高速鐵路道岔大機(jī)打磨廓形設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制研究

劉永剛

摘要：高鐵道岔作為高速鐵路的薄弱設(shè)備，軌件的平順狀態(tài)直接影響高速列車的過岔速度。鋼軌打磨作為高速鐵路鋼軌修理的一種主要方法，是提高岔區(qū)線路平順性，預(yù)防和治理道岔區(qū)鋼軌病害的有效手段，能消除和延緩鋼軌接觸疲勞傷損，降低鋼軌折斷風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)軌道設(shè)備使用壽命。本論述以現(xiàn)場(chǎng)存在的具體病害整治實(shí)例為研究對(duì)象，通過對(duì)打磨廓形的優(yōu)化設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，充分反映打磨質(zhì)量卡控的關(guān)鍵所在。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;道岔;打磨;廓形

中圖分類號(hào)：U216.425文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 運(yùn)營(yíng)高鐵道岔鋼軌狀態(tài)

通過對(duì)蘭新客專民樂站道岔調(diào)查發(fā)現(xiàn)，民樂站岔區(qū)內(nèi)鋪設(shè)60 kg/m 標(biāo)準(zhǔn)軌廓形的軌件，鋼軌廓形與區(qū)間線路設(shè)計(jì)廓形偏差較大。左右股廓形不對(duì)稱，岔區(qū)光帶較寬，寬窄光帶交替出現(xiàn)，存在雙光帶，岔區(qū)內(nèi)軌面普遍存在較為嚴(yán)重的麻點(diǎn)病害。

以民樂站1 號(hào)道岔為例，通過道岔區(qū)鋼軌廓形測(cè)量數(shù)據(jù)分析，實(shí)測(cè)廓形與設(shè)計(jì)廓形偏差較大，左右股廓形對(duì)稱性較差。1號(hào)道岔38位枕處實(shí)測(cè)鋼軌廓形左股內(nèi)側(cè)低，右股內(nèi)側(cè)高，在20～ 30 mm 的范圍內(nèi)左股法向偏差低于偏差下限（-0.2 mm）、右股法向偏差高于偏差上限（+0.2 mm），如圖1 所示。

2 打磨廓形設(shè)計(jì)

通過對(duì)蘭新客專所運(yùn)行的CRH5G 型動(dòng)車組車輪踏面廓形進(jìn)行采集，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)鋼軌廓形，根據(jù)實(shí)際線路條件建立車輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)模型，通過分析輪軌靜態(tài)和動(dòng)態(tài)接觸，計(jì)算輪軌幾何接觸關(guān)系、接觸應(yīng)力和輪軌蠕滑等關(guān)鍵參數(shù)，設(shè)計(jì)得到目標(biāo)打磨廓形，如圖2 所示。

根據(jù)調(diào)查情況及設(shè)計(jì)目標(biāo)打磨廓形，為盡可能減小廓形差異，提高廓形對(duì)稱性及一致性，在保證鋼軌廓形的修復(fù)及病害處理的前提下，以打磨量及打磨遍數(shù)最小為原則，針對(duì)岔區(qū)不同的廓形狀態(tài)，給定不同的打磨模式，岔前打磨遍數(shù)為10遍，岔區(qū)最大打磨遍數(shù)為8 遍，平均打磨遍數(shù)也為8 遍。民樂站1 號(hào)道岔打磨方案及其打磨明細(xì)見表1、表2 所列。

3 打磨效果分析

根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)廓形，于2020年 6月中旬采用大機(jī)打磨車對(duì)民樂站道岔及岔區(qū)鋼軌實(shí)施個(gè)性化廓形打磨，對(duì)道岔尖軌、可動(dòng)心軌打磨受限區(qū)域進(jìn)行人工打磨。

3.1 打磨質(zhì)量指標(biāo)分析

打磨后鋼軌廓形采用 GQI 指標(biāo)驗(yàn)收評(píng)價(jià)。GQI 代表測(cè)量廓形與設(shè)計(jì)廓形的貼合度，貼合度越高則 GQI 越高。以打磨前調(diào)查點(diǎn)位置為驗(yàn)收點(diǎn)，對(duì)每組道岔的各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)廓形測(cè)量驗(yàn)收，通過測(cè)量數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)可知，各驗(yàn)收點(diǎn) GQI 指標(biāo)均大于85，達(dá)到優(yōu)良等級(jí)。

