病害地铁轨道两大病害理由处理策略

【摘要】根据轨道技术和现场的经验总结，减缓钢轨侧是一个涉及的因素非常多，应根据现场的具体情况进行综合治理。本文尝试从曲线钢轨非对称打磨技术、轮轨润滑技术、采用机车车辆磨耗形车轮踏面及合理设置曲线超高和加宽值的方法去探讨解决方法。对于道岔辙叉焊补问题，通过高锰钢焊补有关原理等来处理。
【关键词】轨道曲线；道岔辙叉；侧磨；润滑；超高；加宽；焊补
目前深圳地铁已开通运营1、2、5号线，运营里程达233.6单线公里，共有3个车辆段、2个停车场，含出入段线共计线路81.4单线公里，正线及车辆段（含停车场）共计436组道岔（含交渡）。到2016年将运营开通5条线，运营里程共约397.2单线公里，道岔合计近千组，形成比较完善的地铁运营网络。随着客运量逐步上升及轨道设备使用年限日益增加，各类轨道安全隐患也逐步暴露，本文将针对曲线钢轨磨耗问题，以及道岔辙岔心因伤损焊补出现问题提出个人观点，具体如下：

一、减缓曲线钢轨侧磨的方法

钢轨曲线的侧磨病害历来是轨道维修保养的老大难的问题， 从深圳地铁的运营规律，以及维修养护的特点综合研究，发现钢轨侧磨产生除与速度和载重有关外，还与曲线超高值、轨距加宽值、轮轨的磨擦等息息相关。本文尝试从以下的方法去解决问题：

(一)轨道曲线轨头非对称打磨：

轨道曲线轨头非对称打磨方法是从轮轨外形匹配的角度考虑的，采用先进的现场钢轨打磨技术，修正轨外型，使轮缘与轨侧不贴靠，或者即使贴靠，接触力也比较小。 现场进行曲线非对称打磨作业， 以最大可能达到增加轮对滚动半径差的非对称性打磨措施如下图1所示。C—C1为打磨区域，理论上打磨后使轮轨的接触点由A点移向了B点，人为地增大了轮对半径差，以更好减缓钢轨的侧磨的发生。

(二)采用轮轨润滑方法：

采用轮轨润滑方法是目前轨道日常维修的一种常用方法，原因是它投资少，见效快，不仅有效地减小轮缘与轨侧的磨损，从而延长钢轨的使用寿命，还能降低运行阻力，节省能源。当列车车轮通过曲线时，因惯性作用往往产生轮缘与轨侧面贴靠，形成两点接触，如2图所示，踏面接触点a处滚动半径为Ra，轮缘与轨侧的接触点b处的滚动半径为Rb，通常Rb>Ra，当车轮在轨面上滚动，a为纯滚动时，则远离回转轴线的接触点b处必然存在滑动，造成轨侧剧烈的磨损。为了减轻轮缘与侧面磨损，可采取轮缘侧润滑。由于轮轨系统的特殊性，润滑形式只能是边界润滑，这是通过第三介质作用，在金属表面形成边界润滑膜。边界润滑膜具有较小剪切强度，使金属磨擦时，主要在边界膜层内发生，大减少滑动阻力，降低金属材料的磨损。目前大家比较一致的认同的是，无论使用向种润滑品种，只要能与轮缘、轨侧形成比较牢固的抗挤压边界膜，就能产生较明显的抗磨效果。根据国内外应用经验表明，选好润滑剂和涂油设备，可降低轮缘、轨侧磨损的20%至85%。

(三)采用磨耗型车轮踏面：

在使用轨道技术尽量减缓钢轨侧的同时，能否对轮对的本身构造的修改，也有减缓钢轨侧磨作用？这个问题值得我们思考，据有关资料显示，目前国内外列车的轮对大多数已使用磨耗型车轮踏面，此技术可减轻轮缘、轨侧磨损30%至60%，同时可降低车轮踏面与钢轨顶面磨损20%左右，大大延长钢轨的使用寿命。

(四)采用较为合理的超高值和加宽值：

深圳地铁一期运营的线路中的曲线大多是小半径曲线，根据现场有个曲线的上股侧磨情况分析，其中国贸至老街站区间SK1+420 .66～SK1+850.632的半径330米的曲线侧磨已将近10mm，后接复曲线，超高是按行车限速度来设置，但因条件有限，没有设置加宽值。由于地铁的线路都是客运，列车的荷载不会聚然变化，但根据现场分析，上侧磨的利害，下股垂磨明显，行车光带走在钢轨面的中线部份位置，目前根据铁路有关规定和修理规则要求重新设置合理的超高值和加宽值，在不断的调试中找到这个合理的超高值和加宽值，从而减缓钢轨的侧面磨耗。

