万彪论文钢轨伤损及防治措施.docx

钢轨伤损及防治措施学生姓名： 万彪 学 号： 0932241专业班级： 转2 扌旨导教师： 冷鑫 摘要钢轨是铁路轨道的重要部件，它直接承受车轮的荷载和冲击，尤其在复杂的运营条 件下，由于机车车辆对钢轨的动力作用，自然环境和钢轨本身质量等原因，钢轨的伤损 是不可避免的钢轨的伤损是轨道上存在的一个大问题，直接影响行车安全，因此我们 对钢轨的伤损要充分认识，并做出切实可行的防治措施，合理使用钢轨以便延长钢轨的 使用寿命，确保行车安全关键词：钢轨伤损；防治措施；合理使用目录摘 要 I引 言 11 钢轨的伤损 21.1 概述 21.2 我国钢轨伤损的主要特征 21.3 轨头核伤 21.4 钢轨磨耗 31.4.1 侧面磨耗 41.4.2 波形磨耗 51.5 钢轨接触疲劳伤损 51.6 螺栓孔裂纹 62 钢轨的合理使用 82.1 钢轨的分级使用 82.1.2 钢轨的二次使用 82.1.2 一次使用中合理倒换使用 92.2 轮对润滑 92.3 钢轨打磨 92.4 钢轨整修技术 10结 论 11致 谢 12参 考 文 献 13附录 A 其他伤损 14引言钢轨伤损是指钢轨在使用过程中发生钢轨折断，裂纹及其他影响和限制钢轨使用性 能的伤损。

由于机车车辆对钢轨的动力作用，自然环境和钢轨本身质量等原因，钢轨经常发生 裂纹，折断和磨耗等现象钢轨伤损是铁路上一个较为突出的问题，并严重影响行车安 全我国根据钢轨的伤损种类，伤损位置及伤损原因进行分类，共分为9 类 32 种伤损， 并用两位数编号，十位数表示伤损部位和状态，个位数表示造成伤损的原因随着我国铁路运输事业的不断发展，主要干线的列车重量和行车密度的不断增加， 大规模客运专线的建设，高速铁路又好又快向纵深发展，而且由于我国铁路客货混跑、 行车密度大、客运提速、货运重载、行车条件恶劣，货车对轨道结构破坏严重，特别是 对钢轨表面造成伤损钢轨踏面纵向波形磨耗层出不穷，轨头核伤及轨面剥离有增无减， 以及小半径曲线的侧磨十分突出因此对钢轨伤损的防止及合理使用就显的更加必要， 这对钢轨不仅能延长其使用寿命，还能改善线路质量，确保列车的安全运行1 钢轨的伤损1.1 概述钢轨伤损是指钢轨在使用过程中发生裂纹、折断、磨耗及其他影响和限制钢轨使用 性能的病害在复杂的运营条件下，钢轨的伤损是不可避免的伤损的原因很复杂，既 有钢轨生产过程中产生的缺陷，又有运输、铺设、和使用过程中出现的问题钢轨伤损是轨道上存在的一个大问题，它直接影响行车安全。

目前国内外都建立了 相应的钢轨伤损类型数据库，进行计算机统计管理，以便掌握钢轨伤损发生和发展的规 律、加强钢轨的使用管理、延长钢轨的使用寿命、确保行车安全，并以此作为轨道管理 和维修决策的一部分为便于统计和分析钢轨伤损，需对钢轨伤损进行分类根据伤损 在钢轨断面上的位置、伤损外貌及伤损原因等分为九类32 种伤损，用两位数编号分类， 十位数表示伤损的部位和状态，个位数表示造成伤损的原因钢轨伤损分类具体内容可 见“铁道工务技术手册（轨道）”1.2 我国钢轨伤损的主要特征随着我国经济建设的发展，铁路运量日益增长，而轨道钢轨强度的发展满足不了铁 路扩能的需要，伤损钢轨量逐年增加，如，根据1994 年我国钢轨伤损的统计分析来看， 钢轨伤损上升趋势明显，极大的限制了运输能力随着钢轨等级及轨下基础刚度的增加，轨头接触疲劳伤损上升为钢轨实效的主要机 理通常钢轨伤损还与线路的类型有关，如无缝线路轨头核伤比例较高，普通轨道上轨 端螺孔开裂较多，小半径曲线外轨侧磨较严重等随着重载铁路的发展，钢轨损伤类型发生了一些新的变化重载铁路通常采用内燃、 电力机车牵引，由于这类机车轮径较小，轮轨接触应力大，远超过钢轨的允许值，成了 钢轨伤损的主要原因。

