张天庆

（乌鲁木齐铁路局乌鲁木齐工务段，新疆 乌鲁木齐 830000）

重载铁路钢轨的伤损及预防维护对策

张天庆

（乌鲁木齐铁路局乌鲁木齐工务段，新疆 乌鲁木齐 830000）

重载铁路是当前我国铁路运输网络的重要组成部分，在区域物资运输中扮演着重要的角色。重载铁路由于车辆通行载荷较大，对于钢轨整体刚度与稳定性有着更为严格的要求，任何细微的伤损问题都可能导致严重的铁路车辆安全事故，因此行业工作者们需要对当前重载铁路钢轨的伤损进行深入地研究分析，提出针对性的措施进行预防维护，以此充分排除钢轨安全隐患，提成车辆的通行效率，为重载铁路的物资运输水平提升创造有利条件。

重载铁路；钢轨；伤损；预防维护

1　重载铁路钢轨损伤的类型

（1）顶部擦伤。在重载列车出现速度变化的情况下，轨道与车轮间将出现明显的摩擦，当摩擦水平超过一定限度的情况下就可能出现顶部擦伤。其中较为严重的是重载列车制动过程中的制动过程，在此环节，车轮处于抱死状态，轨道与车轮间呈现出较高水平的滑动摩擦，通常重载列车的载重水平较高，这种滑动摩擦力的水平也较高，这种剧烈摩擦会造成轨道顶部温度的急剧上升，高温使钢轨顶部材料处于活跃状态，而在列车的高载荷作用下钢轨则极易出现塑性变形。另一种情况是重在列车起步阶段，由于附着力不足出现的打滑现象，这种打滑同样会导致明显的滑动摩擦，当钢轨温升超过表面保护层临近温度后，会造成钢轨软化变形，在残余应力、材料热疲劳等作用的影响下，形成严重的钢轨质量问题。

（2）侧向磨损。重载列车在运行过程中，并未在完全平直的轨道和平面上运行的，由于轨道线路起伏、倾斜现象的存在，列车运行过程中，难免出现一些轨道与车轮间的碰撞作用。这种在碰撞过程中存在冲击力与摩擦力两种作用效果，均会对钢轨形成质量影响。重载列车钢轨侧向磨损较为集中的区域通常为局部转弯区域，两侧钢轨对列车行驶导向的约束力存在一定的差异，因此钢轨承受的转向载荷不同，这种载荷差是形成侧向磨损的直接原因。当侧向载荷向钢轨施加的应力作用大于极限值后，就会导致钢轨侧面形成应力形变，这种形变是塑性不可逆的，严重影响行车安全。

（3）压溃。重载铁路钢轨压溃问题主要出现在钢轨应力集中区域，通常发生在内轨距角处或外侧重载点。出现压溃问题的原因主要包括一下两个方面：①钢轨材料选择不合理，在钢轨选择过程中，施工设计人员对于载荷水平的计算出现误差，导致钢轨强度选择不足以支撑实际的行车载荷作用；②轨道曲线超高设计不合理，出现此类问题，是设计人员在轨道设计参数设置时出现偏差，底坡角度选择不合理，导致重载列车行驶在相应区段内对对轨道施加的应力过大，在超限载荷作用下形成压溃现象。

（4）脱离掉块。在重载铁路钢轨长期承受过大载荷出现形变问题后，如不及时处理就会在反复冲击作用下出现剥离掉块现象。从轨道钢材形变过程来看，过大的载荷作用使得钢轨超过屈服极限，呈现出脆性增加的特征，材料内部聚合性能明显下降，部分脆弱部位在行车冲击作用下就会脱离本体。重载铁路钢轨脱离掉块问题，主要发生在钢轨连接位置，焊料、连接元件在整体塑性特征上的差异，导致了同等载荷作用下钢轨结构内部不同应力的特征，因此容易出现脱离掉块现象。

（5）断裂。重载铁路钢轨断裂问题，主要是由应力疲劳导致的，在前期列车通行形成的顶面、侧向摩擦作用下，钢轨会出现一定的疲劳裂纹。在未采取有效处理措施的情况下，这些裂纹进一步扩大，最终出现断裂现象。出现钢轨断裂问题的主要原因，是钢轨与车轮间摩擦作用施加的金属相变作用，这种金属相变直接导致钢轨内部的马氏体增多，结构脆性压裂问题。同时，部分钢轨质量不合格，也是导致出现断裂问题的重要原因，部分钢轨在锻造过程中由于工艺控制不理想，存在内部杂质较多、材料不均匀等问题，使用这些钢轨极易出现断裂问题。

