基于轨面应力变化及伤损曲线改进打磨车作业方式的研究

1、基于轨面应力变化及伤损曲线改进打磨车作业方式的研究一、 引言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运混跑、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，钢轨踏面纵向波形磨损层出不穷；轨面擦伤及剥离有增无减，以及小半径曲线的侧磨十分突出,对铁路运输的行车安全和钢轨的使用寿命危害很大。目前，针对此类损伤也有相应的处理机制，比如对在线钢轨进行打磨维修与养护是行之有效的，不仅能显著地改善线路质量，还能延长钢轨的寿命，确保列车安全运行。但是，现行的打磨车作业方式仍然有很多弊端。第

2、一，判断打磨的方式仍然是以出现肥边、波磨、掉块等损伤后进行修复性打磨；第二，由于损伤已经产生，进行修复性打磨所造成的直接结果就是打磨次数增加，打磨负担加大，导致打磨任务完成效率低；第三，由于缺乏必要的技术手段，即使知道这样不好的影响，但仍然只能任其发展，不能准确的确定哪里该打，啥时候打，怎么打。能否解决这些问题直接关乎着打磨效率的提升、铁路寿命的增加、铁路的安全保障，而解决这个问题理论上需要从三个方面入手：第一，了解轨面伤损变化；第二，分析通过打磨消除伤损的方式及结果；第三，制定合理科学的预防性打磨计划，将损伤产生的几率将至最低。本次课题出发点就是通过轨面应力变化，用数据得出钢轨表面（0.1m

3、m）应力变化和伤损产生时所对应的时间关系，从实质上掌握钢轨损伤变化形式以及如何提前消除伤损产生的方法，从而制定科学合理的打磨计划，改进打磨车作业方式，达到减少维护成本，提高维护效率，提升钢轨质量的效果。二、国内外现状国外铁路发展的共同特点是想将线路变为少维修或不维修的轨道，以省力、经济、高效的新型线路维修为目标。维修水平主要表现在采用先进的检测系统、高度机械化作业方式、科学诊断和自动化管理方面。近年来发达国家在轨道维修管理现代化方面正在实现三个转变: 从定性和传统经验管理向定量化科学管理转变。 对轨道状态和质量的检测从静态检测向动态检测、综合检测转变。 轨道管理系统从分散的单独系统向覆盖全路的

4、综合化、网络化、智能化系统转变。通过先进的检测技术，对铁路线路状态进行严格的管理和科学的养护，保证铁路线路的质量和使用寿命。日本的线路维修养护全面贯彻预防性修理的指导思想，设定预防性维修极限值，在该阶段内实施修理，对特殊情况进行事后修理。新干线由日本客运公司进行管理，公司设立线路检查中心，采用综合试验车、人工检测等方式来检查线路的状态。检查结果直接输入综合数字通信网（ISDN），以及时指导有关部门实施维修。近两年来，更是应用了“表面残余应力检验”的新技术，来对线路状态进行预防性检测，更加精确、高效的指导维修和养护工作。法国国铁(SNCF)将轨道、车辆及其相互作用与轨道维修作为一个系统来考虑。轨

5、道状态通过步行和驾驶室目视检查，用“莫赞”（MOZAN）轨检车动态检查线路几何状态，检查结果作为制定短期和中期维修作业计划的依据。近年来，欧洲ACEM Rail检测技术的诞生，通过数据来科学合理的制作最合理的养护方案，提供用于评估预防性养护作业、任务自动化、组件更换的信息和数据。除此之外，比如重载铁路比较发达的国家-美国、澳大利亚等国家，近年来采用预防性打磨，在列车轴重大于30 吨的情况下，曲线地段钢轨使用寿命达到通过总重10亿吨，直线地段钢轨使用寿命超过通过总重15亿吨。美国的重载铁路采用铺设高强度钢轨、有效的钢轨打磨措施以及合理的轮轨滑润延长钢轨使用寿命；澳大利亚的重载铁路采用铺设高强度钢

6、轨、及时打磨车轮和钢轨断面、合理的轮轨润滑延长钢轨使用寿命；南非的重载铁路采用在钢轨内侧喷油和定期打磨钢轨延长钢轨使用寿命。反观国内，对此项研究甚少，仅有个别铁路局对此有一系列的研究，并有一定的效果。太原铁路局针对大秦铁路钢轨存在的问题，开展钢轨伤损规律及预测疲劳寿命研究、高强度钢轨的研究和试验、钢轨快速打磨及轮轨润滑技术研究、轨道强化技术和措施研究、热塑性弹性体垫板研究和试验、延长隧道内轨枕板使用寿命和道床固化技术研究，提出钢轨使用寿命延长措施和开展科学养护维修的研究等建议。通过对大秦铁路钢轨使用寿命的研究和采取的延长措施，2007年铺设的钢轨通过总重达到15亿吨，2008年铺设的钢轨通过总

