钢轨打磨技术发展现状及打磨策略探讨

综述了钢轨打磨技术国内外起源以及发展现状,对现阶段钢轨打磨技术的分类进行了介绍,重点介绍了曲线和直线钢轨的打磨策略制定原则;对钢轨廓形设计的主要原则进行了归纳总结;分析研究了打磨作业中打磨量的主要影响因素;提出了钢轨打磨应根据打磨前实际钢轨使用状态,在满足目标廓形、保证打磨深度和消除病害的前提下,使打磨切削量最小;最后对今后钢轨打磨技术研究重点进行了展望。     

北美最佳钢轨打磨策略

详细介绍北美铁路最佳钢轨打磨策略。从中总结出以下主要结论:(1)在不同服役条件下,不同材质钢轨裂纹处于稳定发展阶段的时间决定了科学的预防性打磨周期,裂纹深度决定了最经济磨耗速率;(2)应对不同磨耗状态的轮对进行应力分析,并以此设计钢轨的最佳打磨廓形,最佳打磨廓形并非一成不变,应根据条件变化及时更新;(3)处理严重轨面RCF伤损时,渐进式预防性打磨比修理性打磨更具经济性;(4)应对曲线下股钢轨非工作边进行适当打磨,避免与假性轮缘发生高应力接触,产生严重伤损与变形;(5)应用高强度钢轨可有效延长钢轨打磨周期,减少金属打磨量,应在新轨上道不久后对其进行廓形打磨,实现轮轨共形接触;(6)最佳钢轨打磨策略是通过预防性钢轨打磨与合理润滑、轨顶摩擦系数控制有机配合实现的。     

基于动态测量的钢轨廓形打磨智能分析系统的研发

开发了一套基于动态测量的钢轨廓形打磨智能分析系统。该系统由钢轨廓形动态测量子系统、打磨策略子系统和接口子系统3个子系统构成。钢轨廓形动态测量子系统采用线结构光视觉技术对钢轨廓形进行动态测量;打磨策略子系统根据钢轨廓形动态测量子系统获得的现场钢轨廓形数据,实时生成可供钢轨打磨列车使用的打磨策略;接口子系统通过TCP/IP协议与打磨策略子系统通信,将打磨策略子系统生成的打磨策略传输给钢轨打磨列车的作业控制系统,从而控制钢轨打磨列车作业。     

德国铁路努力实现钢轨寿命40年目标

2007年德国铁路制定钢轨预防性打磨政策，其目标是通过钢轨预防性打磨后，在核心路网直线区段和大半径曲线区段实现钢轨寿命与轨枕和道砟的预计寿命在40年同一水平上。德国铁路对于不同的任务，使用“摆动”磨石、“旋转”磨石、铣削、刨消等不同类型的打磨方法。打磨策略：     

钢轨预防性打磨原理及应用

介绍钢轨预防性打磨的原理、作用、打磨策略、限值、工艺参数以及打磨的质量要求,重点介绍国外预防性打磨的标准断面和打磨质量标准,为我国钢轨打磨标准的制定和实施提供借鉴。     

基于MATLAB的60kg/m钢轨预打磨模式设计研究

考虑到钢轨打磨列车磨石对60kg/m钢轨轨头不同区域打磨能力的差异,建立轨头不同弧段打磨量与打磨功率的线性关系,采用三次样条曲线对钢轨轨头型面进行精确拟合;针对GMC-96打磨列车,考虑到轨头不同弧段对打磨精度的影响、轨头各个区域打磨面积不同,采用MATLAB编程优化得到预打磨磨石的最终排布角度;基于打磨深度一致性提出磨石打磨功率的制定方法,设计较优的钢轨预打磨模式;根据磨石角度及打磨面积确定轨头上每个磨石的具体位置,获得钢轨打磨后型面。基于打磨前后钢轨型面的对比分析,提出评价钢轨打磨质量的方法;磨石打磨功率能否自由设定对钢轨打磨深度一致性有重要影响。     

客运专线钢轨打磨的思考

轨道平顺分为轨道几何状态不平顺和钢轨车轮踏面不平顺。钢轨打磨作业主要消除周期性和非周期性不平顺,分为预打磨、预防性打磨、保养性（轮廓性）打磨和校正性（修理性）打磨。通过对日本、法国、德国和瑞典高速铁路钢轨打磨作业分析,根据我国铁路钢轨打磨作业实际,建议开展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等研究和试验,制定钢轨打磨各种形式与参数、打磨程序、条件和验收标准。     

客运专线钢轨打磨的思考

轨道平顺分为轨道几何状态不平顺和钢轨车轮踏面不平顺.钢轨打磨作业主要消除周期性和非周期性不平顺,分为预打磨、预防性打磨、保养性(轮廓性)打磨和校正性(修理性)打磨.通过对日本、法国、德国和瑞典高速铁路钢轨打磨作业分析,根据我国铁路钢轨打磨作业实际,建议开展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等研究和试验,制定钢轨打磨各种形式与参数、打磨程序、条件和验收标准.     

