田常海,張 金,俞 喆,梁 旭,周韶博,張訓(xùn)全

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司金屬及化學(xué)研究所,北京 100081)

引言

我國(guó)高速鐵路自開(kāi)通以來(lái)，通過(guò)輪軌關(guān)系的深化研究，結(jié)合鋼軌和道岔打磨車性能，提出了我國(guó)高速鐵路60 kg/m鋼軌(以下簡(jiǎn)稱“60軌”)打磨目標(biāo)廓形-設(shè)計(jì)廓形60D(線路僅運(yùn)行動(dòng)車組)或60N(線路既運(yùn)行動(dòng)車組又運(yùn)行普通客車及鋪設(shè)60N鋼軌的線路鋼軌按目標(biāo)廓形60N打磨)[1-2]，中國(guó)鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所指導(dǎo)了京滬[3]、哈大、京廣等高鐵60 kg/m鋼軌和60N鋼軌預(yù)打磨，通過(guò)2010年至2014年成功整治動(dòng)車組異常振動(dòng)的鋼軌打磨實(shí)踐[4-6]，初步形成了我國(guó)高鐵鋼軌和道岔打磨技術(shù)[7-8]及打磨驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[9-11]。

我國(guó)高速鐵路鋼軌和道岔打磨分為預(yù)打磨、預(yù)防性打磨及修理性打磨[10-11]。預(yù)打磨是對(duì)鋪設(shè)上道新鋼軌的打磨，預(yù)打磨后應(yīng)對(duì)鋼軌進(jìn)行周期性的預(yù)防性打磨，對(duì)已產(chǎn)生病害鋼軌應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修理性打磨。

日本高速鐵路更換新鋼軌一年內(nèi)進(jìn)行鋼軌預(yù)打磨，打磨深度為0.3 mm。鋼軌預(yù)防性打磨周期以累計(jì)通過(guò)總質(zhì)量或年為指標(biāo)[6，12]，每通過(guò)總質(zhì)量30～80 Mt打磨1次，環(huán)境質(zhì)量較高地段每通過(guò)總質(zhì)量30 Mt打磨1遍，既，每年打磨1遍，其他地段每通過(guò)總質(zhì)量60～80 Mt打磨1次，大約是每2年1次；法國(guó)高速鐵路鋼軌鋪設(shè)上道正式開(kāi)通前用打磨列車打磨，隨后根據(jù)線路狀態(tài)進(jìn)行不定期預(yù)防性打磨，主要是磨去被高速行駛列車濺起的道砟對(duì)鋼軌造成的傷損以及磨去鋼軌表面疲勞傷損，最嚴(yán)重地段每年最多打磨1次，每次打磨鋼軌深度為0.1 mm[6，12]；自1991年德國(guó)漢諾威—維爾茨堡、曼海姆—斯圖加特兩條客貨混運(yùn)高速鐵路投入運(yùn)營(yíng)后，每年使用被動(dòng)式快速打磨車打磨2～4次，每次打磨深度0.1 mm，每4年對(duì)鋼軌進(jìn)行1次修理廓形打磨[6，12]。

在我國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)初期，鋼軌預(yù)打磨后還沒(méi)有經(jīng)歷完整預(yù)防性打磨周期，只能借鑒國(guó)外鋼軌預(yù)防性打磨周期制定我國(guó)高速鐵路鋼軌預(yù)防性打磨周期，2012年發(fā)布的《高速鐵路無(wú)砟軌道線路維修規(guī)則》規(guī)定[11]：已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的高速鐵路，預(yù)防性打磨周期按通過(guò)總質(zhì)量和運(yùn)行狀態(tài)確定，原則上每30～50 Mt通過(guò)總質(zhì)量進(jìn)行1次鋼軌預(yù)防性打磨，一般不宜超過(guò)2年。文獻(xiàn)[10]引用了上述規(guī)定。

