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        探討高速鐵路鋼軌擦傷原因分析及處理措施

        2019-09-10 14:25:58楊凱
        名城繪 2019年5期
        關(guān)鍵詞:處理措施高速鐵路

        楊凱

        摘要:本文基于高速鐵路鋼軌擦傷原因及處理措施進(jìn)行了探討

        關(guān)鍵詞:高速鐵路;鋼軌擦傷;處理措施

        一、鋼軌擦傷原因分析

        1.1擦傷發(fā)生時(shí)間分析

        某高鐵開(kāi)通后,在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,除了動(dòng)車(chē)組、鋼軌探傷車(chē)、打磨列車(chē)和維修軌道車(chē)外,從未有其它列車(chē)在線路上運(yùn)營(yíng)。期間,也陸續(xù)接到動(dòng)車(chē)組緊急制動(dòng)的報(bào)告,在接到緊急制動(dòng)的報(bào)告后,工務(wù)段按規(guī)定對(duì)發(fā)生緊急制動(dòng)地點(diǎn)前后一公里線路鋼軌進(jìn)行重點(diǎn)檢查。據(jù)統(tǒng)計(jì),2016年,某高鐵上海局管內(nèi)一年發(fā)生動(dòng)車(chē)組緊急制動(dòng)共25次。經(jīng)檢查,都未造成鋼軌擦傷。鋼軌探傷車(chē)、打磨列車(chē)和維修軌道車(chē)在運(yùn)行和作業(yè)過(guò)程中,未出現(xiàn)打飛輪或緊急制動(dòng)照成鋼軌擦傷,從而排除了開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后鋼軌擦傷的可能性。即鋼軌擦傷發(fā)生在開(kāi)通運(yùn)行之前。

        1.2擦傷類(lèi)型分析

        輪軌擦傷的主要類(lèi)型可以分為兩種,一是長(zhǎng)大坡道制動(dòng)擦傷,其形狀通常呈連續(xù)的長(zhǎng)條形,擦傷深度不定,可以發(fā)生在一股或兩股鋼軌上;二是列車(chē)啟動(dòng)時(shí)輪對(duì)空轉(zhuǎn)造成的擦傷其形狀多為橢圓形,也有呈長(zhǎng)條形,一般擦傷深度較深,可達(dá)0.5mm~2mm,長(zhǎng)度為20mm~100mm,寬度為30mm~50mm,通常左右股成對(duì)出現(xiàn)。

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)33處輪軌擦傷的情況看,基本上都是呈連續(xù)的長(zhǎng)條形,發(fā)生在單雙股、深淺都有,且其擦傷點(diǎn)分布具有一定規(guī)律,根據(jù)某高鐵上行K224+178處擦傷情況,繪制其擦傷位置分布示意圖(如圖1)。以DF4D機(jī)車(chē)為例,其輪對(duì)間距為1.8m,且其他東風(fēng)系列機(jī)車(chē)輪對(duì)間距基本相同。據(jù)此分析其擦傷位置間距與東風(fēng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)輪對(duì)間距基本吻合,即可以確定現(xiàn)場(chǎng)擦傷多為東風(fēng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)造成的制動(dòng)擦傷。

        1.3擦傷地段線路特征分析

        鋼軌發(fā)生擦傷的地點(diǎn)并不是偶然的,也存在一定的規(guī)律,由相關(guān)數(shù)據(jù)可知,鋼軌擦傷多發(fā)生在長(zhǎng)大坡道上。因?yàn)?,建設(shè)初期工程列車(chē)運(yùn)輸組織多為單線正反運(yùn)行,空出另一線施工,所以長(zhǎng)大坡道上下坡都會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)擦傷。而鋼軌擦傷多為左右股同時(shí)對(duì)稱(chēng)出現(xiàn)在曲線上居多。

        1.4擦傷鋼軌材質(zhì)原因分析

        某高鐵浙江段所采用的鋼軌為U71MnG強(qiáng)度等級(jí)為880MPa,其布氏硬度在260HB-300HB。該鋼軌中含碳量較低,采用Mn元素來(lái)提高強(qiáng)度,有較好的韌、塑性,焊接性優(yōu)良。而建設(shè)過(guò)程中在線路上運(yùn)行的機(jī)車(chē)多為東風(fēng)系列機(jī)車(chē),輪對(duì)硬度參數(shù):265HB-320HB間,輪與軌硬度比在1.05~1.15之間,即輪比軌硬度大?,F(xiàn)在所發(fā)現(xiàn)的所有擦傷,從其本質(zhì)都是輪軌接觸面相對(duì)摩擦產(chǎn)生高溫,導(dǎo)致軌頭頂面金屬組織產(chǎn)生相變,由珠光體組織轉(zhuǎn)變成硬而脆的馬氏體組織,簡(jiǎn)稱(chēng)“白層”。它們有兩個(gè)主要特性:一是硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼軌母材的硬度,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量其布氏硬度值達(dá)600HB~700HB,而正常鋼軌母材在260HB-300HB間;二是仔細(xì)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)它的顏色跟鋼軌母材顏色有區(qū)別,更白更亮,固得名白亮層。

