浅谈钢轨平顺性的影响因素及其整治措施
王相悦
（济南铁路局济南工务机械段，山东 济南 250022）
【摘要】从材料与制造因素、自然环境因素等方面分析了轨道不平顺的成因，提出了控制轨道不平顺的方法，以确保行车运动的平稳舒适性，从而逐步实现客运高速、货运重载、行车高密度的铁路技术发展目标。
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关键词 轨道；不平顺；原因；控制
0引言
高速铁路均采用长钢轨焊接无缝线路，与传统有缝线路相比，钢轨通过焊接方式相连，消除了轨缝的影响，最大限度地保持了线路的连续性和整体性，使接头处的轮轨动力效应得到大大改善。但是，受焊接材料、焊接工艺水平、养护维修等多方面因素影响，在车轮反复辗压作用下，钢轨焊接接头处会出现各种缺陷，如焊接接头低塌，造成钢轨顶面短波不平顺的出现。钢轨顶面短波不平顺对高速行车的噪声、振动和行车安全性均有重要影响。一方面，钢轨顶面短波不平顺将引起较大的轮轨附加动荷载，引发钢轨、车轮及其他部件的损伤、断裂，直接影响高速行车安全性；另一方面，由于钢轨所受冲击振动的增大，致使轨下基础受力增加，进而产生不均匀变形和其他损伤或破坏，加剧轨道几何状态的恶化。因此，铁路轨道除需满足强度要求外，还必须严格满足平顺性的要求。
1钢轨不平顺的种类及成因
1.1局部缺陷性不平顺
新铺的钢轨轨身、轨腰不平，钢轨全长有弯曲、扭曲，轨端扭曲等不平顺，主要是由于在运轨及铺设过程中受外力出现了硬弯、擦伤等不平顺。
另外，钢轨的焊接也会产生影响。由于钢轨外形尺寸的差异、焊接设备技术状态、焊接作业人员技术水平以及焊接工作管理等各方面原因都会影响钢轨焊缝处外观质量及平顺性。
1.2钢轨纵向波磨不平顺
这是钢轨轧制形成的一种周期性不平顺，表现为钢轨轨面呈明显的波浪状不平顺，钢轨轨头下颚、轨底均随钢轨踏面呈周期性的垂直弯曲（钢轨断面在钢轨长度方向呈波浪形弯曲）。钢轨在轧制校直过程中，由于辊式矫直机偏心（或不圆）、滚轧压力不均匀等原因，使钢轨产生周期性的不平顺。
1.3轨头剥离、掉块、擦伤、不均匀磨耗等表面缺陷
轨头剥离、掉块、擦伤、不均匀磨耗等表面缺陷所带来的不平顺属轨而短波不平顺，是钢轨顶而小范围内的不平顺，其中轨而擦伤等多是孤立的，不具周期性，而波纹磨耗、波浪形磨耗则具有周期性特征。轨而擦伤、剥离、掉块、波纹磨耗波长在数毫米至数十毫米，幅值0.02~1mm；波浪形磨耗波长数百毫米，幅值0.1~2mm。由于金属接触疲劳强度不足和车轮的重复作用，钢轨顶而金属冷作硬化，形成了剥离等。由于钢轨材质的缺陷及车轮的动力作用使得钢轨出现磨耗。
1.4道岔不平顺
在辙叉部分2根内侧轨线平面相交处，固定辙叉存在轨线中断，可动辙叉存在轨线相交而不平顺，在转辙器尖轨尖端部分，存在基本轨和尖轨间车轮荷载的过渡段竖向不平顺，在辙叉上存在叉心和翼轨间车轮荷载的过渡段竖向不平顺，道岔区有接头轨缝。
2改善和提高钢轨平顺性的措施
2.1建设阶段控制钢轨初始不平顺的主要措施
2.1.1提高钢轨的制造精度