圖1 京石高鐵上行K65+200鋼軌實(shí)測(cè)廓形與設(shè)計(jì)廓形60D及60軌標(biāo)準(zhǔn)廓形比較和宏觀形貌

盡管我國(guó)高速鐵路使用的鋼軌打磨車與國(guó)外基本相同，但我國(guó)高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)、運(yùn)行車輛類型、維修體系及管理與國(guó)外高速鐵路差異較大。例如，法國(guó)高速鐵路為有砟軌道，我國(guó)高速鐵路主要為無(wú)砟軌道，法國(guó)預(yù)防性打磨周期每年打磨1遍，主要打磨道砟對(duì)鋼軌造成的傷損，我國(guó)基本不存在此類情況；德國(guó)高速鐵路為客貨混運(yùn)，而我國(guó)高速鐵路大多數(shù)線路只運(yùn)行動(dòng)車組，少數(shù)線路運(yùn)行動(dòng)車組和普通客車，客貨混運(yùn)對(duì)鋼軌造成損傷較動(dòng)車組對(duì)鋼軌造成損傷嚴(yán)重得多。我國(guó)的路情決定我國(guó)高速鐵路預(yù)防性打磨周期不可能照搬國(guó)外高速鐵路鋼軌預(yù)防性打磨周期。

通過(guò)對(duì)按打磨目標(biāo)廓形-設(shè)計(jì)廓形60D及60N預(yù)打磨(或修理性打磨)后多條高速鐵路鋼軌軌頭廓形、磨耗、硬度和焊接接頭平直度及軌頭宏觀形貌觀測(cè)研究結(jié)合仿真分析，研究獲得我國(guó)高速鐵路鋼軌預(yù)防性打磨周期。

1 60 kg/m鋼軌按設(shè)計(jì)廓形60D預(yù)打磨后軌頭廓形和光帶變化

2012年9月，課題組指導(dǎo)了京石高鐵鋼軌預(yù)打磨，上、下行鋪設(shè)60軌(除下行有15 km線路鋪設(shè)60N鋼軌，打磨目標(biāo)廓形為60N)打磨目標(biāo)廓形為設(shè)計(jì)廓形60D，針對(duì)北京局GMC-96B型鋼軌打磨車性能，進(jìn)行了打磨程序調(diào)試，獲得了預(yù)打磨工藝，打磨遍數(shù)為2遍，9月—10月間按設(shè)計(jì)廓形60D進(jìn)行了京石高鐵全線預(yù)打磨，2012底開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，運(yùn)營(yíng)后每半年進(jìn)行1次觀測(cè)，觀測(cè)項(xiàng)目包括鋼軌廓形、硬度、波磨和焊接接頭平直度。

京石高鐵2012年9月預(yù)打磨后于2012年年底開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，2017年至2018年進(jìn)行了第一次鋼軌預(yù)防性打磨，期間未發(fā)生動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警、晃車和抖車現(xiàn)象。

圖1為2013年7月和2017年6月測(cè)試的京石高鐵上行K65+200位置鋼軌廓形和宏觀形貌。測(cè)試結(jié)果表明：(1)鋼軌預(yù)打磨廓形與設(shè)計(jì)廓形60D吻合，豎向偏差滿足標(biāo)準(zhǔn)[9]要求；(2)經(jīng)過(guò)4年半時(shí)間運(yùn)營(yíng)，鋼軌實(shí)測(cè)廓形趨向60軌標(biāo)準(zhǔn)廓形，在輪軌接觸區(qū)域?qū)崪y(cè)廓形與60軌標(biāo)準(zhǔn)廓形豎向偏差在0.2 mm內(nèi)；(3)鋼軌宏觀上沒(méi)有疲勞裂紋、波磨等傷損，鋼軌光帶寬度由預(yù)打磨后22 mm發(fā)展到40 mm。

2012年5月—7月，課題組指導(dǎo)了哈大高鐵鋼軌預(yù)打磨，哈大高鐵鋪設(shè)60軌，打磨目標(biāo)廓形為設(shè)計(jì)廓形60D，針對(duì)北京局GMC-96B型和廣鐵集團(tuán)公司GMC-96X型鋼軌打磨車進(jìn)行了打磨程序調(diào)試，分別獲得了預(yù)打磨工藝，打磨遍數(shù)均為2遍，5月—7月間按設(shè)計(jì)廓形60D進(jìn)行了全線預(yù)打磨，運(yùn)營(yíng)后每年進(jìn)行1次觀測(cè)。

哈大高鐵預(yù)打磨后于2012年12月1日開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)廓形60D進(jìn)行預(yù)打磨的上行K332～K366地段2014年11月使用快速打磨車進(jìn)行了均勻性打磨，2017年9月后進(jìn)行了第一次預(yù)防性打磨，上行K332～K366地段預(yù)打磨至預(yù)防性打磨期間沒(méi)有發(fā)生動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警、晃車和抖車現(xiàn)象。

