朱廣平,劉　潔

(1.中國鐵路西安局集團(tuán)有限公司 工務(wù)機(jī)械段，陜西 西安　712400;2.株洲時(shí)代電子技術(shù)有限公司,湖南 株洲　412007)

截至2016年底，我國鐵路運(yùn)營里程達(dá)到12.4 萬km，其中高速鐵路運(yùn)營里程超過2.2 萬km[1]。鐵路行業(yè)的快速發(fā)展對鋼軌養(yǎng)護(hù)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的鋼軌打磨主要依靠手工方式，效率低且成本高，為此20世紀(jì)90年代我國引進(jìn)了鋼軌打磨車[2]。目前國內(nèi)各維護(hù)單位保有相當(dāng)數(shù)量的打磨車，了解每臺打磨車的工作能力以及評價(jià)每臺打磨車的工作效率，對作業(yè)計(jì)劃的制定和實(shí)現(xiàn)軌廓打磨具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1　鋼軌打磨車作業(yè)效率的影響因素

鋼軌打磨的最終目的是保持良好的輪軌關(guān)系。經(jīng)過柳州段、上海段和廣州段的現(xiàn)場調(diào)研和相關(guān)文獻(xiàn)整理分析[3]，總結(jié)出影響鋼軌打磨車作業(yè)效率的主要因素，如圖1所示。

圖1　影響鋼軌打磨車作業(yè)效率的主要因素

打磨車的主要作業(yè)參數(shù)包括磨頭數(shù)量、磨頭半徑、打磨功率、打磨速度、磨頭角度范圍、車輛故障率等，這些都是影響打磨效率的最直接因素。

由于進(jìn)口打磨車的車型和批次不同，現(xiàn)有打磨車的具體配置并不統(tǒng)一，且使用時(shí)間也不相同，因此這些打磨車的作業(yè)效率也不相同。

作業(yè)線路特性主要包括直線、曲線、道岔等情況。不同線路情況下，輪軌作用力大小和方向均不相同，導(dǎo)致鋼軌病害情況不同，因此要求的打磨模式也不同。曲線上病害較直線上嚴(yán)重，小半徑曲線上會出現(xiàn)波磨、側(cè)磨、肥邊等病害。此外，鋼軌材質(zhì)不同，鋼軌打磨車的作業(yè)效率也不同。

綜合以上影響因素，在評估打磨車作業(yè)效率時(shí)，應(yīng)盡量選取同一廠家生產(chǎn)的同一類型的打磨車，且在同一路段進(jìn)行測試，使打磨車作業(yè)效率的評估盡量做到同一標(biāo)準(zhǔn)。

2　打磨車作業(yè)效率的評估方法

1)選取目標(biāo)打磨車[4-6]

將維護(hù)單位的同一型號打磨車作為一個(gè)類別，在同一個(gè)類別中根據(jù)長期作業(yè)記錄，選取故障率較低、作業(yè)性能較為穩(wěn)定的某一臺打磨車作為效率評估的目標(biāo)車。

2)確定打磨面積公式[7-11]

根據(jù)砂輪磨削經(jīng)驗(yàn)公式，單個(gè)砂輪單位時(shí)間內(nèi)的切削體積為

Q=sVw=P/u

(1)

式中：Q為單位時(shí)間內(nèi)的打磨體積；s為打磨切削面積；Vw為打磨速度；P為打磨功率；u為比磨削能，指切削1 mm3體積鋼軌需要的能量，其經(jīng)驗(yàn)公式如下：

(2)

式中：K是系數(shù)，與鋼軌材質(zhì)和砂輪顆粒有關(guān)；Vs表示砂輪的線速度；a為打磨深度；b為砂輪接觸寬度。

由式(2)可見，u與打磨速度、打磨功率、砂輪材質(zhì)、鋼軌硬度、砂輪直徑、砂輪轉(zhuǎn)速等有關(guān)。

多個(gè)磨頭的作業(yè)效果可以看作多個(gè)磨頭分別打磨的求和，即打磨切削總面積

(3)

式中：n為磨頭數(shù)量;ak為第k個(gè)砂輪的打磨深度,bk為第k個(gè)砂輪的接觸寬度，k=1,2,…,n。

忽略次要因素，選擇同種型號鋼軌、同一列鋼軌打磨車，則K可以視為常數(shù)K0，由式(1)、式(2)、式(3)，近似得出

(4)

固定模式后，可認(rèn)為(ak/bk)為常量，打磨電機(jī)轉(zhuǎn)速變化不大時(shí)也可以當(dāng)作常量，那么與打磨面積相關(guān)的主要因素就是打磨功率、打磨速度。通過測定打磨面積、打磨速度、打磨功率等試驗(yàn)數(shù)據(jù)，就可以確定打磨面積與打磨速度和打磨功率的關(guān)系。

3)確定目標(biāo)打磨車的工作能力

首先選取一個(gè)固定的作業(yè)路段，采用平時(shí)常用的打磨作業(yè)參數(shù)(同一個(gè)打磨模式下)作為多次試驗(yàn)的打磨模式，再使用鋼軌軌廓測量儀測量實(shí)際軌廓與標(biāo)準(zhǔn)軌廓的面積差作為打磨面積，按照常用打磨速度和常用打磨功率，記入該目標(biāo)打磨車作業(yè)測量記錄表。目標(biāo)打磨車打磨面積測量記錄見表1。

表1　目標(biāo)打磨車打磨面積測量記錄　mm2

本方法已經(jīng)在上海段進(jìn)行了試驗(yàn)。根據(jù)表1的試驗(yàn)結(jié)果繪制曲線，圖3是給定打磨速度下打磨面積與打磨功率的關(guān)系曲線，圖4是給定打磨功率下打磨面積與打磨速度的關(guān)系曲線。

圖3　給定速度下打磨面積與打磨功率關(guān)系曲線

圖4　給定功率下打磨面積與打磨速度關(guān)系曲線

4)同類型打磨車作業(yè)效率確定

將目標(biāo)打磨車的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同類別的其他打磨車可以通過測試相同模式、相同速度、相同功率以及相同路段下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確認(rèn)與目標(biāo)打磨車的相應(yīng)比值，可得出該車的工作能力參數(shù)。

3　打磨車作業(yè)效率評估方法的應(yīng)用

根據(jù)上述方法測定確定單臺打磨車的工作能力參數(shù)后，將此參數(shù)作為該車的效率參數(shù)，就可以利用該參數(shù)得到一個(gè)與表1相類似的表格。該表格的數(shù)據(jù)就可以作為該車的作業(yè)參考數(shù)據(jù)。結(jié)合作業(yè)路段的軌廓信息，以及最終打磨目標(biāo)，就可以指導(dǎo)打磨車選擇更高打磨速度或者施行更精確的打磨作業(yè)。

目前，該方法正在維護(hù)單位現(xiàn)場試用，效果顯著，打磨效率和質(zhì)量均得到有效提升。

4　結(jié)語

現(xiàn)場試驗(yàn)表明，根據(jù)鋼軌打磨車自身性能并結(jié)合軌廓檢測手段，評估打磨車作業(yè)效率，指導(dǎo)打磨車打磨作業(yè)，能確實(shí)提高打磨車精確打磨能力，提高打磨效率和質(zhì)量，更好地完成打磨作業(yè)任務(wù)，延長鋼軌使用壽命。

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