        鑒于以上原因分析,可以知道,高鐵鋼軌擦傷一般發(fā)生在建設(shè)初期,由建設(shè)過(guò)程中的工程列車(chē)(多為東風(fēng)內(nèi)燃機(jī)車(chē))造成的制動(dòng)擦傷,而非在高鐵建成運(yùn)營(yíng)后動(dòng)車(chē)制動(dòng)造成的。鋼軌擦傷發(fā)生地段長(zhǎng)大坡道的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平坡,且多為左右股對(duì)稱(chēng)出現(xiàn),曲線上多于直線。鋼軌擦傷發(fā)生后,一般情況下難于被發(fā)現(xiàn)。未及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理的鋼軌擦傷,開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后白亮層更明顯,而運(yùn)營(yíng)一年到一年半后白亮層上會(huì)出現(xiàn)橫向裂紋,最終會(huì)出現(xiàn)軌面上剝離掉塊,嚴(yán)重影響線路的平順性,并危及行車(chē)安全,必須及時(shí)處理。

        二、鋼軌擦傷預(yù)防及處理措施

        根據(jù)高速鐵路鋼軌擦傷的原因來(lái)看,首先要重視預(yù)防,特別是在建設(shè)過(guò)程中怎么預(yù)防工程車(chē)輛運(yùn)行給鋼軌造成的傷害是我們急需解決的問(wèn)題。鋼軌擦傷一旦出現(xiàn),只能通過(guò)換軌或打磨(銑磨)的處理方式來(lái)解決。

        2.1鋼軌擦傷的預(yù)防

        由于機(jī)車(chē)啟動(dòng)和制動(dòng)擦傷多數(shù)發(fā)生在高鐵建設(shè)過(guò)程中,監(jiān)理和路局工務(wù)提前介入人員應(yīng)對(duì)鋪軌過(guò)程,或驗(yàn)收中仔細(xì)檢查鋼軌軌面情況,重點(diǎn)檢查長(zhǎng)大坡道上鋼軌是否出現(xiàn)擦傷或出現(xiàn)白亮層,可以通過(guò)鋼軌頂面布氏硬度測(cè)量來(lái)確定是否擦傷。一經(jīng)發(fā)現(xiàn),應(yīng)盡快在建設(shè)過(guò)程中盡早處理,否則將其遺留到開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后再處理將增加難度,并威脅行車(chē)安全。高鐵建設(shè)過(guò)程中應(yīng)建立工程列車(chē)調(diào)度指揮機(jī)制,合理組織運(yùn)輸,減少鋼軌擦傷的發(fā)生,并建立工程列車(chē)緊急制動(dòng)及列車(chē)輪對(duì)空轉(zhuǎn)臺(tái)賬,便于準(zhǔn)確找到鋼軌擦傷地點(diǎn),盡早采取措施。

        2.2換軌焊接處理

        鋼軌擦傷達(dá)到重傷或無(wú)法通過(guò)打磨處理的情況下,只能通過(guò)鋼軌更換處理。首先是在建設(shè)初期就發(fā)現(xiàn)鋼軌擦傷時(shí),應(yīng)根據(jù)擦傷情況制定具體的更換方案。但應(yīng)遵循區(qū)間不得使用鋁熱焊且要盡可能減少焊縫,盡量避免焊縫相錯(cuò)的現(xiàn)象發(fā)生。其次是在運(yùn)營(yíng)之后,再發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重擦傷,根據(jù)擦傷分布情況,若單一處采用插入不少于20m短軌用鋁熱焊焊接;若是多處集中擦傷可采用長(zhǎng)軌更換,減少插入焊縫數(shù)量。

        3.3打磨處理

        鋼軌擦傷較輕的可以通過(guò)打磨處理,其中打磨可分為人工打磨和大機(jī)打磨。對(duì)于個(gè)別出現(xiàn)的輕微擦傷可以通過(guò)人工小機(jī)打磨,打磨時(shí)應(yīng)兼顧鋼軌原有廓形,打磨時(shí)前后應(yīng)順接好。人工打磨可以采用廓形卡尺對(duì)鋼軌廓形進(jìn)行控制。對(duì)于區(qū)間內(nèi)多處出現(xiàn)的輕微擦傷可采用大機(jī)進(jìn)行打磨,打磨前對(duì)鋼軌進(jìn)行全面調(diào)查,包括鋼軌光帶及廓形情況等。根據(jù)調(diào)查情況,制定專(zhuān)項(xiàng)打磨技術(shù)方案及設(shè)計(jì)廓形。一般大機(jī)打磨能處理深度0.5mm左右的鋼軌擦傷。

        三、結(jié)語(yǔ)

        高速鐵路鋼軌擦傷現(xiàn)象并非只在某高鐵出現(xiàn),在已建成的高鐵多有發(fā)生,且有多次因鋼軌擦傷嚴(yán)重而更換鋼軌。高速鐵路鋼軌擦傷嚴(yán)重影響軌道的平順性、列車(chē)運(yùn)行的穩(wěn)定性及旅客乘車(chē)的舒適性,同時(shí)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行碾壓會(huì)引起鋼軌的剝離掉塊或橫向疲勞裂紋,導(dǎo)致鋼軌折斷,嚴(yán)重威脅行車(chē)安全。而鋼軌擦傷后,在無(wú)法通過(guò)打磨處理的情況下,只能更換鋼軌,存在施工風(fēng)險(xiǎn)及成本浪費(fèi)。希望通過(guò)本文引起大家對(duì)鋼軌擦傷的重視,能更好地幫助大家預(yù)防和處理高速鐵路鋼軌擦傷。

        參考文獻(xiàn):

        [1]劉豐收,李闖,田常海.我國(guó)高速鐵路鋼軌早期傷損研究[J].鐵道建筑,2018,58(01):138-140.

        [2]邢麗賢.提速條件下鋼軌傷損特點(diǎn)及鋼軌傷損分類(lèi)的研究[D].中國(guó)鐵道科學(xué)研究院,2008.

        (作者單位:中國(guó)鐵路呼和浩特鐵路局集團(tuán)有限公司集寧工務(wù)段)

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