圖2為2012年5月和2017年7月測(cè)試的哈大高鐵下行K365+900位置鋼軌廓形和宏觀形貌。測(cè)試結(jié)果表明：(1)哈大高鐵鋼軌預(yù)打磨廓形與設(shè)計(jì)廓形60D吻合，豎向偏差滿足標(biāo)準(zhǔn)[9]要求；(2)經(jīng)過(guò)4年零8個(gè)月時(shí)間運(yùn)營(yíng)，哈大高鐵鋼軌實(shí)測(cè)廓形趨向60軌標(biāo)準(zhǔn)廓形，在輪軌接觸區(qū)域?qū)崪y(cè)廓形與60軌標(biāo)準(zhǔn)廓形豎向偏差在0.2 mm內(nèi)；(3)鋼軌宏觀上沒(méi)有疲勞裂紋、波磨等傷損，鋼軌光帶寬度由預(yù)打磨后23 mm發(fā)展到39 mm。

圖2 哈大高鐵下行K365+900鋼軌廓形與設(shè)計(jì)廓形60D及60軌標(biāo)準(zhǔn)廓形比較及宏觀形貌

2014年上半年課題組指導(dǎo)了京滬高鐵北京局管內(nèi)線路鋼軌修理性打磨，打磨目標(biāo)廓形為設(shè)計(jì)廓形60D。2014年打磨后至2019年7月(2019年打磨一半線路，另一半線路2020年打磨)進(jìn)行第一次京滬高鐵北京局管內(nèi)鋼軌預(yù)防性打磨，期間沒(méi)有發(fā)生動(dòng)車組構(gòu)架橫向加速度報(bào)警、晃車和抖車現(xiàn)象。2014年3月和2019年5月對(duì)京滬高鐵下行K209+900進(jìn)行的鋼軌實(shí)測(cè)廓形與設(shè)計(jì)廓形60D及60軌標(biāo)準(zhǔn)廓形比較如圖3所示。測(cè)試結(jié)果表明：(1)2014年3月進(jìn)行的京滬高鐵鋼軌修理性打磨廓形與設(shè)計(jì)廓形60D吻合，豎向偏差滿足標(biāo)準(zhǔn)[9]要求；(2)經(jīng)過(guò)5年零4個(gè)月時(shí)間運(yùn)營(yíng)，京滬高鐵鋼軌實(shí)測(cè)廓形趨向60軌標(biāo)準(zhǔn)廓形，在輪軌接觸區(qū)域?qū)崪y(cè)廓形與60軌標(biāo)準(zhǔn)廓形豎向偏差在0.4 mm內(nèi)；(3)鋼軌宏觀上沒(méi)有疲勞裂紋、波磨等傷損，鋼軌光帶寬度由預(yù)打磨后23 mm發(fā)展到39 mm。

圖3 京滬高鐵下行K209+900鋼軌廓形與設(shè)計(jì)廓形60D及60軌標(biāo)準(zhǔn)廓形比較

2 60N鋼軌按60N標(biāo)準(zhǔn)廓形預(yù)打磨后軌頭廓形和光帶變化

2012年9月，課題組指導(dǎo)了京石高鐵下行K63+368～K78+368鋪設(shè)60N鋼軌預(yù)打磨，打磨目標(biāo)廓形為60N鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形，打磨遍數(shù)為1～2遍，其中，K63+368～K64+616打磨1遍，K64+616～K74+616打磨2遍。

2012年9月和2017年6月對(duì)京石高鐵下行K65+200進(jìn)行的鋼軌實(shí)測(cè)廓形與60N及60軌標(biāo)準(zhǔn)廓形比較見(jiàn)圖4，測(cè)試結(jié)果表明：(1)2012年9月進(jìn)行的京石高鐵鋼軌預(yù)打磨廓形與60N吻合，豎向偏差滿足標(biāo)準(zhǔn)[9]要求；(2)經(jīng)過(guò)4年半時(shí)間運(yùn)營(yíng)，60N鋼軌實(shí)測(cè)廓形在輪軌接觸區(qū)域趨向60軌標(biāo)準(zhǔn)廓形，在軌角區(qū)域仍趨向60N鋼軌標(biāo)準(zhǔn)廓形，在輪軌接觸區(qū)域?qū)崪y(cè)廓形與60軌標(biāo)準(zhǔn)廓形豎向偏差在0.4 mm內(nèi)；(3)鋼軌宏觀上沒(méi)有疲勞裂紋、波磨等傷損，鋼軌光帶寬度由預(yù)打磨后20 mm發(fā)展到36 mm。