且由于它们起动加速大，经常因空转擦上钢轨，同时因其悬挂结 构刚度大，还是钢轨垂直磨损加剧我国钢轨的主要病害有轨头核伤、磨耗、解除疲劳伤损、轨腰螺栓孔裂纹等，它们 的成因机理各不相同，预防措施也不相同1.3 轨头核伤轨头核伤是最危险的一种伤损形式，会在列车作用下突然断裂，严重影响行车安全 轨头核伤如图 1-1 所示Ill图 1-1 轨头核伤(1) 核伤形成的主要原因① 钢轨的材质不良，钢轨中存在气孔、夹杂② 轧轨质量不良，钢轨内部轧轨过程产生缺陷③ 线路养护质量④ 线路的行车速度、轴重、运量等大轴重和高行车速度也影响核伤发展，尤其是核伤后期接头的冲击荷载也影响核 伤的发展，苏联实验证明，距轨端1〜3.5m处，核伤的发展速度要比大腰处快1.8〜2.0 倍2) 防止和减缓核伤的产生和发展的主要措施如下：① 提高钢轨质量，以防制钢轨中存在核伤源② 改善线路质量，提高弹性和平顺性，从而减少动荷载对轨道的冲击③ 提高轧轨质量，减少钢轨的质量缺陷④ 利用大型超声探伤列车或小型钢轨探伤车对钢轨进行探伤，以早发现核伤，及 时治理1.4 钢轨磨耗在我国，直线及大半径曲线线路换轨的主要控制因素是核伤，而在小半径曲线换轨 则主要是因为钢轨的磨耗。

钢轨磨耗主要有侧面磨耗(包括直线上两股钢轨交替不均匀 侧磨)、垂直磨耗、鞍形磨耗、和波浪形磨耗等鞍形磨耗是指钢轨接头处，由于轨端淬火后硬度提高而其交界处轨顶面硬度较低， 在列车冲击荷载下造成淬火表面交界处产生坑洼，而淬火端几乎没有磨耗，形成了马鞍 形状的顶面，鞍形磨耗可以通过焊补而修复垂直磨耗是指钢轨轨面高度上的磨耗垂直磨耗在一般情况下是正常的，但磨耗量 会随着通过量的增加而增大在曲线上，垂直磨耗是由于超高设置不合理而引起的，里 轨垂直磨耗表现为轨头压溃、轨头压偏、宽度增加，可以通过适当调整轨道几何尺寸来 解决1.4.1 侧面磨耗钢轨侧面磨耗是指钢轨作用边的磨耗，钢轨侧面磨耗如图1-2 所示它属于塑性变 形磨损、粘着磨损和疲劳伤损的综合机理，最终形态犹如切削侧磨主要发生在小半径 曲线的外股钢轨作用边上，它是小半径曲线上钢轨报废的主要原因之一，在许多小半径 曲线上，钢轨的使用寿命只有半年左右钢轨侧面磨耗的主要因素如下：(1)钢轨材质硬度较大的高硬稀土，高硬稀土轨的耐磨性是普通轨的2倍左右，是淬火轨的1倍左右2)机车车辆条件车辆通过曲线时有导向力和冲角轮轨磨耗与轮轨之间的磨耗 做功有关，摩擦功主要与导向力和冲角有关。

导向力大小与固定轴距、车轮踏面有效横 向黏着状态以及未被平衡的离心力有关⑶ 轨道的几何尺寸及状态合理的轨距、超高，良好的方向可以改善机车车辆通 过的条件，它是减少钢轨侧磨的有效途径⑷ 线路的养护质量提高线路的养护质量，减少钢轨侧面磨耗的方法如下：① 铺设耐磨轨(高硅轨、淬火轨等)② 设置合理的外轨超高、轨距，保持良好的轨底坡和方向③ 提高线路的弹性④ 建立合理的涂油制度涂油主要有两种方法：一中是车载涂油，即在车尾放置 涂油器，遇曲线则喷油，还有的在机车上安装涂油装置来喷油；另一种是地面涂油，即 在曲线头上安装固定涂油器，列车通过时，车轮压在装有轨头侧面的油嘴上喷出浓度较 大的黏状油质，由车轮带给曲线钢轨侧面而达到涂油目的两种涂油方式都能收到良好 的效果，可以延长使用寿命一倍以上1.4.2 波形磨耗图1-3钢轨的波浪形磨耗波形磨耗是指轨顶出现波浪状的不均匀磨耗，实质上是波浪压溃钢轨波形磨耗外 观如图1-3所示波形磨耗按波长不同可 分为两类：一类为波纹磨耗，其波长为 30〜80m m,多发生在大半径曲线上，甚 至是直线上；另一类为波浪磨耗，波长 为80〜600mm,甚至长达2m左右，多 发生在小半径曲线上。