基于钢轨实测廓形的智能打磨策略

针对现有钢轨打磨策略存在打磨结果不可控和依赖人为经验设定打磨参数的缺点,提出基于钢轨实测廓形的智能打磨策略。首先根据实测的钢轨廓形确定钢轨的目标廓形,然后根据实测廓形与目标廓形的差异得到终止打磨的阈值;基于三角形面积法和钢轨打磨车单个砂轮的作业能力,计算打磨车的作业速度和功率;定位实测廓形与目标廓形之间差值最大的点,计算打磨该点时砂轮所需的偏转角度,进而再计算单个砂轮以固定功率打磨实测廓形之后得到的新廓形;将新廓形与目标廓形比较,定位新廓形和目标廓形之间差值最大的点,若该点的差值小于阈值则终止打磨,否则继续重复上述过程,直到打磨后得到的新廓形与目标廓形的最大差值小于阈值;从而得到将实测廓形打磨成目标廓形所需的每个打磨砂轮的偏转角度,并形成打磨方案。试验验证了基于钢轨实测廓形的智能打磨策略的有效性。     

钢轨廓形打磨对京广线曲线磨耗速率及钢轨表面状态的影响

针对京广线曲线上股钢轨鱼鳞伤严重,下股光带不良,轨距角有明显斜裂纹等问题,分别采用传统打磨方式与廓形打磨方式消除。对打磨前后效果进行分析比对得出,采用廓形打磨后,曲线上股轨面状态较好,斜裂纹、剥离掉块等发展速率均得到控制,曲线下股光带分布合理;采用传统打磨方式,钢轨表面鱼鳞伤得到消除,但是由于轨距角处切削量太大,导致轨侧有高频次接触,不利于减缓钢轨磨耗。提出研发适用于我国线路的钢轨打磨列车,制定合理的钢轨打磨周期及打磨策略,优化钢轨廓形打磨委外服务模式和优化钢轨廓形的建议。     

高速重载线钢轨打磨策略研究初探

基于国内外钢轨打磨现状 ,分析研究高速重载线钢轨打磨策略 ,从打磨限值标准、打磨车工作参数标准、打磨质量控制标准等方面论述高速重载线钢轨打磨策略的研究思路、研究方法和关键技术。重点就轮轨系统动力学与接触状态进行初步探讨     

钢轨廓形打磨在丰沙线小半径曲线上的应用

为解决丰沙线R300～600 m小半径曲线钢轨波磨和剥离掉块严重等问题,根据线路实际运行车辆车轮踏面、钢轨实际廓形和表面病害情况,充分考虑轮轨接触关系,设计得到适合丰沙线小半径曲线的钢轨最佳廓形,并按其实施了廓形打磨。通过跟踪观测结果可知:廓形打磨后疲劳伤损和波磨等病害得到有效控制,波磨曲线维修成本大幅降低,钢轨廓形保持良好,整体打磨效果显著。而未实施廓形打磨的曲线钢轨疲劳伤损和波磨等病害发展迅速。     

钢轨主动打磨磨石界面热应力分析及影响研究

为分析钢轨打磨时的摩擦、磨损及疲劳损伤,根据传热学理论,通过热机耦合方法,运用ABAQUS软件建立钢轨打磨有限元模型,以分析不同车速、打磨电机功率和打磨宽度对钢轨表面温度场和应力场的影响。钢轨与砂轮之间摩擦所产生的热量等效为一个移动热源,数值分析磨削过程中钢轨表面的温度、应力及应变状态。结果表明:钢轨打磨是一个快速升温、缓慢降温的过程;高温区温度场、等效应力场均呈以打磨轴线为中心、向四周扩散的椭圆形分布,且打磨高温区深度较浅,打磨产生的高温影响范围有限;钢轨表面最高温度随打磨车速度和打磨宽度的增加而减小,随打磨电机功率的增加而增加,仿真结果与实际打磨情况较为符合。     

面向钢轨目标廓形的多砂带磨削作业打磨模式

基于砂带打磨钢轨时的接触状态,在单条砂带磨削角度给定的前提下,推导单条砂带磨削在钢轨横向截面上的材料去除深度,建立单条砂带材料去除的廓形模型和面积模型。为在多砂带联合磨削下包络形成钢轨目标廓形,在给定首条砂带的磨削角度后,根据当前钢轨表面的剩余高度并以打磨量最大为原则设定其他砂带的磨削角度,结合工艺参数生成钢轨养护时的多砂带联合磨削作业打磨模式。以打磨质量指数评价打磨质量,确定打磨次数,评价多砂带联合磨削作业打磨模式的打磨质量。结果表明:在砂带磨削工艺参数一定时,砂带的磨削能力与钢轨表面的曲率半径相关;以最大打磨深度对应的角度进行砂带布局的打磨模式能够很好地满足钢轨目标廓形的磨削需求。     

