钢轨打磨技术

钢轨打磨技术2020年2月6日2•主要内容•1.钢轨打磨分类•2.钢轨预打磨的作用•3.钢轨预打磨参数•4.钢轨预打磨程序•5.高速铁路钢轨的打磨l•附件：客运专线钢轨预打磨规范（草案）2020年2月6日31.钢轨打磨分类2020年2月6日4•钢轨修理性打磨：打磨速度低，反复进行，基本去除钢轨表面伤损或波磨，不能去除深度裂纹。•钢轨预防性的渐进打磨：从修理性打磨渐进过渡到预防性打磨。2020年2月6日5钢轨打磨的分类•钢轨预打磨：开通运行前对新钢轨的打磨；•钢轨预防性打磨：•一次快速打磨，完全去除包含微裂纹的薄层，同时，形成或保持理想的轮廓。2020年2月6日62.钢轨预打磨的作用2020年2月6日7钢轨预打磨的作用：•1）形成适合轮轨接触的轨头形面；•2）去除钢轨表面脱碳层；•3）去除因施工造成的轨面伤损；•4）提高轨道平顺性，与焊接接头轨面浑然一体；•5）预打磨后车轮走行光带必须居中。2020年2月6日83.钢轨预打磨参数2020年2月6日91)钢轨预打磨廓面的设计•由于我国铁路轨底坡明显偏小（1：40），新钢轨铺设上道与车轮未磨合时，直线钢轨车轮走形光带在距离轨距侧10～30mm范围内（轨面R80起点至R300约5mm），曲线钢轨上股光带则更趋近轨距角，如图1和图2所示。钢轨上道后未磨合时相应的廓面如图3所示。2020年2月6日10•图1西环线直线区段轮轨接触光带(2007年4月开通，2008年1月测量)2020年2月6日11图2西环线曲线区段（R2000m）轮轨接触光带(2007年4月开通，2008年1月测量)2020年2月6日12图3西环线直线区段钢轨廓面（未打磨，2007年4月开通，2008年1月测量）2020年2月6日13•当钢轨较软、列车轮重较大时，随着车轮的不断滚动碾压钢轨轨面被磨损，光带逐渐变宽至整个轨面，轮轨通过自然磨损而磨合，逐渐形成共形接触，见图4。2020年2月6日14图4U71Mn钢轨磨合后的轨面状态（成渝线铺设的U71Mn钢轨运行1年半后的光带）2020年2月6日15•而当钢轨较硬、轮重较小，又未能及时进行大机打磨时，轮轨接触长期在轨距侧，会导致在该部位形成滚动接触疲劳伤损（RCF），见图5～图10所示。轮轨磨合后的廓面情况如图11和图6-12所示。2020年2月6日16图5广深准高速铁路下行线k14+600曲线上股轨面裂纹（PD3钢轨）2020年2月6日17图6既有线插入钢轨的光带2020年2月6日18图7既有线钢轨在轨距角处接触产生鱼鳞裂纹2020年2月6日19图8既有线钢轨在轨距角部位产生剥离掉块2020年2月6日20图9浙赣线鹰潭工务段朱家坎铺设的进口奥钢联热处理钢轨使用约4亿吨后在轨顶面R80部位出现严重的滚动接触疲劳伤损而下道2020年2月6日21图10铺设在直线上的热处理钢轨由于轮轨长期难以磨合，在轨距角部位形成疲劳裂纹2020年2月6日22图11K36+700准高速上行线上股U71Mn钢轨廓面（2004年8月更换，2006年12月测量，表面光洁，轮轨已磨合，无RCF）2020年2月6日23图12秦沈线k59+250上行左股进口轨（检测时间2006.10，轮轨已磨合）2020年2月6日24•因此，钢轨预打磨形面应按图13进行设计。2020年2月6日25钢轨光带居中,宽度35mm钢轨光带居中,宽度25mm图13-1钢轨预打磨廓面(1)图13-2钢轨预打磨廓面(2)2020年2月6日26•2)钢轨预打磨深度•目前客运专线钢轨的脱碳层深度多数小于0.3mm，个别为0.3～0.5mm，其中全脱碳的深度约为0.1～0.2mm，见图14。