小于0.06），合武、秦沈、海南東環(huán)、滬昆、滬杭、衡柳等線路先后發(fā)生了動(dòng)車組車體晃車，鐵科院項(xiàng)目組對(duì)上述動(dòng)車組車體晃車區(qū)段進(jìn)行鋼軌打磨整治，按設(shè)計(jì)廓形進(jìn)行打磨修復(fù)，消除了動(dòng)車組車體晃車。

實(shí)踐證明，只要按照鐵科院設(shè)計(jì)廓形打磨到位，既不會(huì)出現(xiàn)構(gòu)架橫向加速度超限報(bào)警，也不會(huì)出現(xiàn)車體晃車，鋼軌預(yù)防性打磨周期可延長(zhǎng)至4～5年。

3.2 新軌頭廓形鋼軌60N的研發(fā)與應(yīng)用

為了簡(jiǎn)化鋼軌打磨工藝、減少金屬磨削量，進(jìn)一步改善輪軌匹配關(guān)系，2011年鐵科院項(xiàng)目組與相關(guān)廠家合作，研發(fā)了新軌頭廓形鋼軌60N[1,7]，并在普速和高速鐵路鋪設(shè)上道進(jìn)行使用考核。

2015年9月，中國(guó)鐵路總公司頒布鐵總科技〔2015〕248號(hào)文，決定實(shí)施由鐵科院項(xiàng)目組起草制定的TJ/GW142—2015《60N、75N鋼軌暫行技術(shù)條件》；2017年7月，將新軌頭廓形鋼軌納入鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼軌 第1部分：43～75 kg/m鋼軌》；2016年起決定在我國(guó)高速鐵路全面推廣使用60N鋼軌。

3.2.1 既有線鋪設(shè)使用效果

2011年11月，首次在滬昆高鐵上行K1825—K1828鋪設(shè)60N U71Mnk鋼軌；2012年以后，先后在成都、昆明和蘭州等鐵路局推廣使用60N鋼軌。60N和60鋼軌在鋪設(shè)使用初期軌頭廓形和軌面狀態(tài)見(jiàn)圖6、圖7（其中藍(lán)線為原始原形，紅線為使用后廓形）。

60N鋼軌使用結(jié)果表明：

（1）在直線線路上鋪設(shè)的60N鋼軌輪軌接觸光帶基本居中；由于鋼軌軌距角不與車輪踏面接觸，軌距角不會(huì)出現(xiàn)飛邊和剝離掉塊傷損。

（2）在曲線線路上鋪設(shè)60N鋼軌，既可避免在鋼軌使用初期出現(xiàn)軌距角剝離掉塊，又可顯著抑制輪軌長(zhǎng)期接觸后出現(xiàn)的軌距角剝離掉塊和核傷。

（3）由于顯著改善輪軌接觸關(guān)系，可省去鋼軌預(yù)打磨，有利于降低鋼軌打磨工作量和難度。

綜上所述，鋪設(shè)使用60N鋼軌顯著減少了鋼軌的剝離掉塊和核傷疲勞問(wèn)題，達(dá)到了軌頭廓形優(yōu)化的預(yù)期目標(biāo)。截至目前，已在我國(guó)普速鐵路鋪設(shè)使用1萬(wàn)km以上60N鋼軌，受到用戶的普遍歡迎和認(rèn)可。

圖6 60鋼軌鋪設(shè)使用初期廓形和軌面狀態(tài)（R 600 m曲線上股）

圖7 60N鋼軌鋪設(shè)使用初期廓形和軌面狀態(tài)（R600 m曲線上股）

3.2.2 高速鐵路鋪設(shè)使用效果

2011年8月，在京石高鐵下行K59+616—K74+616區(qū)間鋪設(shè)了15 km百米定尺60N U71Mnk鋼軌。2012年9月，采用GMC96-B型鋼軌打磨車對(duì)60N鋼軌進(jìn)行預(yù)打磨，其中下行K59+616—K65+616間打磨1遍；期間鐵科院項(xiàng)目組多次對(duì)軌頭廓形變化情況進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，2017年6月的跟蹤觀測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖8。結(jié)果表明，京石高鐵運(yùn)營(yíng)4年7個(gè)月以來(lái)，60N鋼軌軌頭廓形與60N鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形基本相同；預(yù)打磨1遍的鋼軌光帶寬度約為30 mm，且基本居中。

