摘要：高速铁路是铁路的一种，其突出优势是行进速度快，具备较强的运力，一些内部、外部因素会影响高速铁路钢轨性能，产生波磨。基于此，本文选取我国某地高速铁路钢轨作为研究对象，了解其特点，并通过实验模拟了解轨道振动特性对高速铁路钢轨波磨的影响，再以此为基础，给出若干改进建议，以期通过分析明晰理论，为后续高速铁路钢轨相关工作的优化提供参考。

关键词：轨道振动；钢轨波磨；典型激励；钢轨共振

前言：

钢轨磨波是一种典型的钢轨损耗，一般指钢轨表面（主要是顶部）的波浪状磨损，其反应的破坏特点是抗压屈服。我国是世界上铁路里程最长的国家之一，目前投入运营的铁路总里程在10万公里以上，高速铁路的建设近年来也得到了更加广泛的重视，由于部分高速铁路运输压力大，时常会出现钢轨磨波，对列车行驶安全带来一定的负面影响，也导致维护成本增加，加以分析十分必要。

1.分析对象

1.1钢轨磨波的危害

钢轨磨波的危害包括增加维护工作量、加快铁路老化速度、加快零件老化速度三个方面，如果长期得不到有效处理，也会影响铁路的安全性能。由于钢轨磨波一经产生后，必然在后续使用过程中的导致较为明显的应力集中，这种应力集中会随着铁路公路压力的增加而增加，直到钢轨表面得到处理前，铁道的弹性、减震能力都会变差，目前我国高速铁路轨道磨波出现后会得到较为及时的处理。减震能力和铁道弹性下降又会导致磨波低段的手里不均，使该段老化速度加快，并增加对连接部位零件的冲击，加速器损坏老化。铁道部门需要投入更多精力和财力进行维护保养，工作压力、工作量都增加了。

1.2典型案例

本次研究对象为我国某地一段高速铁路，投入使用2年零4个月，该段存在较为明显的钢轨磨波，共4处，本次研究选取其中两处。其中1号钢轨磨段的显著波长为102-114mm，次显著波长为42-55mm，经实测两段钢轨通过频率分别为1060-1240Hz和480-760Hz；2号钢轨磨段的显著波长为114-121mm，次显著波长为46-58mm，经实测两段钢轨通过频率分别为1210-1280Hz和510-780Hz。

2.实验模拟与结果

2.1模拟观察指标

本次研究主要为了解轨道振动特性对高速铁路钢轨波磨的影响，收集该段高速钢轨的基本情况，重点了解1号钢轨磨段和2号钢轨磨段的通行压力，并调取资料了解两段通行列车的速度情况，周围天气条件等等，将所有参数给予规范化处理。应用计算机建立有限元模型，获取钢铁资料建立标准模型，代入各项参数作为固定参数和线性约束条件，同时了解典型激励和钢轨共振属性作为非线性条件进行开放性模拟，选取负载量（以垂直压力表达）、车速作为变量条件，所有模拟过程每次增加1%的变量，持续增加到钢轨出现形变，进行记录；在此基础上继续增加负载量、车速等信息，直到钢轨形变情况满足实际情况，进行记录；继续调整变量，直到钢轨严重损坏无法使用。

2.2结果分析

在开放性模拟中，负载量的变化以垂直压力表达，将钢轨出现形变一瞬间的压力值作为典型激励值，在钢轨每次出现形变时，了解其共振属性，将其与列车通过时造成的物理振动属性进行对比。实验结果方面，每次钢轨出现形变，都与负载量存在直接关联，二者存在顯著的正相关，随着负载量增加，钢轨出现形变的几率也快速增加；在速度模拟方面，实验过程表明，速度的变化与钢轨形变不存在显著关联，但如果列车行进的过程中出现降速或者加速变化，会导致钢轨形变的出现，这种变化也呈现典型的正相关，即列车变化的频率越高，钢轨出现形变的几率也越高。与此同时，在共振信息方面，钢铁的振动频率是基本稳定的，但列车行进过程中，振动频率会出现一些变化，这种变化收到速度参数的影响，当列车的振动频率和钢轨的振动频率相近或者相同时，形变出现的几率会大大增加，较常规情况下高出16倍。对上述内容进行总结，获取两个基本性的规律：