圖4 京石高鐵下行K65+200鋼軌廓形與60N及60軌標(biāo)準(zhǔn)廓形比較及鋼軌宏觀形貌

3 高速鐵路鋼軌廓形變化及磨耗測(cè)試

比較鋼軌廓形變化方法是：先后兩次測(cè)試同一位置鋼軌廓形，采用未磨耗區(qū)域重合比較廓形的變化，圖5為2014年5月—2019年5月京滬高鐵下行K209+900左股和2013年7月—2017年6月京石高鐵上行K65+200右股鋼軌廓形比對(duì)情況，從圖5中可以看出，打磨后因?yàn)檩嗆壞ズ脑斐?019年實(shí)測(cè)的京滬高鐵下行K209+900左股、2017年實(shí)測(cè)的京石高鐵上行K65+200右股輪軌接觸區(qū)域鋼軌廓形分別較2014年、2013年有所降低，其他區(qū)域完全重合。測(cè)試表明：相鄰兩次打磨期間，高速鐵路鋼軌廓形改變來(lái)自于輪軌接觸區(qū)域磨耗，輪軌接觸區(qū)域發(fā)生磨耗導(dǎo)致該區(qū)域鋼軌廓形降低，其他區(qū)域廓形不變，宏觀上沒(méi)有發(fā)生塑性變形。

圖5 京滬高鐵和京石高鐵鋼軌廓形比對(duì)情況

京滬高鐵下行K209+900位置位于滄州西站最外端道岔約300 m處，2014年3月修理性打磨后至2019年5月間沒(méi)有進(jìn)行打磨作業(yè)，5年間鋼軌軌頂中心最大自然磨耗量為0.38～0.50 mm(表1)，平均自然磨耗量約為0.45 mm，每年自然磨耗量為0.08～0.1 mm，平均每年自然磨耗量約為0.09 mm。

京滬高鐵K62+500地段，鋼軌預(yù)打磨后2011年7月至2018年5月(6年零10個(gè)月)鋼軌自然磨耗量為0.45～0.80 mm(表1)，平均值為0.58 mm，每年磨耗量為0.07～0.12 mm，平均每年自然磨耗量約為0.09 mm。

表1 京滬高鐵鋼軌自然磨耗量

京石高鐵K64+800及K65+200地段，上行按設(shè)計(jì)廓形60D進(jìn)行鋼軌預(yù)打磨后，2012年12月至2017年6月(4.5年)鋼軌平均自然磨耗量為0.28 mm(表2)，每年自然磨耗量約為0.06 mm；京石高鐵下行60N鋼軌按60N標(biāo)準(zhǔn)廓形預(yù)打磨后，2012年12月至2017年6月(4.5年)鋼軌平均自然磨耗量為0.45 mm(表2)，每年自然磨耗量約為0.07 mm。

京滬高鐵和京石高鐵鋼軌磨耗分析結(jié)果與文獻(xiàn)[13]測(cè)試分析結(jié)果基本相同。

本文測(cè)試的磨耗僅在高速鐵路直線地段。測(cè)試表明：(1)按設(shè)計(jì)廓形60D打磨，京滬和京石高鐵鋼軌平均每年自然磨耗量分別約為0.09 mm和0.06 mm；(2)按60N廓形打磨，京石高鐵鋼軌平均每年自然磨耗量約為0.07 mm。

表2 京石高鐵鋼軌預(yù)打磨后4.5年鋼軌自然磨耗量

4 60軌和60N鋼軌預(yù)打磨后硬度變化

由于硬度檢測(cè)方法簡(jiǎn)便易行，便攜式硬度計(jì)攜帶方便，容易操作，經(jīng)過(guò)校核的便攜式硬度計(jì)檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，且不損傷測(cè)試設(shè)備，金屬材料硬度與強(qiáng)度密切相關(guān)[14]，因此，通過(guò)測(cè)試鋼軌硬度間接測(cè)試鋼軌強(qiáng)度，分析鋼軌硬度變化推算鋼軌強(qiáng)度變化。

