鋼軌傷損

來源：http://tjamwri.com.cn/news/42.html發(fā)布時間：2012-01-11

鋼軌傷損是指鋼軌在使用過程中，發(fā)生折斷、裂紋及其它影響和限制鋼軌使用性能的傷損。

　　為便于統(tǒng)計和分析鋼軌傷損，需對鋼軌傷損進行分類。根據(jù)傷損在鋼軌斷面上的位置、傷損外貌及傷損原因等分為九類32種傷損，用兩位數(shù)編號分類，十位數(shù)表示傷損的部位和狀態(tài)，個位數(shù)表示造成傷損的原因。鋼軌傷損分類具體內(nèi)容可見“鐵道工務(wù)技術(shù)手冊（軌道）”。

　　鋼軌折斷是指有下列情況之一者：鋼軌全截面至少斷成兩部分；裂縫已經(jīng)貫通整個軌頭截面或軌底截面；鋼軌頂面上有長大于50mm、深大于10mm的掉塊。鋼軌折斷直接威脅行車安全，應(yīng)及時更換。鋼軌裂紋是指除鋼軌折斷之外，鋼軌部分材料發(fā)生分離，形成裂紋。

　　鋼軌傷損種類很多，常見的有磨耗、剝離及軌頭核傷、軌腰螺栓孔裂紋等。下面介紹幾種常見的鋼軌傷損情況。

1．鋼軌磨耗
　　鋼軌磨耗主要是指小半徑曲線上鋼軌的側(cè)面磨耗和波浪磨耗。至于垂直磨耗一般情況下是正常的，隨著軸重和通過總重的增加而增大。軌道幾何形位設(shè)置不當，會使垂直磨耗速率加快，這是要防止的，可通過調(diào)整軌道幾何尺寸解決。

　　(1)側(cè)面磨耗
　　側(cè)面磨耗發(fā)生在小半徑曲線的外股鋼軌上，是目前曲線上傷損的主要類型之一。列車在曲線上運行時，輪軌的磨擦與滑動是造成外軌側(cè)磨的根本原因。列車通過小半徑曲線時，通常會出現(xiàn)輪軌兩點接觸的情況，這時發(fā)生的側(cè)磨最大。側(cè)磨的大小可用導(dǎo)身力與沖擊角的乘積，即磨耗因子來表示。改善列車通過曲線的條件，如采用磨耗型車輪踏面，采用徑向轉(zhuǎn)向架等會降低側(cè)磨的速率。

　　從工務(wù)角度來講，應(yīng)改善鋼軌材質(zhì)，采用耐磨軌，例如高硬稀土軌其耐磨性是普通軌的2倍左右，淬火軌為1倍以上。

　　加強養(yǎng)護維修，設(shè)置合適的軌距、外軌超高及軌底坡，增加線路的彈性，在鋼軌側(cè)面涂油等，都可以減小側(cè)面磨耗的效果。

　　(2)波浪形磨耗
　　波浪形磨耗是指鋼軌頂面上出現(xiàn)的波浪狀不均勻磨耗，實質(zhì)上是波浪形壓潰。波磨會引起很高的輪軌動力作用，加速機車車輛及軌道部件的損壞，增加養(yǎng)護維修費用；此外列車的劇烈振動，會使旅客不適，嚴重時還會威脅到行車安全；波磨也是噪音的來源。我國一些貨運干線上，出現(xiàn)了嚴重的波磨。其發(fā)展速度比側(cè)磨還快，成為換軌的主要原因。

　　波磨可以其波長分為短波（或稱波紋）和長波（或稱波浪）兩種。波紋為波長約50~100mm，波幅0.1～0.4mm的周期性不平順；長波為波長100m以上，3000mm以下，波幅2mm以內(nèi)的周期性不平順。

　　波磨主要出現(xiàn)在重載運輸線上，尤其是運煤運礦線上特別嚴重，在高速高客運線上也有不同程度的發(fā)生，城市地鐵上也較普遍。列車速度較高的鐵路上，主要發(fā)生波紋磨耗，且主要出現(xiàn)在直線和制動地段。在車速較低的重載運輸線上主要發(fā)波浪磨耗，且一般出現(xiàn)在曲線地段。影響鋼軌波磨發(fā)生發(fā)展的因素很多，涉及到鋼軌材質(zhì)、線路及機車輛條件等多個方面。世界各國都在致力于鋼軌波形磨耗成因理論研究。目前，關(guān)于波磨成因的理論有數(shù)十種，大致可分為兩類：動力類成因理論和非動力類成因理論。總的來說，動力作用是鋼軌波磨形成的外因，鋼軌材質(zhì)性能是波磨的內(nèi)因。事實上單靠某一方面的分析來概括鋼軌波磨的所有成因是相當困難的，而必須把車輛和軌道作為一個系統(tǒng)，研究多種振動形成，從整體上進行多方面、多學(xué)科的研究，才能把握波磨成因的全貌。

