重載鐵路鋼軌的傷損及預防維護對策

張天慶

（烏魯木齊鐵路局烏魯木齊工務段，新疆 烏魯木齊 830000）

摘 要：重載鐵路是當前我國鐵路運輸網路的重要組成部分，在區域物資運輸中扮演著重要的角色。重載鐵路由於車輛通行載荷較大，對於鋼軌整體剛度與穩定性有著更為嚴格的要求，任何細微的傷損問題都可能導致嚴重的鐵路車輛安全事故，因此行業工作者們需要對當前重載鐵路鋼軌的傷損進行深入地研究分析，提出針對性的措施進行預防維護，以此充分排除鋼軌安全隱患，提成車輛的通行效率，為重載鐵路的物資運輸水平提升創造有利條件。

關鍵詞：重載鐵路；鋼軌；傷損；預防維護

（1）頂部擦傷。在重載列車出現速度變化的情況下，軌道與車輪間將出現明顯的摩擦，當摩擦水平超過一定限度的情況下就可能出現頂部擦傷。其中較為嚴重的是重載列車制動過程中的制動過程，在此環節，車輪處於抱死狀態，軌道與車輪間呈現出較高水平的滑動摩擦，通常重載列車的載重水平較高，這種滑動摩擦力的水平也較高，這種劇烈摩擦會造成軌道頂部溫度的急劇上升，高溫使鋼軌頂部材料處於活躍狀態，而在列車的高載荷作用下鋼軌則極易出現塑性變形。另一種情況是重在列車起步階段，由於附著力不足出現的打滑現象，這種打滑同樣會導致明顯的滑動摩擦，當鋼軌溫升超過表面保護層臨近溫度後，會造成鋼軌軟化變形，在殘餘應力、材料熱疲勞等作用的影響下，形成嚴重的鋼軌質量問題。

（2）側向磨損。重載列車在運行過程中，並未在完全平直的軌道和平面上運行的，由於軌道線路起伏、傾斜現象的存在，列車運行過程中，難免出現一些軌道與車輪間的碰撞作用。這種在碰撞過程中存在衝擊力與摩擦力兩種作用效果，均會對鋼軌形成質量影響。重載列車鋼軌側向磨損較為集中的區域通常為局部轉彎區域，兩側鋼軌對列車行駛導向的約束力存在一定的差異，因此鋼軌承受的轉向載荷不同，這種載荷差是形成側向磨損的直接原因。當側向載荷向鋼軌施加的應力作用大於極限值後，就會導致鋼軌側面形成應力形變，這種形變是塑性不可逆的，嚴重影響行車安全。

（3）壓潰。重載鐵路鋼軌壓潰問題主要出現在鋼軌應力集中區域，通常發生在內軌距角處或外側重載點。出現壓潰問題的原因主要包括一下兩個方面：①鋼軌材料選擇不合理，在鋼軌選擇過程中，施工設計人員對於載荷水平的計算出現誤差，導致鋼軌強度選擇不足以支撐實際的行車載荷作用；②軌道曲線超高設計不合理，出現此類問題，是設計人員在軌道設計參數設置時出現偏差，底坡角度選擇不合理，導致重載列車行駛在相應區段內對對軌道施加的應力過大，在超限載荷作用下形成壓潰現象。

（4）脫離掉塊。在重載鐵路鋼軌長期承受過大載荷出現形變問題後，如不及時處理就會在反覆衝擊作用下出現剝離掉塊現象。從軌道鋼材形變過程來看，過大的載荷作用使得鋼軌超過屈服極限，呈現出脆性增加的特徵，材料內部聚合性能明顯下降，部分脆弱部位在行車衝擊作用下就會脫離本體。重載鐵路鋼軌脫離掉塊問題，主要發生在鋼軌連接位置，焊料、連接元件在整體塑性特徵上的差異，導致了同等載荷作用下鋼軌結構內部不同應力的特徵，因此容易出現脫離掉塊現象。

（5）斷裂。重載鐵路鋼軌斷裂問題，主要是由應力疲勞導致的，在前期列車通行形成的頂面、側向摩擦作用下，鋼軌會出現一定的疲勞裂紋。在未採取有效處理措施的情況下，這些裂紋進一步擴大，最終出現斷裂現象。出現鋼軌斷裂問題的主要原因，是鋼軌與車輪間摩擦作用施加的金屬相變作用，這種金屬相變直接導致鋼軌內部的馬氏體增多，結構脆性壓裂問題。同時，部分鋼軌質量不合格，也是導致出現斷裂問題的重要原因，部分鋼軌在鍛造過程中由於工藝控制不理想，存在內部雜質較多、材料不均勻等問題，使用這些鋼軌極易出現斷裂問題。