在我国货运为主 的丰沙、石太线上，波浪形磨耗十分严 重1) 产生波形磨耗的主要原因是：① 钢轨顶面的初始平整状态② 钢轨的材质③ 轮轨的接触关系④ 线路的养护质量2) 预防波形磨耗的措施是：① 及时打磨产生波形磨耗的钢轨② 改善钢轨顶面的初始状态，对新铺设的钢轨进行预打磨，是钢轨有一个良好的 初始状态，延长波形磨耗出现的时间③ 提高线路的养护质量，减少轮轨作用力 解决波磨问题，至今还没有有效的方法，主要靠机械打磨1.5 钢轨接触疲劳伤损由于轴载、列车运行速度及运量不断提高，在国内外铁路上，轨头接触疲劳伤损增多(如剥离或由它引起的黑核及轨头纵向疲劳裂纹等)，不仅成为直线钢轨而且也是大 半径曲线钢轨实效的主要原因接触疲劳伤损的形成大致可分三个阶段：第一阶段是钢 轨踏面外形的变化，如钢轨踏面出现不平顺，焊缝处出现鞍形磨损，这些不平顺将增大 车轮对钢轨的冲击作用；第二阶段是轨头表面金属的破坏，由于轨头踏面金属的冷作硬 化，使轨头工作面的硬度不断增长，通过总质量150〜200Mt时，硬度可达HB360；此 后，硬化层不再发生变化，对碳素钢轨来说，通过总质量200〜250Mt时，在轨头表层形 成微裂纹。

对于弹性非均等的线路当车轮及钢轨肯有明显不平顺时，轨顶面所受之拉压 力几乎相等，若存在微型纹，同时挠曲应力与残余应力同号，会极大的降低钢轨强度 第三阶段为轨头接触疲劳的形成，由于金属接触疲劳强度不足和重载车轮的多次作用， 当最大剪应力作用点超过剪切屈服极限时，会使该点成为塑性区域，车轮每次通过必将 产生金属显微组织的滑移，通过一段时间的运营，这种滑移产生积累和聚集，最终导致 疲劳裂纹的形成随着轴载的提高、大运量的运输条件、钢轨材质及轨型的不适应，将 加速接触疲劳裂纹的萌生和发展1) 轨头工作边上圆角附近的主要是由以下因素引起：① 由夹杂物或接触剪应力引起纵向疲劳裂纹而导致剥离② 导向轮在曲线外轨引起剪应力交变循环促使外轨轨头疲劳，导致剥离③ 车轮及轨道维修不良加速剥离的发展通常剥离会造成缺口区的应力集中并影 响行车的平顺性，增大动力冲击作用，又促使缺口区域裂纹的产生和发展缺口区的存在，还会阻碍金属塑性变形的发展，使钢轨塑性指标降低2) 减缓钢轨接触疲劳伤损的措施有：① 净化轨钢，控制杂物的形态② 采用淬火钢轨，发展优质重轨，改进轨钢力学性质③ 改革旧轨再用制度，合理使用钢轨④ 钢轨打磨；按轨钢材质分类铺轨等。

1.6 螺栓孔裂纹钢轨端部轨腰钻孔后，强度削弱，螺栓孔周围产生较高的局部应力，在列车冲击荷载作用下，螺栓孔裂纹开始产生和发展，并出现疲劳伤损螺栓孔裂纹如图 1-4所示图1-4钢轨接头螺栓裂纹（1） 产生螺栓孔裂纹的主要原因是：① 钻孔质量不良，钻孔周边不光滑② 养护方法不当，造成线路弹性不良；因基础弹性不够而在接头处产生很大的瞬 时冲击力（一般称为P力），以及钢轨长度中部（又称为大腰处）的所有低频准静态力1（称为P力）等研究表明，P、P的组合控制着轨端第一个螺栓孔的应力水平，第二1 1 2个螺栓孔则由 P 控制因此，往往在 1、 2 螺栓孔之间出现与主拉应力方向相垂直的裂2纹（一般与水平线成45°左右）③ 道床板结、轨端低塌，高低，左右错牙及线路不良状态，加剧裂纹的发展④ 未及时整治钢轨接头病害，加大了轮轨之间的作用力等2） 主要的防治措施：① 加强接头养护，防止接头产生错牙、鞍形磨、低塌及道床板结，减小接头处的 轮廓作用力② 螺栓孔周边倒棱，防止周边应力集中，延长裂纹萌生期③ 增加接头弹性，在接头处铺设枕下大胶垫或在枕上铺设高弹性胶垫等来减少冲 击力也曾做过其他试验，如加大第一螺栓孔至轨端的距离，减少螺栓孔直径，可以减 少螺栓。