2020年2月6日27图14-1踏面脱碳层深度0.4mm全脱碳层深度约0.2mm图14-2轨角脱碳层深度0.4mm全脱碳层深度约0.2mm2020年2月6日28•因此，为了减少因表面脱碳引起硬度降低等因素对钢轨使用性能造成的影响，钢轨应进行预打磨。为了去除钢轨轨面的脱碳层，钢轨预打磨的深度在非工作边处应大于0.2mm，轮轨主要接触部位应大于0.3mm。2020年2月6日29•轨道施工中，有时工程车运行会造成轨面碾压、擦伤，需要在正式运行前通过钢轨的预打磨去除这些缺陷。2020年2月6日30•无论是基地闪光焊接头还是现场焊接头，焊接接头的平直度会超出标准规定的要求。•当焊接接头轨顶面平直度大于0.5mm/m时，应先采用仿形打磨车对焊接接头进行局部打磨，而后采用大机打磨，使焊接接头和钢轨母材平直度基本趋于一致，达到标准规定的小于0.2mm/m，以提高轨道的平顺性。2020年2月6日31进行焊接接头仿形打磨时，不应将焊头1m范围的平直度低于轨道钢轨的其他部位；即不能只一味追求焊接接头1m范围达到标准要求，而是应该将焊接接头放在整个轨道中来考虑问题，以免形成1m范围的低接头。2020年2月6日32•3)钢轨预打磨遍数•为了形成预打磨廓面以及保证打磨后轨面的粗糙度，对48磨头的打磨车，通常需要4遍左右，对96磨头的需要2遍左右。2020年2月6日33•4)预打磨轨面粗糙度•法国高速铁路规定，钢轨打磨后的粗糙度要求小于5μm,英国要求小于7μm,，而我国铁路参照欧洲标准规定为小于10μm。2020年2月6日34目前钢轨预打磨存在的问题•目前我国客运专线钢轨预打磨多数按钢轨原始轨头轮廓进行打磨，动车组运行时钢轨光带分布在轨距角。2020年2月6日35•车轮长期在轨距角接触，不仅会造成钢轨提前发生伤损，会加快动车组车轮的磨耗，并形成凹磨。当车轮凹磨发展到一定程度时，在高速运行条件下，会造成动车组横向失稳而产生抖动，影响动车组的运行舒适度，并加快车轮的失效。2020年2月6日36•为了使钢轨预打磨有章可循，特提出客运专线钢轨的预打磨规范，见附件。2020年2月6日374.钢轨打磨程序设计2020年2月6日38非工作边（外侧）工作边（内侧）2020年2月6日39•第一遍重点内侧轨距角（40°~10°）•第二遍内外侧•第三遍轨顶面•根据前三遍情况确定2020年2月6日401.武广PGM-96C型钢轨打磨车参数•打磨遍数2遍。•第1遍：打磨速度：15-16km/h；打磨角度：+10°—+40°，-3°~-10°；打磨功率：50%；•第2遍：抛光。打磨速度：18km/h；打磨角度：-10°—+45°；打磨功率：50%；2020年2月6日41•秦沈线新轨打磨程序•①号打磨模式：角度排列从45°～33°重叠分配24个砂轮，主要目的是增加切削量打磨车轮与钢轨内侧作用边的接触部位。•②号打磨模式：角度排列从44°～22°均匀分配24个砂轮，主要目的是打磨钢轨内侧作用边，并且比对①号打磨模式扩大角度和进行圆顺。2020年2月6日42•③号打磨模式：角度排列从23°～0°均匀分配24个砂轮，主要目的是连接②号打磨模式扩大打磨面积到0°，可根据实际情况减小或增加打磨功率以达到最佳光带效果。2020年2月6日43•④号打磨模式：角度排列从0°～负22°均匀分配24个砂轮，主要目的是连接③号打磨模式完成整个钢轨打磨，以上4种打磨模式打磨后即完成钢轨基本打磨，打磨时打磨速度（12-14km/h），打磨功率(11-13kw)，根据打磨地点钢轨实际情况增减，使其达到最佳打磨效果。2020年2月6日44•⑤号打磨模式：不设固定打磨模式。