7、重达到12亿吨。目前，钢轨使用状态可控，其寿命提高66.6%。三、研究意义3.1 促进铁路事业的发展；线路是列车高速、安全运行的基础设施，不论是整体，还是各组成部分都要有一定的坚固性和稳定性。受自然条件的影响和列车荷载的作用，线路设备的技术状态不断地发生变化。为适应高速运行和繁重运输任务的需要，必须采用先进的技术手段加强线路的养护维修工作，以保证线路的质量和行车安全。世界上一些国家在高速铁路线路的养护维修方面进行了大量的探索和实践。正确地认识和理解国外的实践成果，结合我国客运专线线路设备的特点，找出适合线路检修的模式，是尽快提高我国线路检修水平的捷径。因此，建立合理的养护计划，是促进铁路线路发

8、展的一大举措。3.2 延长铁路线使用寿命，减少经济投入、损失；铁路线路养护维修的主要特点是按设备的状态进行必要的适度维修，即“状态修”。线路“状态修”是以线路设备运用状态为基础，通过监测手段来掌握线路设备的工作状态，对照状态标准分析确定线路设备是否处于正常状态，在线路设备状态临近失效控制线但尚未出现故障时，进行适当和必要的维修，做到既不失修也不过剩修，避免养护维修中的盲目性，使设备始终处于可靠受控状态。而实现这一要求，既符合当前铁路高速发展的要求，也能减少铁路维护过程中过量修、失修、剩休的损失。铁运【2006】146号文件中明确规定，目前60kg/m无缝线路通过总重7亿吨后就要进行一次大修，7

9、5kg/m无缝铁路通过总重9亿吨后需要进行。而从太原大秦钢轨进行科学养护后的结果可以看出钢轨通过总重大幅度提高了。因此，从可持续发展、高效节能发展的角度讲，进行科学的养护是十分必要的。四、项目可行性分析4.1政策上我国线路养护维修组织管理以“修养分开”为目标，鼓励专业维修公司的发展，注重线路维修质量以及维修新技术的应用，以适应客、运线路的养护维修。建设合理的养护计划，是与铁路发展方向一致的，是为提高铁路运行质量，保证列车安全运行的方针是一致的，也是可行的。4.2技术上本次项目在技术方面可行性主要包括以下几个方面： 国外经验国外铁路发展的共同特点是将线路变为少维修或不维修的轨道，以省力、经济、高

10、效的新型线路维修为目标。其维修水平主要表现在采用先进的检测系统、高度机械化作业方式、科学诊断和自动化管理方面。可以说，国外高质量的维护技术可以为我们提供丰富的经验和借鉴的方法优秀的技术资源郑州铁路局，是中国铁路总公司管理的大型铁路运输企业的18个铁路局之一，简称“郑局”。郑州铁路局管内营业线路16条（包括支线）纵横交织，对于沟通内地与沿海及全国各地区之间的旅客运输和物资交流起着重要作用，素有“中国铁路心脏”之称。郑州铁路局是这次项目中的调控者和需求方，不仅是对项目试验地点、时间选择的调度中心，还可以对项目本身提供合理有效的数据。五、项目建设方案5.1、建立钢轨探伤、线路动静态检查数据分析系统，

11、研究钢轨伤损变化规律；预防性打磨的前提是明确的知道钢轨与通过总重之间的数学关系，通过线性或非线性的特征来判断是否需要进行打磨。前期进行测试、试验、分析研究出钢轨伤损规律，建立钢轨探伤、线路动静态检查数据分析系统是项目建设第一步，也是建设整个科学养护计划的前提。5.2、制定科学合理的养修模式，设定合理的打磨计划，指导打磨车作业；根据分析的结果，判定出需要打磨的周期，制定打磨计划，进而达成科学的预防性打磨。5.3、建设数字化科学养修体系；5.4   具体实施方式和细节：    （1）选取某段铁路作为试验段，长度在5±3km范围内

12、，此试验段具备车流量大、易损伤、易测量等特点；    （2）结合工务机械段原有数据（包括打磨周期、打磨次数、打磨时间、钢轨磨耗、损伤产生形式、损伤发生时与铁路通过总重之间的对应关系等），建立原始数据库；   （3）每当列车通过一次，则对试验铁路段每隔100-500m范围内进行一次测试及数据采集，并将数据及时更新到数据库；   （4）重复进行第（3）步骤，直至根据数据能够清晰的计算得出钢轨轨面应力损伤时对应的轨面应力临界值，如图1；轨面应力值铁路通过总重/MGT临界值图1    （5）根据得出的数据对钢轨轨面（0.1mm以内）应力损伤即将产生或刚刚产生时进行打磨修复，并检测修复后结果，记录保存；    （6）重复（5）步骤，建立数据库，构建数学模型，计