1號(hào)道岔各驗(yàn)收點(diǎn)的 GQI 均值提高22.5%，指標(biāo)顯著提高，如圖3 所示。

3.2 定期跟蹤觀測(cè)分析

蘭新客專民樂站道岔打磨施工結(jié)束后，分別在2020年7月和11月進(jìn)行了定期、定點(diǎn)觀測(cè)，以分析輪軌接觸光帶，軌面病害及廓形情況。以1號(hào)道岔測(cè)量數(shù)據(jù)為例。打磨后1 個(gè)月和4.5個(gè)月后鋼軌表面輪軌接觸光帶基本保持在20～ 25 mm 之間，滿足光帶寬度要求，光帶位置居中，光帶與非光帶邊界清晰，軌面未產(chǎn)生雙光帶麻點(diǎn)等病害。打磨后，各測(cè)點(diǎn) GQI 指標(biāo)相較于打磨前有顯著提高，且各道岔 GQI 指標(biāo)均值在兩次觀測(cè)中基本保持穩(wěn)定，如圖4 所示。

統(tǒng)計(jì)民樂站東岔區(qū)上行線4～12月車載儀偏差個(gè)數(shù)的變化情況如圖5 所示，在6 月中旬實(shí)施廓形打磨后，橫向 II 級(jí)偏差均消除，橫向 I 級(jí)偏差個(gè)數(shù)顯著減小，并一直保持在較低水平，每月平均偏差個(gè)數(shù)由打磨前的 18次下降為5 次，下降率為72%，偏差下降率顯著，可有效改善車輛運(yùn)行品質(zhì)。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

通過對(duì)蘭新客專民樂站道岔及岔區(qū)鋼軌廓形進(jìn)行差異化打磨，最大程度地消除鋼軌廓形差異，岔區(qū)鋼軌廓形一致性和對(duì)稱性得到顯著提高。通過打磨后期定期跟蹤觀測(cè)，打磨后鋼軌表面輪軌接觸光帶基本保持在 20～ 25 mm 之間，光帶位置居中，光帶與非光帶邊界清晰，軌面未產(chǎn)生雙光帶麻點(diǎn)等病害;打磨后岔區(qū)車載儀偏差個(gè)數(shù)明顯降低，軌道的平順性得到明顯改善，廓形打磨效果良好。且道岔按設(shè)計(jì)廓形打磨方案后，平均打磨遍數(shù)為8 遍，相較于日常通打14～ 16遍的打磨遍數(shù)，打磨遍數(shù)減少6 ～8 遍，作業(yè)效率提升42.9% ～50%，有效節(jié)約維修成本。

4.2 相關(guān)建議

（1） 推行道岔廓形打磨，道岔廓形打磨是根據(jù)列車車輪踏面廓形狀態(tài)及線路狀態(tài)建立輪軌耦合動(dòng)力學(xué)模型而設(shè)計(jì)得到的目標(biāo)廓形，該目標(biāo)廓形可使輪軌關(guān)系處于最佳狀態(tài)，有效改善車輛運(yùn)行品質(zhì)，延長(zhǎng)鋼軌使用壽命。由于道岔由短軌、尖基軌及心軌等部件焊接組成，同組道岔不同部件之間的廓形存在差異，同一岔區(qū)不同道岔廓形差異性更大，故在對(duì)道岔實(shí)施廓形打磨前，需要對(duì)岔區(qū)不同組件的廓形采集及軌面狀態(tài)標(biāo)記，以目標(biāo)廓形為標(biāo)尺，根據(jù)不同的實(shí)測(cè)廓形與目標(biāo)廓形的差異設(shè)計(jì)個(gè)性化打磨方案，根據(jù)道岔直尖軌及心尖軌不同斷面的組合設(shè)計(jì)廓形，設(shè)計(jì)各關(guān)鍵斷面的打磨方案，不同斷面之間做好過渡;以最大程度提高廓形一致性及對(duì)稱性。

（2） 采用大小機(jī)結(jié)合的打磨方式，針對(duì)大機(jī)打磨受限區(qū)域，可以采用小機(jī)進(jìn)行補(bǔ)充打磨，利用小機(jī)打磨也可對(duì)大機(jī)打磨的落刀或者收刀處的接茬進(jìn)行處理，以提高軌面平順度。

（3）加強(qiáng)技術(shù)人員理論知識(shí)和操作實(shí)踐方面的培訓(xùn)工作，改變對(duì)于廓形打磨理念的認(rèn)知，加深對(duì)廓形打磨理念的認(rèn)知，明確驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)力提高打磨質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司工電部. 鋼軌打磨手冊(cè)[M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2020.

[2]谷永磊. 高速鐵路無砟軌道鋼軌波浪形磨損機(jī)理研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2017.

[3]許孝堂. 鋼軌高速打磨機(jī)理研究[D]. 成都：西南交通大學(xué)，2016.

[4]王文健，陳明韜，郭俊，等. 高速鐵路鋼軌打磨技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（5）：574-577.