（6）長短波磨損。軌枕的間隔支撐，使鋼軌的支撐剛度並不均衡，並呈現出周期性，在短期內長短波磨損不會呈現出來，但是隨著重載列車通過次數的增加，會逐漸地顯現周期性的波形磨損。根據列車車輪作波動運動對鋼軌磨磨損的影響的分析，可以看出列車輪作蛇形運動，車體由於蛇形運動的必然會產生車輪周期性與鋼軌內側和外側接觸，但是接觸面的切線與導向力方向並不平行，出現一定的接觸角，會產生嚴重的周期性磨損，也就是短波磨損，嚴重的會出現鋼軌的塑性變形。

（1）減少鋼軌側磨。隨著當前列車行駛速度的不斷提升，在經過轉完曲線位置時，車輛與鋼軌間的沖角較大，側向磨擦問題較為突出。針對此類問題，應對重載鐵路鋼軌進行欠超高水平進行合理的設置，通過前期車輛行駛測速結構確定鋼軌平衡超高水平，同時將欠超高設置在10%～15%的水平範圍之內。同時，使用有效的軌道潤滑措施，通過固體潤滑等技術降低鋼軌磨損限制軌剝離掉塊問題的出現。從鋼軌材料強度的角度考慮，應結合重載鐵路鋼軌側磨現狀，研製強度等級更高的軌道材料，使用更高硬度的鍛造工藝提升鋼軌使用壽命。

（2）減少鋼軌的剝離掉塊。相關研究表明，在控制重載鐵路鋼軌剝離掉塊問題的過程中，提高軌道彈性、改善軌道平順性、減少車輪的衝擊、改善輪軌接觸、提高鋼軌抵抗接觸疲勞性能、合理鋪設適宜強度等級的鋼軌等方法，均有利於減少鋼軌的剝離掉塊。在鋼軌材料選擇過程中，應全面審核產品出廠合格證，在軌道施工前進行質量檢測，保證鋼軌不會因應力疲勞而出現剝離掉塊問題。同時，應採取更為有效的檢修維護措施，對鋼軌進行周期性檢查，發現存在疲勞裂紋情況，及時採取措施加以解決，避免裂紋擴大形成剝離掉塊。

（3）減少鋼軌的疲勞核傷。鋼軌的疲勞核傷，是重載鐵路鋼軌最主要的傷損類型之一。疲勞裂紋容易在諸如內部夾雜物等薄弱部位萌生。因此，為了提高鋼軌的抗疲勞能力，對影響鋼軌疲勞性能的指標，如軌鋼的純凈性和低倍組織等應嚴格控制。同時，應增加和保持軌道彈性、改善鋼軌受力狀態。採用優質高性能軌下墊板、及時對道床進行清篩、定期打磨鋼軌，對減少鋼軌疲勞傷損均具有重要的作用。

（4）減少鋼軌焊接接頭的傷損。採用長定尺鋼軌、減少焊接接頭數量；採用質量穩定的閃光焊技術焊接鋼軌；優化現場氣壓焊設備和工藝；優化鋁熱焊焊劑以及設備及工藝；採用焊後熱處理技術提高焊接接頭的軌面硬度等技術措施，均可以有效提高焊接接頭的質量，減少焊接接頭的傷損。提高焊接接頭的平順性和軌面硬度，可以有效減少焊接接頭使用中產生低塌。對鋪設在直線上的熱軋鋼軌以及鋪設在曲線上的熱處理鋼軌，焊後均應對軌面進行噴風熱處理，以提高其硬度。重載鐵路鋼軌的焊接接頭處軌面硬度平均值應為母材的95%～110%，熱軋軌取上限，熱處理軌取下限。

綜上所述，就當前的重載鐵路運行過程中出現的問題而言，鋼軌的主要質量問題包括頂部擦傷、側向磨損、壓潰、脫離掉塊、斷裂以及長短波磨損等主要傷損形式，行業工作者應從減少鋼軌側磨、減少鋼軌的剝離掉塊、減少鋼軌的疲勞核傷以及減少鋼軌焊接接頭的傷損等環節入手，採取有效的預防維護措施提升重載鐵路鋼軌維護水平，保證線路的車輛通行效率與行車安全，為區域經濟建設發展創造有利條件。

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中圖分類號：U213.4+2

文獻標誌碼：A

文章編號：1671-3818（2016）09-0148-02