跟蹤測(cè)試后的計(jì)算結(jié)果表明：與鋪設(shè)60鋼軌相比，60N鋼軌減少鋼軌打磨量約為48%，可見(jiàn)在高速鐵路鋪設(shè)使用60N鋼軌不僅可大幅減少鋼軌預(yù)打磨工作量，更為重要的是降低了通過(guò)鋼軌預(yù)打磨獲得所需軌頭廓形的難度。鋼軌預(yù)打磨后，運(yùn)行近5年，光帶寬度30 mm左右，且從未出現(xiàn)動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警、車體抖車或晃車。鋪設(shè)使用60N鋼軌顯著改善了高速鐵路輪軌匹配關(guān)系，減少了輪軌維修養(yǎng)護(hù)成本。

目前，60N鋼軌已先后在呼張、寶蘭、西成、石濟(jì)等高鐵上鋪設(shè)使用，并將在我國(guó)高鐵線路全面推廣應(yīng)用。

4 其他軌型鋼軌軌頭廓形優(yōu)化

我國(guó)鐵路主要鋼軌軌型有50 kg/m、60 kg/m和75 kg/m；道岔用非對(duì)稱斷面鋼軌軌型有50AT1、60AT1、60AT2、60AT3和60TY1。其中大秦重載鐵路已全部采用75N鋼軌[11]，50N鋼軌正在研發(fā)中，60N廓形高速鐵路道岔已于2016年下半年在京沈高鐵鋪設(shè)上道即將開(kāi)始使用考核[12]，新軌頭廓形系列化工作正在穩(wěn)步進(jìn)行中。

圖8 京石高鐵下行K64+800鋼軌2017年6月的廓形及光帶情況

5 結(jié)論與建議

（1）針對(duì)我國(guó)鐵路輪軌匹配存在的問(wèn)題，研發(fā)了鋼軌打磨設(shè)計(jì)廓形和新軌頭廓形鋼軌60N，以適應(yīng)我國(guó)鐵路1/40軌底坡、1 353 mm輪背內(nèi)側(cè)距、與多種車輪型面匹配達(dá)到理想狀態(tài)的需求。

（2）仿真計(jì)算結(jié)果表明：優(yōu)化后的軌頭廓形與LM、S1002G和LMA型面車輪接觸時(shí)的接觸點(diǎn)基本在軌頭踏面中心區(qū)域；輪軌接觸應(yīng)力顯著降低；可有效抑制車輪踏面凹磨后等效錐度的增大，從而抑制動(dòng)車組出現(xiàn)蛇形失穩(wěn)，提高車輛運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（3）按鐵科院設(shè)計(jì)廓形打磨到位，鋼軌打磨周期可延長(zhǎng)至4～5年，且不易出現(xiàn)動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警和車體晃車。

（4）60N鋼軌在普速鐵路上的鋪設(shè)使用結(jié)果表明，在直線上運(yùn)行輪軌接觸光帶居中，可避免在軌距角部位出現(xiàn)肥邊和剝離掉塊，在曲線上運(yùn)行可有效避免或抑制軌距角剝離掉塊及疲勞核傷；在高速鐵路試驗(yàn)段的鋪設(shè)使用結(jié)果表明，采用1遍預(yù)打磨后運(yùn)行近5年，鋼軌光帶保持在30 mm左右，從未出現(xiàn)動(dòng)車組構(gòu)架報(bào)警和車體晃車，可有效改善輪軌匹配關(guān)系，大幅減少輪軌維修養(yǎng)護(hù)成本。