　　打磨鋼軌是目前最有效的消除波磨的措施。除此還有以下一些措施可以減緩波磨的發(fā)展：用連續(xù)焊接法消除鋼軌接頭，提高軌道的平順性；改進鋼軌材質(zhì)采用高強耐磨鋼軌，提高熱處理工藝質(zhì)量，消除鋼軌殘余應(yīng)力；提高軌道質(zhì)量，改善軌道彈性，并使縱橫向彈性連續(xù)均勻；保持曲線方向圓順，超高設(shè)置合理，外軌工作邊涂油；輪軌系統(tǒng)應(yīng)有足夠的阻尼等。

　　(3)鋼軌磨耗的允許限度
　　鋼軌頭部允許磨耗限度主要由強度和構(gòu)造條件確定。即當鋼軌磨耗達到允許限度里，一是還能保證鋼軌有足夠的強度和抗彎剛度；二是應(yīng)保證在最不利情況下車輪緣不碰撞接頭夾板?！惰F路線路維修規(guī)則》中按鋼軌頭產(chǎn)磨耗程度的不同，分為輕傷和重傷兩類。波磨軌耗谷深超過0.5mm為輕傷軌。

2．鋼軌接觸疲勞傷損
　　接觸疲勞傷損的形成大致可分三個階段：第一階段是鋼軌踏面外形的變化，如鋼軌踏面出現(xiàn)不平順，焊縫處出現(xiàn)鞍形磨損，這些不平順將增大車輪對鋼軌的沖擊作用；第二階段是軌頭表面金屬的破壞，由于軌頭踏面金屬的冷作硬化，使軌頭工作面的硬度不斷增長，通過總質(zhì)量150~200Mt時，硬度可達HB360；此后，硬化層不再發(fā)生變化，對碳素鋼軌來說，通過總質(zhì)量200~250Mt時，在軌頭表層形成微裂紋。對于彈性非均等的線路當車輪及鋼軌肯有明顯不平順時，軌頂面所受之拉壓力幾乎相等，若存在微型紋，同時撓曲應(yīng)力與殘余應(yīng)力同號，會極大的降低鋼軌強度。第三階段為軌頭接觸疲勞的形成，由于金屬接觸疲勞強度不足和重載車輪的多次作用，當最大剪應(yīng)力作用點超過剪切屈服極限時，會使該點成為塑性區(qū)域，車輪每次通過必將產(chǎn)生金屬顯微組織的滑移，通過一段時間的運營，這種滑移產(chǎn)生積累和聚集，最終導(dǎo)致疲勞裂紋的形成。隨著軸載的提高、大運量的運輸條件、鋼軌材質(zhì)及軌型的不適應(yīng)，將加速接觸疲勞裂紋的萌生和發(fā)展。

　　軌頭工作邊上圓角附近的剝離主要是由以下三個原因引起的：由夾雜物或接觸剪應(yīng)力引起縱向疲勞裂紋而導(dǎo)致剝離；導(dǎo)向輪在曲線外軌引起剪應(yīng)力交變循環(huán)促使外軌軌頭疲勞，導(dǎo)致剝離；車輪及軌道維修不良加速剝離的發(fā)展。通常剝離會造成缺口區(qū)的應(yīng)力集中并影響行車的平順性，增大動力沖擊作用，又促使缺口區(qū)域裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展。缺口區(qū)的存在，還會阻礙金屬塑性變形的發(fā)展，使鋼軌塑性指標降低。

　　軌頭核傷是最危險的一種傷損形式，會在列車作用下突然斷裂，嚴重影響行車安全。軌頭核傷產(chǎn)一的主要原因是軌頭內(nèi)部存在微小裂紋或缺陷（如非金屬夾雜物及白點等），在重復(fù)動荷載作用下，在鋼軌走行面以下的軌頭內(nèi)部出現(xiàn)極為復(fù)雜的應(yīng)力組合，使細不裂紋先是成核，然后向軌頭四周發(fā)展，直到核傷周圍的鋼料不足以提供足夠的抵抗，鋼軌在毫元預(yù)兆的情況下猝然折斷。所以鋼軌內(nèi)部材質(zhì)的缺陷是形成核傷的內(nèi)因，而外部荷載的作用是外因，促使核傷的發(fā)展。核傷的發(fā)展與運量、軸重及行車速度、線路平面狀態(tài)有關(guān)。為確保行車的安全，對鋼軌要定期探傷。

　　減緩鋼軌接觸疲勞傷損的措施有：凈化軌鋼，控制雜物的形態(tài)；采用淬火鋼軌，發(fā)展優(yōu)質(zhì)重軌，改進軌鋼力學(xué)性質(zhì)；改革舊軌再用制度，合理使用鋼軌；鋼軌打磨；按軌鋼材質(zhì)分類鋪軌等。

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