广州地铁集团有限公司广东广州510310
摘要：列车在轮载作用下不可避免会出现曲线地段的钢轨磨耗问题，研究钢轨曲线磨耗的现状、成因及发展趋势，针对性的提出钢轨的侧面减磨措施，对于提高线路的运行品质，减少养护维修的工作量，保证列车运营安全，具有十分重要的作用。
关键词：侧面磨耗；养护维修；涂油；钢轨打磨
1前言
地铁运行的全程轨道中小半径曲线段最容易受到磨损危害，当车辆行驶至曲线段时轨道的弯度迫使机车转弯，由于高速行驶的车辆拥有较大的惯性，因此会对曲线段的轨道产生强大的冲击力，当此冲击力过大时就容易使轨道发生形变，同时对轨道造成侧磨的危害，当轨道长期没得到合理的措施就会对轨道的内外轨造成偏载，这就会加剧钢轨的磨损程度，造成车辆行驶的震荡，在严重时甚至会使行车的安全造成威胁。
2钢轨侧磨分析
钢轨侧磨发生在小半径曲线的外股钢轨上，是目前曲线上伤损的主要类型之一。列车在曲线上运行时，轮轨的摩擦与滑动是造成外轨侧磨的根本原因。当机车车辆在直线轨道上运行时，一般轮轨间仅为一点接触，但列车通过小半径曲线时，外轮缘与外轨的轨距线相互贴靠，产生两点接触现象，并在该点上产生钢轨对车轮的导向力。与此同时，轮轨接触点上的轮对运行方向与轨距线的切线方向形成一个冲角α，轮缘将缘着切线方向对轨头边缘不断削磨，产生侧磨。侧磨的大小可用导向力与冲角的乘积即磨耗因子来表示。因此，导向力和冲角是决定钢轨侧磨大小的两个主要因素。
经过长期对广州地铁小曲线半径路段的跟踪研究发现轨底坡的大小也会影响小半径曲线钢轨发生侧磨的程度，轨底坡角度的不同会直接改变钢轨与车轮的几何接触点，从而改变了轨道的受力大小，因此调节好轨底坡的大小可以有效缓解对钢轨轨头的磨耗。当曲线段钢轨被安置角度超高时，会加重钢轨发生磨损的程度，安置超高的钢轨会降低钢轨对列车冲击力和冲击角的承受程度，直接影响到小半径曲线段轨头的磨耗程度，导致小半径曲线段使用寿命降低。另外，钢轨轨距的大小不合理也会直接导致钢轨侧磨问题的产生，车轮在行驶的过程中与钢轨之间会存在一定的间隙，当轨距调节不合理时，车轮就会相对于线路中心发生偏离，两个车轮就会在钢轨上发生不同形式的摆动，会使车轮在轨道上发生蛇行运动，该种形式的运动会严重破坏车轨的稳定性，当车轨间距过大时甚至会引发列车脱轨事故。
3小半径曲线钢轨磨耗整治方法
钢轨磨耗主要表现为垂磨、侧磨、波磨、肥边等情况，其中曲线垂直磨耗变化较为缓慢，一般在一年左右时间会达到1mm左右；在曲线外股侧磨则与曲线半径的大小相关，半径越小发展速度越快。其初期表现为鱼鳞裂纹，并有铁屑脱落，逐渐会形成轨头下圆角处的碾堆金属连成长条被切掉情况。
3.1整改轨距
根据游间计算公式：δ=(DA-DB)/(4n)；S=δ+q(n为踏面斜率；D为滚动圆直径)。如果轨距变大，则游间δ增大（轮轨游间值为轨距与轮对宽度之差）。列车进入曲线时，运行的蛇形幅度变大，列车左右摆动加强，作用于钢轨的横向力增大，轮轨间撞击力也变大，从而加剧轮轨磨耗和轨道变形。现场试验表明，适当减小轨距，可以改善机车车辆通过曲线的条件，使两轮的滚动半径差增大，滑动力减小，轮缘与外轨侧面之间的摩擦力也就减小，同时车体横向摇摆减弱，轮轨导向力也适当减小，从而减轻侧磨。
3.2合理布置欠超高
由于超高影响导向力和冲角的变化，因而直接影响钢轨轨头侧磨速率的大小。经过对欠超高与过超高对曲线钢轨侧磨的影响的大量观测试验表明，有着适当的欠超高对减缓钢轨侧磨是有利的。
3.3调整轨底坡
对轮轨接触几何关系的研究表明，轮轨接触角不同时，轮对中心将偏离轨道中心线以不同的滚动半径运行。加大内轨轨底坡，减缓外轨轨底坡，可加大内外轮滚动半径差，减小车轮在外轨上的滚动距离，从而达到减缓侧磨的目的。
3.4曲线圆顺度
曲线钢轨不均匀侧磨的形成与曲线的圆顺度有关系。曲线不圆顺就意味着曲线半径不一致，有的所处半径变大，有的所处半径变小。小半径曲线钢轨磨损严重，大半径曲线钢轨磨损较轻，从而形成不均匀磨损，减少钢轨的使用寿命。曲线圆顺度的不良直接引起轮轨横向力及导向力的改变，在圆顺度不良曲线范围内的后四分之一段，其导向力和冲角增大较多，钢轨侧磨加剧。因此，进行拨道使曲线圆顺及整治接头和消灭硬弯是防止不均匀磨耗的有效措施。
3.5小半径曲线钢轨涂油
为减缓小半径曲线钢轨侧面磨耗，降低人工涂油的劳动强度，现计划在广州地铁部分线路曲线半径小于400米的地段安装涂油器。轨旁自动涂油法减磨效果明显，可实施性强，且不影响其他设备的正常使用，同时对轮对的磨耗也起一定的减缓作用。国内同行企业中例如上海地铁、北京地铁等已广泛应用涂油技术，设备均安全可靠。通过轨旁自动涂油代替原来的人工涂油，可延长了小半径曲线钢轨的使用寿命，降低了小半径曲线钢轨的维修成本。下表选取某线路上行区间涂油器为例，对比安装前后磨耗速率变化：
在车轮碾压前，裂纹中存在着部分的润滑液，当车轮经过时，进入裂纹的润滑液在裂纹口处形成“进液加压”，形成部分空间允许润滑液进入，使裂纹表面受到垂直压力阻止裂纹闭合，加速裂纹扩展。当曲线上股表面出现疲劳纹前期时，应立即停止对钢轨的涂油，待进行人工或打磨车消除钢轨表面裂纹后再视现场情况对钢轨进行涂油。
4结束语
通过分析钢轨磨耗的原因并分析其与曲线半径、超高、轨距、轨底坡、线路养护不良等诸多因素的关系，采取先加强曲线线路设备，控制曲线线型线位，合理布设曲线超高、轨底坡，加强钢轨打磨整修和改善轮轨润滑条件等措施，从而减少由于轮轨关系的恶化而引起的换轨、镟轮、转向架维修等大量费用，同时还可以改善列车行车条件，减小噪音震动，增加乘客乘坐的舒适度，同时对延长钢轨的使用寿命会起到十分重要作用。