2011年至2018年多次進(jìn)行我國(guó)高鐵鋼軌母材硬度測(cè)試，每次測(cè)試前均對(duì)硬度計(jì)進(jìn)行校核，滿足測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求才進(jìn)行測(cè)試。每次至少測(cè)試5個(gè)點(diǎn)，測(cè)試間距大于200 mm，測(cè)試區(qū)域?yàn)殇撥壧っ嬷行?。京石高鐵和京滬高鐵鋼軌中心區(qū)域布氏硬度測(cè)試情況見(jiàn)表3，京石高鐵和京滬高鐵均鋪設(shè)U71MnG鋼軌，新鋼軌布氏硬度范圍與文獻(xiàn)[15]測(cè)試結(jié)果相同，為260～300HB，均值約為280HB。分析表3布氏硬度數(shù)據(jù)：鋼軌上道后U71Mn鋼軌布氏硬度在257～298HB之間，均值為276HB；京石高鐵上行K64+800及K65+200同一位置測(cè)試鋼軌硬度均值271～276HB，4年上升不足1.9%，綜合京滬高鐵不同位置硬度隨時(shí)間增長(zhǎng)有升有降情況，并考慮硬度計(jì)測(cè)試誤差，可以認(rèn)為鋼軌硬度基本保持不變；打磨后測(cè)試硬度雖然有小幅度下降(均值4%內(nèi))與打磨后造成鋼軌表面粗糙導(dǎo)致測(cè)試值降低有關(guān)。

綜上所述：(1)京石和京滬高鐵U71MnG鋼軌布氏硬度在257～298HB間，均值約為276HB；(2)鋼軌母材硬度基本保持不變，基本沒(méi)有發(fā)生循環(huán)硬化現(xiàn)象。

表3 京石和京滬高鐵鋼軌中心區(qū)域布氏硬度

5 京石高鐵鋼軌焊接接頭平直度變化

鋼軌預(yù)防性打磨作用除恢復(fù)鋼軌廓形和預(yù)防疲勞傷損外，還需保持線路鋼軌平順，預(yù)防鋼軌波磨，確保線路鋼軌平順性滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。研究表明，正常情況下我國(guó)高速鐵路直線和大半徑曲線鋼軌不會(huì)發(fā)生波磨[16]。在焊接接頭中平順性較差的是移動(dòng)焊接接頭。

在2015年和2017年間，使用便攜式電子平直尺進(jìn)行了京石高鐵移動(dòng)接觸焊焊接接頭平直度測(cè)試，選擇測(cè)試的34個(gè)焊接接頭進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(圖6)，兩年期間焊接接頭高點(diǎn)變化平均值為-0.006 mm，一年焊接接頭高點(diǎn)變化平均值位-0.003 mm。因此，焊接接頭高點(diǎn)基本保持不變。

圖6 2015年和2017年測(cè)試京石高鐵K36+006～K41+935地段移動(dòng)焊接接頭平直度比較

6 高速鐵路鋼軌預(yù)防性打磨周期

在打磨技術(shù)層面上，鋼軌打磨周期一般以通過(guò)總質(zhì)量指標(biāo)給出；在計(jì)劃管理方面，鋼軌打磨周期以年為單位制定打磨計(jì)劃；在鋼軌狀態(tài)方面，以光帶寬度(或廓形偏差)為依據(jù)決定是否進(jìn)行預(yù)防性打磨。

我國(guó)高速鐵路運(yùn)行的動(dòng)車組軸重僅為14～17 t，高速鐵路線路鋼軌所受的輪軌接觸應(yīng)力較小，京石高鐵和京滬高鐵鋼軌硬度測(cè)試表明，鋼軌基本沒(méi)有發(fā)生循環(huán)硬化現(xiàn)象；分析高速鐵路鋼軌廓形變化規(guī)律表明，鋼軌廓形改變來(lái)自于輪軌接觸區(qū)域磨耗，輪軌磨耗導(dǎo)致輪軌接觸區(qū)域鋼軌廓形降低，其他區(qū)域廓形不變，宏觀上沒(méi)有發(fā)生塑性變形，因此，直線和大半徑曲線地段鋼軌疲勞問(wèn)題不是控制預(yù)防性鋼軌打磨周期的因素。

