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近年來隨著我國(guó)軌道交通的快速發(fā)展，鋼軌傷損這種情況已逐漸明顯的加重。鋼軌傷損不僅影響行車品質(zhì)，甚至可能導(dǎo)致斷軌，嚴(yán)重影響行車的穩(wěn)定性和安全。因此，提高軌道交通鋼軌使用壽命，已成為目前急需解決的問題。鋼軌打磨是線路養(yǎng)護(hù)維修中的一種重要方法，也是用來提高鋼軌壽命和使用性能的一種手段，經(jīng)過大量實(shí)踐和理論研究，都印證了這種措施的實(shí)用性和可靠性。鋼軌打磨已得到國(guó)內(nèi)外廣泛的應(yīng)用，并能有效提高軌道交通鋼軌使用壽命。
2018年，一種全新的打磨技術(shù)被引入中國(guó)——曲面打磨，也叫切線打磨，它與傳統(tǒng)的打磨最大的不同之處就是在于砂輪與鋼軌在打磨時(shí)的接觸位置：傳統(tǒng)的打磨利用砂輪的軸向面，也就是平面與鋼軌進(jìn)行磨削（見圖1），而曲面打磨則是利用砂輪的徑向面，也就是圓周曲面與鋼軌接觸磨削。見圖2，砂輪曲面與鋼軌的縱向水平線相切，所以也叫切線打磨。
圖1傳統(tǒng)杯型打磨
圖2曲面打磨
正是因?yàn)榧夹g(shù)原理的巨大差異，所以與傳統(tǒng)打磨技術(shù)相比，曲面打磨有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。下面以意大利MecnoService公司生產(chǎn)的MS-12S型（見圖3）打磨車為基礎(chǔ)，闡述曲面打磨的幾個(gè)典型特點(diǎn)。
圖3 MS-12S打磨車
一、 打磨質(zhì)量的優(yōu)越性。
曲面打磨原理利用砂輪“自銳”特征，使用砂輪打磨后形成的弧面，僅用4-5片砂輪便能完全覆蓋鋼軌表面，其中至少有2組砂輪是鎖定在一個(gè)位置，因此在以下幾個(gè)方面有著特別的優(yōu)勢(shì)：
1.橫向廓形：弧面飽滿，沒有小平面，見下圖4-1為曲面打磨后的形面，圖4-2為傳統(tǒng)杯型打磨后的形面。
圖4-1曲面打磨后形面
圖4-2 傳統(tǒng)打磨后形面
2.縱向平順度：有2組磨石設(shè)計(jì)在同一縱向平面，這對(duì)于處理焊接頭和波磨效果良好。見圖5-1及圖5-2焊接頭打磨處理前后對(duì)比。
圖5-1
圖5-2
3.粗糙度：見圖6，打磨后鋼軌表面粗糙度平均不到4μm。
圖6 打磨粗糙度
二、 作業(yè)效率和能力的多變性：
該車設(shè)計(jì)一共有12個(gè)砂輪，每邊6個(gè)，但如前面描述的那樣，一般4-5片砂輪就能完全覆蓋鋼軌表面，實(shí)際上這取決于所選砂輪的厚度。該車另一特別之處就是，可根據(jù)鋼軌的不同需求，使用硬度、厚度不一的砂輪。
1.打磨砂輪因地制宜，靈活組合：如不需修改廓形，則只用內(nèi)外兩片60mm厚的砂輪便能覆蓋整個(gè)鋼軌表面，完成一遍平均0.2mm左右的打磨量。而針對(duì)內(nèi)側(cè)有肥邊的病害狀況，可以設(shè)置25mm的砂輪專門用來高效削除病害。另外，如需打磨例如60N等在軌距角處磨削量大的廓形，可以使用35mm厚度的砂輪設(shè)置在該區(qū)域。總之，能根據(jù)不同的工況需要，設(shè)置不同的砂輪厚度組合，完成有針對(duì)性的打磨。
2.打磨遍數(shù)：鑒于砂輪的不同組合，最少一遍可以實(shí)現(xiàn)新軌預(yù)打磨，達(dá)到去除脫碳層的目的。而打磨量較大的廓形修復(fù)，一般6-8遍也能達(dá)到設(shè)計(jì)廓形。
3.作業(yè)速度：平均1-2km/h的作業(yè)速度，能在慢速的走行中觀察打磨狀況，及時(shí)調(diào)整打磨策略。這對(duì)于打磨道岔優(yōu)勢(shì)明顯。
三、 無障礙設(shè)計(jì)的作業(yè)范圍
鑒于曲面打磨的磨石設(shè)計(jì)，磨石在作業(yè)過程中不會(huì)干涉鋼軌兩邊的各類設(shè)施，因此該打磨車幾乎是無太多的障礙物影響作業(yè)，作業(yè)時(shí)不需要額外拆除鋼軌兩旁設(shè)備。
1.道岔：可打磨道岔的任何區(qū)域，包含尖軌、岔心位置，但為防止該區(qū)域的打磨影響道岔相關(guān)幾何參數(shù)，在該區(qū)域打磨量控制較為謹(jǐn)慎，而曲尖軌和直尖軌的基本軌區(qū)段、曲基軌、直基軌區(qū)段，可以不受任何限制。