根据钢轨本身硬度等不同的特殊性，针对钢轨打磨4遍后出现的不圆顺等情况进行第5遍完善性打磨，具体模式根据实际情况有针对性的选择打磨模式，特殊情况可现场临时编排打磨模式进行打磨。•由此可见，秦沈线钢轨打磨，在轨距角R13部位打得较多。2020年2月6日45•5高速铁路钢轨的打磨•高速铁路钢轨的打磨不同于重载铁路，也不同于既有繁忙干线，其作用不同，周期和打磨方式也不同。•对我国高速铁路而言，通过预打磨形成轮轨匹配的合理的钢轨形面后，可以采用轨头全廓面打磨，提高平顺性，减少噪音，其打磨周期可以按通过总重3000~6000万吨1次。每次4~6遍。严格要求表面粗糙度。2020年2月6日46•1)日本高速铁路钢轨的打磨•作用：改善行车条件，延长钢轨使用寿命；减少噪音；•周期：更换钢轨后1年内必须打磨；•住宅密集区1年或3000万吨打磨一次，其次按居民相对密度分为3000万吨~6000万吨打磨1次；•每次打磨4~6遍；每遍0.05~0.10mm;1次打磨进度为4~6公里；2020年2月6日47•2）德国高速铁路钢轨打磨，每4年1次；•3）法国高速铁路钢轨打磨，根据轨面伤损情况决定；2020年2月6日48•附件客运专线钢轨预打磨规范(草案)2020年2月6日49•1总则•钢轨的预打磨是指钢轨铺设后,在线路正式开通运营前对新铺钢轨进行的打磨，其作用是磨去钢轨轨面的脱碳层以及施工中造成的钢轨表面伤损，同时形成要求的打磨廓面，改善轮轨接触状态。•本规范适用于新建时速200公里以上客运专线铁路，既有铁路钢轨的预打磨可参照执行。2020年2月6日50•2钢轨预打磨参数•2.1打磨廓面设计•钢轨预打磨廓面按附图1红线所示，钢轨打磨后，车轮走行光带应严格居中，宽度在20～30mm之间（附图2）。•钢轨打磨深度在轨头非工作边侧应不小于0.2mm，在轮轨主要接触部位应不小于0.3mm。打磨廓面范围在-20°~＋45°（-15°~＋42°）之间（参见附图3）。2020年2月6日51附图1钢轨预打磨轨头廓面附图2打磨后车轮走行光带居中，宽度25～40mm2020年2月6日52•2.2打磨时机•钢轨预打磨应在线路正式开通运营前或开展试验运行前完成。2020年2月6日53•2.3其他参数•预防性打磨遍数可控制在3～4遍以内。•钢轨打磨速度根据打磨列车特性确定，通常采用8～12km/h。2020年2月6日54•3打磨施工要求•3.1打磨施工前应清除道床和轨道边易燃物品，避免打磨施工时引起火灾。•3.2打磨前应对打磨地段影响正常打磨操作尤其是影响轨距角打磨的因素进行调查并预先采取措施，以保证钢轨打磨正常进行。2020年2月6日55•3.3打磨前应对焊接接头轨面平直度进行检查。当焊接接头平直度超过＋0.5mm/m时，应采用仿形打磨设备对焊接接头进行局部打磨。•3.4根据打磨设备，在站场轨道进行打磨参数调整试验，确定打磨廓面达到图1要求后，开始进行正式打磨。2020年2月6日56•4打磨的检验和验收•4.1采用廓面仪对打磨廓面进行检查，确定是否符合打磨廓面设计要求。•4.2采用轨头廓面模板，确定钢轨打磨后车轮走行光带宽度是否在20～30mm之间，光带是否严格居中。2020年2月6日57•4.3打磨后焊头平直度应达到规定要求:轨顶面垂直方向小于等于0.2mm/1m。•4.4打磨面的粗糙度小于10µm。•4.5磨面宽度应达到以下要求：轨距角圆弧R13～R80处≤4mm，R80处≤7mm，R300处≤10mm，从打磨区域向非打磨区域的过渡要平滑无台阶。2020年2月6日58•4.6打磨面宽度的最大变化值在长度100mm范围内不应大于打磨面最大宽度的25％。•4.7钢轨轨面应无连续的发蓝带。•4.81~10公里进行一次检测。如出现不符合项点，则应增加检查密度。