分析鋼軌焊接接頭變化表明，鋼軌焊接接頭高點(diǎn)基本不變，正常情況下我國(guó)高速鐵路直線和大半徑曲線鋼軌不會(huì)發(fā)生波磨[16]，因此，直線和大半徑曲線地段鋼軌焊接接頭平順性及鋼軌波磨問(wèn)題也不是控制預(yù)防性鋼軌打磨周期的因素。

控制預(yù)防性打磨周期因素主要是輪軌關(guān)系，通過(guò)鋼軌周期性預(yù)防性打磨避免動(dòng)車組出現(xiàn)異常振動(dòng)。在動(dòng)車組車輪鏇修周期內(nèi)，車輪發(fā)生一定范圍的凹磨，只要保持鋼軌廓形在合理范圍，確保等效錐度在0.08～0.35范圍內(nèi)，就可以避免動(dòng)車組出現(xiàn)異常振動(dòng)[6，8]。按目標(biāo)廓形60D和60N對(duì)鋼軌進(jìn)行打磨，當(dāng)鋼軌廓形接近60軌廓形或光帶寬度達(dá)到40～45 mm以上時(shí)動(dòng)車組易發(fā)生構(gòu)架橫向加速度報(bào)警[6，8]。課題組跟蹤的京石高鐵預(yù)打磨至第一次預(yù)防性打磨時(shí)間約為4.5～5.5年，按2018年京石高鐵年通過(guò)總質(zhì)量約20 Mt計(jì)算，對(duì)應(yīng)累計(jì)通過(guò)總質(zhì)量為90～110 Mt；京滬高鐵2014年修理性打磨至第一次預(yù)防性打磨時(shí)間為5.5～6.5年，按2018年京滬高鐵北京局管段年通過(guò)總質(zhì)量30 Mt計(jì)算，對(duì)應(yīng)累計(jì)通過(guò)總質(zhì)量165～195 Mt；哈大高鐵上行K332～K366地段預(yù)打磨至第一次預(yù)防性打磨時(shí)間也達(dá)到了4.8年，按2018年的年通過(guò)總質(zhì)量12 Mt計(jì)算，對(duì)應(yīng)累計(jì)通過(guò)總質(zhì)量約60 Mt；根據(jù)哈大、京石、京滬高鐵打磨試驗(yàn)結(jié)果，按打磨年限預(yù)防性打磨周期為4.5～6.5年，取較小整年4年作為預(yù)防性打磨周期。根據(jù)哈大、京石和京滬高鐵預(yù)防性打磨實(shí)踐，考慮到我國(guó)高鐵線路較多，鋼軌打磨質(zhì)量水平參差不齊，廓形控制的差異，按較小的通過(guò)總質(zhì)量作為預(yù)防性打磨指標(biāo)，提出預(yù)防性打磨周期按通過(guò)總質(zhì)量為60～90 Mt。根據(jù)哈大、京石、京滬等高鐵發(fā)生動(dòng)車組異常振動(dòng)[4，6-8]情況，反映鋼軌廓形的光帶寬度可作為預(yù)防性打磨狀態(tài)修指標(biāo)，針對(duì)哈大、京石、京滬等高鐵第一次預(yù)防性打磨時(shí)鋼軌光帶寬度為36～40 mm，提出僅運(yùn)行動(dòng)車組的線路，鋼軌光帶寬度日常應(yīng)保持在20～40 mm范圍，并且寬度均勻，直線區(qū)段鋼軌光帶寬度達(dá)到35 mm制定年度打磨計(jì)劃，光帶寬度達(dá)到40 mm應(yīng)及時(shí)進(jìn)行鋼軌預(yù)防性打磨。我國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程逐漸增加，2020年底，運(yùn)營(yíng)里程已經(jīng)達(dá)到3.8萬(wàn)km，而各局打磨車并沒(méi)有同步增加，按“每30～50 Mt通過(guò)總質(zhì)量進(jìn)行一次鋼軌預(yù)防性打磨，一般不宜超過(guò)2年”[10-11]的預(yù)防性打磨周期進(jìn)行打磨不僅不現(xiàn)實(shí)，而且沒(méi)有必要，同時(shí)造成打磨資源浪費(fèi)。