二、道岔辙叉焊补问题处理：

深圳地铁道岔的高锰钢辙叉伤损主要有磨耗和裂纹等伤损。高锰钢辙叉焊补已成为日常轨道维修的主要项目之一，因此焊补质量的好坏，直接关系到运营的安全。例如会展中心站15#岔，焊补的辙叉心在焊补后不到一个月就出现纵向裂纹大于100mm的重伤病害，发展如此迅速，并非偶然，通过全线的调查发现，产生问题的主要原因是对高锰钢母材了解不足、焊条质量要求不高，以及焊补人员对焊补工艺的掌握不足有关。当前无论是铁路，还是地铁，道岔的高锰钢轨辙叉焊补大部分都是采用弧焊发电机+手工电焊方法，高锰钢辙叉焊补后，往往从焊补处的热影响区域发生开裂。产生这种现象的原因是：（1）焊补前高锰钢母材缺陷没有打磨干净，或由于操作人员的技术和判断能力的问题没有达到打磨要求。（2）现场堆焊时，第一层焊补时焊补范围偏大。第一层与高锰钢相连，高锰钢受热后容易析出碳分物产生热裂纹，使材料性能下降。下面想通过高锰钢焊补有关原理等浅谈一下地铁道岔辙叉线上焊补的问题。

(一)充分了解高锰钢辙叉母材及焊补原理，才能因材施焊。

从铁路材料有关书籍可以了解到，高锰钢属于奥氏体类型钢种，其特点是高碳（C）、高锰（Mn）、C含量为1.2%左右；Mn含量在12—16%范围内。碳在高锰钢中的主要有两个作用：一是促进高锰钢形成奥氏体组织，二是固融强化，已获得良好的力学性能。较高的碳含量可以保证高锰钢具有良好的耐磨性，经过固溶处理，碳化物得到充分溶解，使高锰钢是有很高的韧性，冲击吸收功能可达200J以上。高锰钢经过固溶处理（即水韧处理）后的原始为170—210HB，在使用过程中，经过冲击和表面变形后，硬度可以提高到350—400HB，即是我们现场常说的高锰钢的辙岔心是防撞，有所谓“越撞越硬”的说法。
现场用于高锰钢辙叉焊补一般为碱性焊条，因此所用的电焊机无论是弧焊发电机还是焊接电源均应采用直流电源，焊机最大输出电流不小于200A，焊接时，电源输出端采用反极性连接，即焊钳接正极，高锰钢焊补时，护底焊采用脉冲电源可进一步减小焊接线能量，提高焊补质量。

(二)充分掌握焊补工艺的每一个环节，才能焊出好水平。

从以往铁路的道岔辙岔高锰钢的焊接情况总结可以知道的高锰钢的焊接性能是比较差，加热到300℃以上就会引起碳化物析出，使高锰钢韧性下降，因此尽量缩短加热时间是高锰钢焊补的关键，必经采用高合金奥氏体焊补材料加小线能量冷焊的方法较为可行。每焊一道，用水冷却焊道，尽量将焊补时高锰钢辙叉温度控制100℃以下。对于焊补环境，温度越低，焊补效果越好，焊补工作尽量在冬季进行。由于高锰钢焊条含锰量较高，在室内焊补时必经注意通风，避免锰蒸汽对人体的伤害。
探索减缓曲线钢轨的侧磨是一个非常重要的课题，钢轨侧磨涉及因素比较多，应因地制宜综合治理，努力推广运用轮轨润滑技术，尽可能采用机车车量磨耗形车轮踏面和曲线钢轨非对称打磨技术，同时还应合理试调轨道结构的几何参数，如曲线的超高、加宽值的设置；另一方面对钢轨设计和生产厂家提出更高的要求，希望进一步提高钢轨强度的研究，从而取得更好的减磨效果。对于道岔辙叉的焊补当前虽存在一些

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困难，沿用我们处理小半径曲线侧磨的方法，以及处理辙叉焊补问题的技术措施及管理方法得当，轨道设备其它一系列问题将迎刃而解。