钢轨的初始不平顺直接影响轨道的不平顺，为了减少钢轨在生产过程中产生的初始不平顺，国外钢轨生产企业除了在合理选择钢轨断而、保证材质洁净、强韧匹配等方而进行了优化外，还对其生产工艺进行了改造，采用了先进的冶炼技术来确保其制造精度，如采用连铸工艺避免铸锭的二次氧化、减少钢轨表而缺陷;采用万能法轧制可实现4个方向的对称轧制;采用长尺轧制、长尺冷却、反向预弯和长尺矫直工艺减少矫直弯曲度;采用带硬质合金的可随温定尺的联合锯钻机床准确进行锯钻和端头加工从而提高钢轨的尺寸精度;采用水平—垂直复合矫直，利用多个可变辊距的水平辊和垂直辊以激光测量和计算机在线调整，使钢轨具有较高的平直度和尺寸精度;采用先进的检测技术，利用激光进行自动检测钢轨几何尺寸，利用涡流技术检测表而质量。我国的鞍钢、包钢及攀钢近几年通过设备改造和技术攻关，水平有了很大的提高，但与国外相比还有一定的差距，除钢轨内在质量还需进一步提高和稳定外，钢轨外观缺陷、尺寸误差和垂向波浪弯曲是突出的薄弱环节，迫切需要进一步改造。
2.1.2采用长定尺钢轨
高速铁路因列车行驶速度高、机车轴重较轻、线路曲线半径较大等特点对钢轨质量提出了新的要求，即钢轨要具有“四高”—高内部质量、高尺寸精度、高平直度、高表而质量。采用超长钢轨是高速铁路建设的必然要求，可以大幅度减少焊接接头数量，明显改善铁路平顺性，减少钢铁轨伤损，提高铁路运行的安全性。目前，我国高速铁路钢轨采用60kg/m 100m长尺钢轨。
2.1.3采取综合措施提高道岔区的平顺性
采用平顺性好不会引起轮轨冲击的大号码可动心轨道岔；道岔区轨道刚度的变化应尽量平缓；增加道岔区底碴厚度，分层振动压实；研制采用不扰动道床的大号码道岔铺设机具；采用作业精度高的道岔整道机，精确校正道岔区的几何尺寸；在道岔设计、制造、施工铺设等各个环节，都采取措施提高道岔结构本身和道岔区轨道的平顺性。
2.2运营管理过程中控制钢轨不平顺的主要措施
2.2.1利用大型打磨机具进行周期性打磨
钢轨打磨是消除各种钢轨不平顺的重要手段，已为世界各国所采用。对高速铁路而言，钢轨打磨作业显得尤为重要。日本对环境影响较严重的区段，通过总重3000万t打磨1遍；一般地区，通过总重约6000~8000万t时打磨1遍;法国TGV东南线平均每年打磨工作量在150km左右，4年全而打磨1遍，而且采用捣固与打磨同步进行的方式，维修工作量大幅减少。德国规定V>160km/h区段，波长3m，深度0.3mm时应打磨。其有关资料还显示，每通过300~4000万t需打磨一遍。
2.2.2切实提高焊接质量
高速铁路在运营过程中，不可避免地要出现一些重伤轨、磨耗轨，在更换的过程中也不可避免地需要进行接头焊接，在现场中使用接触焊、铝热焊，使用较多的是铝热焊，但铝热焊焊接接头因焊缝是铸态组织，其强度往往低于被焊接轨材质，易造成二次损伤，建议采用接触闪光焊。
3结论
（1）钢轨打磨质量不仅涉及到安全，而且还涉及到技术与经济，建议抓紧开展我国客运专线线路开通前的钢轨预打磨、开通后的钢轨预防性打磨及保养性打磨研究和试验，制定钢轨打磨各种形式与参数、打磨程序、条件和验收标准，为客运专线顺利开通和安全平稳运行创造条件。
（2）控制钢轨初始不平顺，是高速铁路建设时期的关键问题，也是新线验收过程中必须注重的问题。
（3）道岔区钢轨断而、轨枕长度、轨道刚度都有变化，道岔结构本身就具有不平顺性，是高速轨道的薄弱部位，较区间轨道更难保持高平顺，因此必须高度重视，采取综合措施提高道岔区的平顺性。
（4）在更换重伤轨的过程中也不可避免地需要进行接头焊接，为避免二次损伤，建议采用接触闪光焊，并切实把好焊接关。
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参考文献
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［责任编辑：汤静］