根據(jù)輪軌關(guān)系、大機(jī)打磨能力研究結(jié)果，并結(jié)合我國(guó)高速鐵路鋼軌打磨實(shí)踐，提出我國(guó)高速鐵路預(yù)防性打磨周期為：已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的高速鐵路，鋼軌預(yù)防性打磨周期按通過(guò)總質(zhì)量和鋼軌運(yùn)用狀態(tài)確定；原則上每60～90 Mt通過(guò)總質(zhì)量進(jìn)行一次鋼軌預(yù)防性打磨，年通過(guò)總質(zhì)量15 Mt以上線路一般不宜超過(guò)4年；僅運(yùn)行動(dòng)車組的線路，鋼軌光帶寬度日常應(yīng)保持在20～40 mm范圍，并且寬度均勻。直線區(qū)段鋼軌光帶寬度達(dá)到35 mm制定年度打磨計(jì)劃，光帶寬度達(dá)到40 mm應(yīng)及時(shí)進(jìn)行鋼軌預(yù)防性打磨。

按60D或60N目標(biāo)廓形打磨線路鋼軌，并滿足《高速鐵路鋼軌與道岔大型機(jī)械打磨驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》，將“每30～50 Mt通過(guò)總質(zhì)量進(jìn)行一次鋼軌預(yù)防性打磨，一般不宜超過(guò)2年”的預(yù)防性打磨周期提高到“每60～90 Mt通過(guò)總質(zhì)量進(jìn)行一次鋼軌預(yù)防性打磨，年通過(guò)總質(zhì)量15 Mt以上線路一般不宜超過(guò)4年”提高經(jīng)濟(jì)效益1～2倍，同時(shí)節(jié)約大量“天窗點(diǎn)”，極大減輕打磨工作人員晚間上線時(shí)間和打磨對(duì)周圍環(huán)境污染，具有極大的社會(huì)效益。

7 結(jié)論

本文針對(duì)我國(guó)高速鐵路鋼軌預(yù)防性打磨周期問(wèn)題，全面測(cè)試和分析了按60D和60N目標(biāo)廓形進(jìn)行打磨后廓形變化規(guī)律、鋼軌光帶變化、軌頂中心區(qū)域母材硬度變化、鋼軌焊接接頭高點(diǎn)變化，獲得了鋼軌廓形、磨耗、硬度及焊接接頭高點(diǎn)變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)高速鐵路輪軌關(guān)系研究成果、高速鐵路路情及鋼軌打磨實(shí)踐提出了我國(guó)高速鐵路鋼軌預(yù)防性打磨周期。得到如下主要結(jié)論。

(1)按目標(biāo)廓形60D或60N進(jìn)行打磨的線路鋼軌經(jīng)過(guò)4.5～6.5年時(shí)間運(yùn)營(yíng)，鋼軌實(shí)測(cè)廓形趨向60軌標(biāo)準(zhǔn)廓形；按目標(biāo)廓形60D打磨后光帶寬度從22～23 mm發(fā)展到39～40 mm，按目標(biāo)廓形60N打磨后光帶寬度從20 mm發(fā)展到36 mm。

(2)相鄰兩次打磨期間，只運(yùn)行動(dòng)車組高速鐵路鋼軌廓形改變來(lái)自于輪軌接觸區(qū)域磨耗，非輪軌接觸區(qū)域廓形不變，宏觀上沒(méi)有發(fā)生塑性變形，也沒(méi)有疲勞裂紋傷損。京滬高鐵和京石高鐵鋼軌平均每年自然磨耗量分別為0.09 mm和0.06～0.07 mm。

(3)京石高鐵和京滬高鐵U71Mn鋼軌布氏硬度在257～298HB之間，均值約為276HB；鋼軌母材硬度基本保持不變，基本沒(méi)有發(fā)生循環(huán)硬化現(xiàn)象。

(4)京石高鐵預(yù)打磨后至預(yù)防性打磨前，焊接接頭高點(diǎn)基本保持不變。

(5)提出我國(guó)高速鐵路鋼軌預(yù)防性打磨周期為：鋼軌預(yù)防性打磨周期按通過(guò)總質(zhì)量和鋼軌運(yùn)用狀態(tài)確定。原則上每60～90 Mt通過(guò)總質(zhì)量進(jìn)行一次鋼軌預(yù)防性打磨，年通過(guò)總質(zhì)量15 Mt以上線路一般不宜超過(guò)4年，僅運(yùn)行動(dòng)車組的線路，鋼軌光帶寬度達(dá)到40 mm應(yīng)及時(shí)進(jìn)行鋼軌預(yù)防性打磨。