建議加快新軌頭廓形鋼軌系列化，盡快在我國(guó)鐵路形成統(tǒng)一的鋼軌軌頭廓形。

[1]周清躍，張銀花，陳朝陽(yáng)，等．高速鐵路輪軌廓面及硬度匹配技術(shù)研究[R]．北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2011．

[2]周清躍，俞喆，張銀花，等．高速鐵路無(wú)砟軌道維修技術(shù)的深化研究：鋼軌廓形優(yōu)化技術(shù)研究[R]．北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2014．

[3]周清躍，田常海，俞喆，等．CRH3型動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架橫向加速度報(bào)警成因及處理措施研究：工務(wù)部分[R]．北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2015．

[4]周清躍，劉豐收，田常海，等．高速鐵路輪軌形面匹配的研究[J]．中國(guó)鐵路，2012(9)：33-36．

[5]周清躍，田常海，張銀花，等．高速鐵路鋼軌打磨關(guān)鍵技術(shù)研究[J]．中國(guó)鐵道科學(xué)，2012，33(2)：66-70.

[6]周清躍，田常海，張銀花，等．CRH3型動(dòng)車組構(gòu)架橫向失穩(wěn)成因分析[J]．中國(guó)鐵道科學(xué)，2014，35(6)：103-110．

[7]周清躍，張銀花，田常海，等．60N鋼軌廓型設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[J]．中國(guó)鐵道科學(xué)，2014，35(2)：128-135．[8]周清躍，俞喆，劉豐收，等．廓形打磨治理動(dòng)車組構(gòu)架報(bào)警效果研究[J]．中國(guó)鐵路， 2016(9)：35-39．

[9]羅慶中，劉豐收，徐井芒，等．高速鐵路輪軌關(guān)系深化研究：高速鐵路輪軌型面匹配優(yōu)化研究[R]．北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2016．

[10]羅慶中，劉豐收，成棣，等．高速鐵路輪軌關(guān)系深化研究：輪軌型面匹配優(yōu)化及適應(yīng)性研究[R]．北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2017．

[11]劉豐收，周清躍，張澎湃，等．75N鋼軌的試驗(yàn)研究[C]//2013年鐵路和建筑用鋼學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.馬鞍山，2013．

[12]周清躍，張銀花，李闖，等．新軌頭廓形道岔的試制與試驗(yàn)[R]．北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，2016．

Study on the Optimization of Rail Profile in China

ZHOU Qingyue，LIU Fengshou，YU Zhe，ZHANG Jin，TIAN Changhai，ZHANG Yinhua
（Metals and Chemistry Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

The rail grinding design profle 60D and new rail head profle rail 60N are developed to tackle the problem on wheel rail matching in China. For the optimized rail head profle, the light trip of its contact with wheels of LM, S1002CN and LMA profles is basically in the center, which means the contact stress of wheel and rail is dramatically reduced, the equivalent conicity after wheel tread wear is effectively controlled and the stability of train running is improved. The grinding period of well ground rail according to 60D profle can extend to 4～5 years, where few EMU frame alarm or car body shaking occurs. The application of 60N rail on the conventional line shows that: the light trip of wheel rail contact is in the center when running on the straight section, while on the curve section, the shelling at gauge corner or fatigue tache oval which appears at the initial stage of rail service can be efectively avoided or reduced. Its application on the high speed line shows that: for the one-time pre-ground rail in service for 5 years, the light strip remains at about 30 mm and EMU frame alarm or car body shaking never occurs, which means the wheel rail matching is greatly improved and maintenance cost for both wheel and rail is reduced. It is proposed that the serialization of rail head profle shall be accelerated so as to apply unifed rail head profle in China.

rail；rail head profle optimization；grinding profle design；60N rail

U213.4

A

1001-683X（2017）12-0007-06

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.12.007

鐵道部科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2010G006F）；中國(guó) 鐵路總公司科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2013G008J、 2015G008-A、2016G008-A）；中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YJ092）

周清躍（1960—），男，首席研究員，博士生導(dǎo)師。 E-mail：zhouqingyue93480@126.com

責(zé)任編輯 高紅義

2017-09-04