钢轨伤损及防治措施

张晓卓

摘要：钢轨是铁路轨道的重要部件，它直接承受车轮的荷载和冲击，尤其在复杂的运营条件下，由于机车车辆对钢轨的动力作用，自然环境和钢轨本身质量等原因，钢轨的伤损是不可避免的。钢轨的伤损是轨道上存在的一个大问题，直接影响行车安全，因此我们对钢轨的伤损要充分认识，并做出切实可行的防治措施，合理使用钢轨以便延长钢轨的使用寿命，确保行车安全。

关键词：钢轨伤损；防治措施；合理使用

一、概述

钢轨伤损是指钢轨在使用过程中发生裂纹、折断、磨耗及其他影响和限制钢轨使用性能的病害。在复杂的运营条件下，钢轨的伤损是不可避免的。伤损的原因很复杂，既有钢轨生产过程中产生的缺陷，又有运输、铺设、和使用过程中出现的问题。

钢轨伤损是轨道上存在的一个大问题，它直接影响行车安全。掌握钢轨伤损发生和发展的规律、加强钢轨的使用管理、延长钢轨的使用寿命、确保行车安全，具有重要意义。

二、钢轨伤损的主要特征

随着钢轨等级及轨下基础刚度的增加，轨头接触疲劳伤损上升为钢轨实效的主要机理。通常钢轨伤损还与线路的类型有关，如无缝线路轨头核伤比例较高，普通轨道上轨端螺孔开裂较多，小半径曲线外轨侧磨较严重等。

随着重载铁路的发展，钢轨损伤类型发生了一些新的变化。重载铁路通常采用内燃、电力机车牵引，由于这类机车轮径较小，轮轨接触应力大，远超过钢轨的允许值，成了钢轨伤损的主要原因。且由于它们起动加速大，经常因空转擦上钢轨，同时因其悬挂结构刚度大，还是钢轨垂直磨损加剧。

三、轨头核伤

轨头核伤是最危险的一种伤损形式，会在列车作用下突然断裂，严重影响行车安全。

(1)核伤形成的主要原因

①钢轨的材质不良，钢轨中存在气孔、夹杂。

②轧轨质量不良，钢轨内部轧轨过程产生缺陷。

③线路养护质量。

④线路的行车速度、轴重、运量等。

(2)防止和减缓核伤的产生和发展的主要措施如下：

①提高钢轨质量，以防制钢轨中存在核伤源。

②改善线路质量，提高弹性和平顺性，从而减少动荷载对轨道的冲击。

③提高轧轨质量，减少钢轨的质量缺陷。

④利用大型超声探伤列车或小型钢轨探伤车对钢轨进行探伤，以早发现核伤，及时治理。

四、钢轨磨耗

直线及大半径曲线线路换轨的主要控制因素是核伤，而在小半径曲线换轨则主要是因为钢轨的磨耗。钢轨磨耗主要有侧面磨耗﹙包括直线上两股钢轨交替不均匀侧磨﹚、垂直磨耗、鞍形磨耗、和波浪形磨耗等。

鞍形磨耗是指钢轨接头处，由于轨端淬火后硬度提高而其交界处轨顶面硬度较低，在列车冲击荷载下造成淬火表面交界处产生坑洼，而淬火端几乎没有磨耗，形成了马鞍形状的顶面，鞍形磨耗可以通过焊补而修复。

垂直磨耗是指钢轨轨面高度上的磨耗。垂直磨耗在一般情况下是正常的，但磨耗量会随着通过量的增加而增大。在曲线上，垂直磨耗是由于超高设置不合理而引起的，里轨垂直磨耗表现为轨头压溃、轨头压偏、宽度增加，可以通过适当调整轨道几何尺寸来解决。

1.侧面磨耗

钢轨侧面磨耗是指钢轨作用边的磨耗，它属于塑性变形磨损、粘着磨损和疲劳伤损的综合机理，最终形态犹如切削。侧磨主要发生在小半径曲线的外股钢轨作用边上，它是小半径曲线上钢轨报废的主要原因之一，在许多小半径曲线上，钢轨的使用寿命只有半年左右。