2.線路：線路中的各類設(shè)施，比如計(jì)軸器、自動(dòng)潤(rùn)滑裝置、護(hù)軌、人防門等，均不影響打磨作業(yè)。
3.槽型軌：普通輪對(duì)通過有軌電車專用的槽型軌時(shí)，輪緣厚度決定了通過道岔的安全系數(shù)。MecnoService曲面打磨車設(shè)計(jì)可置換輪對(duì)，在打磨槽型軌時(shí)使用較薄輪緣的輪對(duì)，能安全地在槽型軌上運(yùn)行和作業(yè)。另外該車的曲面打磨設(shè)計(jì)也能輕易避開軌槽，從而輕易完成打磨作業(yè)。
4.極端線路狀況：該車走行系統(tǒng)為機(jī)械傳動(dòng)，能在80‰的坡度上作業(yè)；另外該車較小的外形尺寸（長(zhǎng)13962mm*寬2320mm*高2700mm）也能讓它順利通過20米的小半徑彎道，對(duì)于城市軌道而言，這是非常重要的作業(yè)能力。
打磨實(shí)際效果分析：
根據(jù)引入該打磨技術(shù)的北京同和時(shí)代科技有限公司負(fù)責(zé)人介紹，在2018年，他們利用Mecno曲面打磨技術(shù)，一共在三種不同的場(chǎng)合下進(jìn)行了打磨效果驗(yàn)證：
一是在川藏線成蒲段進(jìn)行了道岔和站線新軌廓形打磨。成蒲段是川藏鐵路的先導(dǎo)段，設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)時(shí)速200km/h，按照鐵路管理部門的要求，該區(qū)段道岔60D和60N兩種高鐵適用廓形，最大打磨量在軌距角區(qū)域達(dá)到1.3mm。該車作業(yè)8-10遍可達(dá)到60N設(shè)計(jì)廓形，并在后期運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，打磨后的廓形對(duì)于預(yù)防道岔曲股早期側(cè)磨和魚鱗紋有著非常重要的作用。下圖7是打磨后的道岔宏觀狀態(tài)，圖8是打磨廓形對(duì)比。
圖7 道岔打磨后
圖8 打磨后廓形與設(shè)計(jì)廓形比對(duì)
二是在廣州有軌電車海珠試驗(yàn)段進(jìn)行槽型軌修復(fù)性打磨。廣州有軌電車敷設(shè)在珠江邊上，沿途經(jīng)過兩個(gè)高檔住宅小區(qū)，因接頭和波磨的原因?qū)е螺嗆壗佑|噪聲讓居民抱怨。經(jīng)過打磨后，輪軌關(guān)系改善明顯，列車運(yùn)行噪聲最大降低了5分貝。圖9是波磨打磨前后對(duì)比，圖10噪聲打磨前后測(cè)試結(jié)果。
圖9 波磨打磨前后數(shù)據(jù)（深藍(lán)色為打磨前，亮青色為打磨后）
圖10 打磨前后噪聲測(cè)量值
三是在濟(jì)南地鐵R1線進(jìn)行全線新軌預(yù)打磨。相關(guān)研究證明，新軌在開通前進(jìn)行預(yù)打磨對(duì)鋼軌，去除表面脫碳層和部分安裝時(shí)造成的病害，能在后期運(yùn)營(yíng)中大大降低鋼軌出現(xiàn)疲勞傷損的幾率，尤其是微小裂紋、擦傷、焊接頭不平順等，能起到很好的消除作用。下圖11為打磨線路后的宏觀表面。
圖11 濟(jì)南地鐵打磨后宏觀形面
另外，該車設(shè)計(jì)能快速分解和組合，利用汽車運(yùn)輸至打磨地點(diǎn)（見圖12），這對(duì)于打磨調(diào)度十分便利，尤其是城市地鐵線路中，部分線路沒有聯(lián)絡(luò)線，無法提高打磨車的利用率，該車的設(shè)計(jì)能很好地解決這一問題。
圖12 曲面打磨車的快捷運(yùn)輸
在不同的場(chǎng)合和工況下，該車表現(xiàn)堪稱完美，既能和傳統(tǒng)打磨一樣為鋼軌的病害修理，延長(zhǎng)鋼軌壽命上表現(xiàn)卓越，又能在傳統(tǒng)打磨受限區(qū)域發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，填補(bǔ)技術(shù)空白。這將是未來打磨技術(shù)的先驅(qū)力量，為軌道交通行業(yè)的工務(wù)維保添磚加瓦，發(fā)光發(fā)熱。
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