鋼軌打磨的作用以及具體打磨原理是啥？

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高鐵軌道通車前需要進行打磨車打磨，這有什麼作用？

高鐵通車前對鋼軌進行打磨，這種打磨策略稱之為預打磨，不僅是高鐵，一般新線建成之後，運營之前都需對鋼軌進行打磨，其目的是為了去除鋼軌軋制的瘢痕、脫碳層、鋼軌對接處的焊點以及提高表面粗糙度，最終目的是消除鋼軌表面不良痕迹，防止這些缺陷的進一步發展，提高鋼軌使用壽命。

除了預打磨，鋼軌打磨策略還分預防性打磨，維護性打磨（也叫保養性打磨）和修理性打磨（也叫校正性打磨）。

說到鋼軌打磨，就不得不先說說鋼軌病害。我們都知道高鐵、動車、地鐵等機車都是沒有方向盤的，司機無需操作方向，完全是通過鋼軌來引導車輛運行，所以鋼軌承載著來自車輪的巨大壓力和衝擊力。

在極其複雜的工作條件下，不可避免的會產生各種損傷，有在冶煉過程中出現的缺陷，也有在運輸，建設及使用過程中出現的損傷。常見的損傷有鋼軌磨耗：包括垂直磨耗、側面磨耗、波浪形磨耗（簡稱波磨）；接觸疲勞傷損：包括軌頭裂紋、隱傷、剝離；還有肥邊以及鋼軌擦傷等。部分鋼軌損傷見下圖：

側磨

波磨

隱傷

裂紋

肥邊

擦傷

所有這些都是「病」，它們會增加輪軌噪音，加快車輛部件和軌道部件的惡化率，加劇鋼軌病害的進一步擴展。主要原因是它們破壞了鋼軌的最佳輪廓形狀，改變了輪軌接觸狀態。什麼是最佳廓形？如下圖，當列車在直線或大半徑曲線上運行時，車輪踏面與鋼軌軌頭區域B接觸，此狀態下是接觸應力，橫向蠕滑力最小的時候；當輪緣緊貼鋼軌軌距角部位時，即圖中區域C時，形成共形接觸時，接觸應力最小。是病就得治，辦法就是對其進行外科手術-鋼軌打磨。鋼軌打磨實際就是對鋼軌表面進行切削，去除病害，恢復鋼軌到最佳廓形。

輪軌接觸功能區

兩點接觸單點接觸共形接觸

鋼軌軌頭輪廓類似一個圓弧形狀，但實際打磨（砂輪式打磨）是將軌頭按角度來劃分為不同的區域，即將軌頭輪廓看成是由角度劃分的線段組成，需要打磨的位置對應的就是某一個角度。

所以打磨設備通過控制磨頭偏轉角度來指定打磨鋼軌的不同部位，如下圖所示鋼軌打磨頭的偏轉最大角度範圍。

顯然，鋼軌傷損越嚴重，則需打磨切削的量越大，作業量越大，難度越大，鋼軌壽命減少。故修復性打磨和修理性打磨好比是「治病」，而最好方式是預防鋼軌「生病」，即定期的預防性打磨，將損傷完全消滅在萌髮狀態。下圖顯示的是初始裂紋特徵與裂紋擴展，塑性流動層的厚度一般為0.2mm。所以，預防性打磨無需很大的鋼軌切削量，一般在0.1-0.2mm之間。這樣不需要太大的切削量就能起到延長鋼軌壽命的作用，是最經濟有效的辦法。

據資料介紹，定期預防性打磨的鋼軌可延長壽命5-8年，改善列車的運行，保持旅客舒適度，減少蛇形運動，減少噪音，降低能耗，減少機車部件和軌道的維修成本，帶來的是經濟和社會效益。下圖顯示的是預防性打磨和修復性打磨對鋼軌壽命的影響，黃色線表示的是預防性打磨，每打磨一次就會延緩損傷發展的速度，提高鋼軌壽命，並且在微小裂紋不超過0.2mm的時候進行預防性打磨，是阻斷鋼軌加速破壞趨勢的最佳時機。

接下來要說的就是鋼軌打磨的實現方式，主要有三種：滑靴式打磨，砂輪式打磨和銑磨。

滑靴式打磨是通過將磨石壓在鋼軌上進行往複式的運動而將鋼軌表面層磨去，這種打磨方式只能縱向打磨軌頭，不能調整鋼軌軌廓，也不能打磨道岔，因此這種打磨方式已經逐步淘汰，且打磨速度較低。

砂輪式打磨通常是採用電機或液壓馬達驅動的高速旋轉砂輪對鋼軌進行磨削，這是一種主動性地打磨，是目前主要的打磨方式，通過縱向和橫向打磨鋼軌。還有一種被動性打磨，砂輪位置與列車行駛方向傾斜一定角度，通過動力牽引車的高速運行帶動砂輪在鋼軌上高速旋轉，砂輪與鋼軌之間產生的相對運動達到所需的材料磨削速度，對鋼軌行駛邊緣到行駛面的整個軌頭進行打磨，這種打磨方式因為打磨速度快，故被稱之為鋼軌高速打磨。