2.2.1典型激励的影响

测试波磨地段轨道结构振动特性的结果表明，钢轨在典型激励下的敏感响应频率与显著波长对应的通过频率相近。

2.2.2振动波长的影响

有限元模型仿真计算结果与现场轨道振动特性测试结果相一致，表明钢轨显著波长波磨与轨道结构振动特性中的钢轨垂向Pinned-pinned 共振有关，次显著波长波磨与钢轨相对于轨道板的垂向弯曲共振有内在联系。

3.改进建议

3.1使用大刚度钢轨

钢轨的刚度特征与钢轨波磨存在一定的关联，在上文实验中，刚度越低的钢轨，典型激励的出现参数也越小（尤其是压力值），后续工作中，为求应对钢轨波磨，可以首先强化钢轨的性能，使用刚度条件更理想的钢轨。要求各地高速铁路管理部门针对境内的钢轨展开调查，尤其是存在波磨的路段，了解其钢轨的生产参数，同时收集钢轨投入使用后的运输压力情况，获取二者的基本情况。对于钢轨波磨较为严重的路段，建立更多的有限元分析模型，应用开放性实验了解典型激励的最小值，以此为参数标准，与列车运行的压力值进行对比，选取大于列车运行压力和最小典型激励值的钢轨，替换现有钢轨，确保新钢轨在刚度上满足使用要求，有效避免钢轨波磨的出现[1]。

3.2列车速度控制

现代告诉列车基本采用数控方式，其运行速度的精度控制条件也更加理想，但在实际工作中，数控工作并不是完全完善的，受到控制构件以及信息通信等诸多因素的影响，数控的误差也会渐渐增加。后续工作中，要求各地对列车的基本状况展开调查，所有应用超过6个月的设备都要进行一次系统检修，关键构件每隔3个月进行一次检修，确保其性能优良，使列车在行进过程中能够始终保持较为理想的速度值，不会出现频繁的速度变化。另一方面，现代告诉列车铁路网纵横交错，也存在不同列车在同一时间段在某一个地点交汇的情况，为避免出现列车相撞，其中一条会调整速度，后续工作中，要求强化对列车时刻表的控制，避免意外情况导致的列车速度变化[2]。

3.3周期检查与修理

所有的钢轨波磨都是不可能完全避免的，为求进一步强化对铁路质量、运行安全的控制，应建立周期检查与修理机制，要求所有地区的管理部门针对铁路运行的基本状况制定工作计划，对通行压力较大的路段，以2个月为周期，进行一次钢轨波磨检查，对钢铁老化和磨波出现的情况进行记录，总结其规律。修理工作以1个月为周期持续进行，无论钢轨是否存在磨波、磨波的具体情况存在何种差异，都要进行记录和修理。此外，各地可以根据自身高速铁路的压力情况和钢铁的基本参数，建立一个标准模型，了解钢轨出现波磨的大致周期，建立对应的维护计划，避免磨波大量出现。

4.总结

通过分析轨道振动特性对高速铁路钢轨波磨的影响，获取了相关理论成果。钢轨波磨对列车行进有一定的不利影响，也会降低铁道的使用寿命，其产生的原因是多样化的。本次研究证明，典型激励和钢轨共振属性是影响钢轨波磨产生的外部、内部因素。给出优化建议包括使用大刚度钢轨、控制列车速度、进行周期检查与修理三个方面。后续工作中可以应用上述理论强化高速铁路钢轨性能。

参考文献：

[1]唐吉意，罗雁云，林龙锋.落轴冲击下椭圆形支承块式轨道振动特性研究[J].机械设计与制造工程，2017，46（07）：86-90.

[2]房建，雷晓燕，练松良.轨道不平顺波长对桥上CRTS Ⅱ型板式轨道振动特性的影响[J].华东交通大学学报，2014，31（01）：1-6.

作者简介：柳贺（1990-）男，辽宁沈阳人，研究方向：铁路工程（轨道）方向.