（6）长短波磨损。轨枕的间隔支撑，使钢轨的支撑刚度并不均衡，并呈现出周期性，在短期内长短波磨损不会呈现出来，但是随着重载列车通过次数的增加，会逐渐地显现周期性的波形磨损。根据列车车轮作波动运动对钢轨磨磨损的影响的分析，可以看出列车轮作蛇形运动，车体由于蛇形运动的必然会产生车轮周期性与钢轨内侧和外侧接触，但是接触面的切线与导向力方向并不平行，出现一定的接触角，会产生严重的周期性磨损，也就是短波磨损，严重的会出现钢轨的塑性变形。

2　重载铁路钢轨伤损的预防对策及措施

（1）减少钢轨侧磨。随着当前列车行驶速度的不断提升，在经过转完曲线位置时，车辆与钢轨间的冲角较大，侧向磨擦问题较为突出。针对此类问题，应对重载铁路钢轨进行欠超高水平进行合理的设置，通过前期车辆行驶测速结构确定钢轨平衡超高水平，同时将欠超高设置在10%～15%的水平范围之内。同时，使用有效的轨道润滑措施，通过固体润滑等技术降低钢轨磨损限制轨剥离掉块问题的出现。从钢轨材料强度的角度考虑，应结合重载铁路钢轨侧磨现状，研制强度等级更高的轨道材料，使用更高硬度的锻造工艺提升钢轨使用寿命。

（2）减少钢轨的剥离掉块。相关研究表明，在控制重载铁路钢轨剥离掉块问题的过程中，提高轨道弹性、改善轨道平顺性、减少车轮的冲击、改善轮轨接触、提高钢轨抵抗接触疲劳性能、合理铺设适宜强度等级的钢轨等方法，均有利于减少钢轨的剥离掉块。在钢轨材料选择过程中，应全面审核产品出厂合格证，在轨道施工前进行质量检测，保证钢轨不会因应力疲劳而出现剥离掉块问题。同时，应采取更为有效的检修维护措施，对钢轨进行周期性检查，发现存在疲劳裂纹情况，及时采取措施加以解决，避免裂纹扩大形成剥离掉块。

（3）减少钢轨的疲劳核伤。钢轨的疲劳核伤，是重载铁路钢轨最主要的伤损类型之一。疲劳裂纹容易在诸如内部夹杂物等薄弱部位萌生。因此，为了提高钢轨的抗疲劳能力，对影响钢轨疲劳性能的指标，如轨钢的纯净性和低倍组织等应严格控制。同时，应增加和保持轨道弹性、改善钢轨受力状态。采用优质高性能轨下垫板、及时对道床进行清筛、定期打磨钢轨，对减少钢轨疲劳伤损均具有重要的作用。

（4）减少钢轨焊接接头的伤损。采用长定尺钢轨、减少焊接接头数量；采用质量稳定的闪光焊技术焊接钢轨；优化现场气压焊设备和工艺；优化铝热焊焊剂以及设备及工艺；采用焊后热处理技术提高焊接接头的轨面硬度等技术措施，均可以有效提高焊接接头的质量，减少焊接接头的伤损。提高焊接接头的平顺性和轨面硬度，可以有效减少焊接接头使用中产生低塌。对铺设在直线上的热轧钢轨以及铺设在曲线上的热处理钢轨，焊后均应对轨面进行喷风热处理，以提高其硬度。重载铁路钢轨的焊接接头处轨面硬度平均值应为母材的95%～110%，热轧轨取上限，热处理轨取下限。

3　结束语

综上所述，就当前的重载铁路运行过程中出现的问题而言，钢轨的主要质量问题包括顶部擦伤、侧向磨损、压溃、脱离掉块、断裂以及长短波磨损等主要伤损形式，行业工作者应从减少钢轨侧磨、减少钢轨的剥离掉块、减少钢轨的疲劳核伤以及减少钢轨焊接接头的伤损等环节入手，采取有效的预防维护措施提升重载铁路钢轨维护水平，保证线路的车辆通行效率与行车安全，为区域经济建设发展创造有利条件。

［1］周清跃，张建峰，郭战伟，等.重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究［J］.中国铁道科学，2010，（1）：27-31.

［2］刘树旺.延长大秦重载铁路钢轨使用寿命措施的研究［J］.中国铁路，2009，（1）：40-43.

［3］罗国伟，李伟.重载铁路钢轨润滑及摩擦控制研究［J］.铁道建筑，2011，（4）：114-116.

［4］展红亮.重载铁路钢轨伤损原因探析与预防措施［J］.铁道技术监督，2012，（S1）：54-57.

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