軌道交通開通運營之后,鋼軌就長期處于惡劣的環(huán)境中,由于列車的動力作用、自然環(huán)境和鋼軌本身質量等原因,鋼軌經(jīng)常會發(fā)生傷損情況,如裂紋、磨耗等現(xiàn)象,造成了鋼軌壽命減少、養(yǎng)護工作量增加、養(yǎng)護成本增加,甚至嚴重影響行車安全。
因此,就必須及時對養(yǎng)路機具鋼軌傷損進行消除或修復,以避免影響軌道交通運行的安全。這些修復措施如鋼軌涂油、鋼軌打磨等,其中鋼軌打磨由于其高效性受到世界各國鐵路的廣泛應用。
有4種類型的鋼軌打磨策略:
1)養(yǎng)路機具矯正性打磨(缺陷打磨)
該打磨策略的主要目的是消除或減少在線鋼軌的缺陷,一般采用積極打磨的工序,預先設計好打磨量(0.5mm到4-6mm之間),并且,作業(yè)間隔相對較長,通常由缺陷的嚴重程度來決定。
矯正性打磨并不是非常經(jīng)濟,主要是因為需要除去鋼軌表面的大量金屬,還要求使用大量的打磨過程,減少了鋼軌的潛在使用壽命。但是,為了確保鋼軌不會在短期內失效,矯正性打磨是非常必要的,特別是在更換鋼軌的預算較為緊張的時期。不過這種條件的鋼軌可能會導致列車限速。
2)養(yǎng)路機具過渡性打磨
該打磨策略是鋼軌長期使用策略(3~6年),目的是將矯正性打磨制度轉變成預防性或者周期性的打磨制度。這種策略需要經(jīng)歷數(shù)次打磨周期,特別是鋼軌不是很規(guī)范地養(yǎng)護的時候。然而,從預防性打磨或周期性打磨策略的成本效果來看,過渡性打磨是一個較好的選擇,可以保證有限資源的合理利用。
過渡性打磨策略的作用必須具有:
a)減少某種鋼軌傷損的嚴重性,如鋼軌波磨和滾動接觸疲勞;
b)實現(xiàn)預期的鋼軌斷面形狀,從而減少傷損的發(fā)展率;
c)逐步實現(xiàn)最佳的鋼軌斷面形狀。
過渡性打磨移除的鋼軌金屬量要少于矯正性打磨,例如,打磨量在0.3mm~1.0mm之間,且每個打磨周期的鋼軌打磨量均逐步減少。
3)養(yǎng)路機具預防性打磨或周期性打磨
由于主要的鋼軌表面缺陷已經(jīng)被矯正性打磨或過渡性打磨所消除,接下來,就可以執(zhí)行預防性打磨。這種打磨策略的目的是消除或控制鋼軌表面缺陷、保證鋼軌表面狀態(tài)和良好的外形。通常需要移除少量金屬(0.2~0.3mm),且打磨時期更為頻繁或可控。
預防性打磨非常經(jīng)濟,特別是只需要去除少量金屬,減少了打磨工具的使用量,最大化地延長了鋼軌的使用壽命。
打磨周期依靠影響鋼軌惡化率的因素:
a)通過噸數(shù);
b)主要列車類型及貨物類型,即靜輪載和動輪載;
c)鋼軌類型;
d)軌道特征,特別是曲線曲率、超高、鋼軌支承條件;
e)運營特征,特別是運行速度。
4)特殊性打磨
這種打磨策略是為實現(xiàn)上述三種目的之外的某種特殊目的而進行的打磨。例如:
a)實現(xiàn)特殊的鋼軌斷面形狀,通過打磨量超過鋼軌頭部允許磨耗限度,從而延長鋼軌短期使用壽命。例如,當輪/軌接觸區(qū)接近20~30mm寬時,接觸區(qū)過于集中,可以采用這種打磨策略移除車輪和鋼軌的相應金屬量,并打磨鋼軌軌距內側面。鋼軌打磨量必須與通過線路的主要列車車輪斷面相配合。
b)實現(xiàn)特殊的鋼軌斷面形狀從而減少車輪懸空的概率。經(jīng)過這種打磨策略,為了將鋼軌接觸區(qū)沿車輪踏面橫移,可以沿著軌道線路的方向將鋼軌斷面形狀進行變化。如輪軌接觸區(qū)寬度為20~30mm,經(jīng)過數(shù)公里后,輪軌接觸區(qū)可能從鋼軌頭部中間移至靠近軌距內側面。
c)實現(xiàn)一個非常平滑的鋼軌接觸表面,從而減少輪軌接觸區(qū)噪音的發(fā)生。這種打磨策略在高速線路和城市軌道交通線路上的應用越來越普遍。經(jīng)過特殊打磨工序,鋼軌表面的粗糙度少于12.5μmRA,但最好的鋼軌表面粗糙度是4~6μmRA,這時的最大鋼軌打磨寬度為4~6mm。這種作業(yè)情況下,鋼軌類型尤為重要,因為對于低硬度的鋼軌,打磨的效果很快會被車輪所清除,而高硬度的鋼軌,打磨效果會保持相當長的一段時間。