智能化钢轨廓形打磨方案设计研究及应用

根据钢轨打磨磨削理论和钢轨实测廓形数据，建立单遍和多遍最优打磨方案设计模型，提出一种基于个性化模式库的钢轨廓形打磨方案设计方法，开发了智能化钢轨廓形打磨方案设计系统，并开展现场钢轨打磨作业应用。结果表明：将钢轨等效偏差指数作为最优打磨方案设计的优化目标函数，能够较好实现打磨后钢轨廓形逐步向目标廓形贴合；开发的智能化钢轨廓形打磨方案设计系统，能够根据现场实测钢轨廓形进行批量打磨方案设计，并能预测打磨后的钢轨廓形，可显著提升打磨方案设计效率；采用该打磨方案设计方法开展现场打磨作业，打磨后钢轨实测廓形与模拟廓形基本吻合，主要轮轨接触区域钢轨廓形与目标廓形较打磨前贴合程度明显提升，打磨后钢轨廓形GQI指标均达到优良等级且钢轨表面状态良好，能够较好地满足打磨作业要求。研究的相关成果可显著提升钢轨廓形打磨方案的准确性和设计效率，为铁路钢轨打磨作业提供直接、有效的指导。     

基于Kriging插值的钢轨打磨温度预测

针对钢轨打磨施工过程中产生的大量磨削热会使磨削区域温度持续升高,影响钢轨打磨质量问题,基于钢轨打磨施工基本原理,建立钢轨打磨单磨粒磨削温度模型和多砂轮磨削温度模型,分别计算不同打磨参数下的打磨温度。为实现对不同打磨参数下打磨温度的实时预测,以不同打磨参数及其对应的打磨温度为样本,采用Kriging插值方法,建立钢轨打磨温度关于打磨参数的预测模型。预测误差分析结果表明,该预测方法的最大预测误差为4.5%,可以应用于钢轨打磨列车打磨参数在线优化系统中。     

钢轨缺陷预测与打磨控制

NRC（加拿大国家研究院）的钢轨预防性打磨模型可为不同位置的钢轨提出具体的打磨建议方案。北美的铁路运营公司一直受到钢轨滚动接触疲劳的困扰。随着车辆轴重及列车运行速度的不断提高，钢轨滚动接触疲劳也在增加。为此，NRC—CSTT（加拿大国家研究院地面运输技术中心）于上世纪80年代中期提出了预防性钢轨打磨理论．以此制定钢轨养护方案．从而控制钢轨滚动接触缺陷、延长钢轨的使用寿命。打磨方法是在对钢轨滚动接触疲劳裂缝的产生及发展研究基础上形成的。     

基于轨道质量指数的钢轨打磨型面研究

对于高速铁路,在保证轨道线形、几何尺寸、扣件系统稳定的前提下,轮轨型面的匹配是影响行车平稳性的主要因素之一。本文通过分析武广高铁轨检车检测数据,找到与不同钢轨廓形相对应的轨道质量指数(TQI)和车辆晃车情况,获得了较优的钢轨打磨型面;利用SIMPACK软件对不同钢轨廓形的曲线段列车通过性能进行了对比分析,验证了打磨型面的合理性;制定了武广客运专线钢轨打磨参数,为后期的打磨作业、晃车整治提供了依据。     

钢轨打磨列车打磨质量控制

分析影响钢轨打磨列车打磨质量的原因,针对提速、重载线路分别制定提高打磨质量的措施。为更好地发挥机械效率,在分析PGM-48型钢轨打磨列车控制原理的基础上,对打磨列车提出了3点改进建议,以加强打磨列车的适用性和提高打磨质量。     

个性化钢轨廓形打磨在北京地铁的应用分析

在北京地铁6号线草房站—物资学院路站区间选择一段曲线段作为试验段,基于钢轨廓形和车轮踏面数据调查,借助动力学仿真软件计算钢轨打磨最佳设计廓形.在钢轨铣磨和个性化打磨后设置观测点进行定期观测,计算分析钢轨廓形变化、疲劳伤损发展、波磨发展等情况,对比钢轨铣磨和钢轨廓形打磨的质量效果.试验结果表明:钢轨廓形打磨减缓了钢轨疲劳伤损及波磨的发展速率,将打磨周期从3个月延长至6个月;地铁采用个性化钢轨廓形打磨是合理且必要的.