2.波形磨耗

波形磨耗是指轨顶出现波浪状的不均匀磨耗，实质上是波浪压溃。。波形磨耗按波长不同可分为两类：一类为波纹磨耗，其波长为30～80mm，多发生在大半径曲线上，甚至是直线上；另一类为波浪磨耗，波长为80～600mm，甚至长达2m左右，多发生在小半径曲线上。在我国货运为主的石太线上，波浪形磨耗十分严重。

(1)产生波形磨耗的主要原因是：

①钢轨顶面的初始平整状态。

②钢轨的材质。

③轮轨的接触关系。

④线路的养护质量。

(2)预防波形磨耗的措施是：

①及时打磨产生波形磨耗的钢轨。

②改善钢轨顶面的初始状态，对新铺设的钢轨进行预打磨，是钢轨有一个良好的初始状态，延长波形磨耗出现的时间。

③提高线路的养护质量，减少轮轨作用力。

解决波磨问题，至今还没有有效的方法，主要靠机械打磨。

五、钢轨接触疲劳伤损

由于轴载、列车运行速度及运量不断提高，轨头接触疲劳伤损增多，不仅成为直线钢轨而且也是大半径曲线钢轨实效的主要原因。

(1)轨头工作边上圆角附近的主要是由以下因素引起：

①由夹杂物或接触剪应力引起纵向疲劳裂纹而导致剥离。

②导向轮在曲线外轨引起剪应力交变循环促使外轨轨头疲劳，导致剥离。

③车轮及轨道维修不良加速剥离的发展。通常剥离会造成缺口区的应力集中并影响行车的平顺性，增大动力冲击作用，又促使缺口区域裂纹的产生和发展。

缺口区的存在，还会阻碍金属塑性变形的发展，使钢轨塑性指标降低。

(2)减缓钢轨接触疲劳伤损的措施有：

①净化轨钢，控制杂物的形态。

②采用淬火钢轨，发展优质重轨，改进轨钢力学性质。

③改革旧轨再用制度，合理使用钢轨。

④钢轨打磨；按轨钢材质分类铺轨等。

六、螺栓孔裂纹

钢轨端部轨腰钻孔后，强度削弱，螺栓孔周围产生较高的局部应力，在列车冲击荷载作用下，螺栓孔裂纹开始产生和发展，并出现疲劳伤损。

(1)产生螺栓孔裂纹的主要原因是：

①钻孔质量不良，钻孔周边不光滑。

②养护方法不当，造成线路弹性不良；因基础弹性不够而在接头处产生很大的瞬时冲击力﹙一般称为p1力﹚，以及钢轨长度中部﹙又称为大腰处﹚的所有低频准静态力﹙称为p1力﹚等。

③道床板结、轨端低塌，高低，左右错牙及线路不良状态，加剧裂纹的发展。

④未及时整治钢轨接头病害，加大了轮轨之间的作用力等。

(2)主要的防治措施：

①加强接头养护，防止接头产生错牙、鞍形磨、低塌及道床板结，减小接头处的轮廓作用力。

②螺栓孔周边倒棱，防止周边应力集中，延长裂纹萌生期。

③增加接头弹性，在接头处铺设枕下大胶垫或在枕上铺设高弹性胶垫等来减少冲击力。也曾做过其他试验，如加大第一螺栓孔至轨端的距离，减少螺栓孔直径，可以减少螺栓孔应力的30﹪。

④采用无缝线路，取消钢轨接头，可以从根本上消除轨腰螺栓孔裂纹。

由上可见，造成钢轨伤损的原因很复杂，防止对策也应综合进行

七、钢轨打磨

对钢轨进行现场打磨始于本世纪50年代，最初用于整治波形磨耗，现已发展成为一种多功能的现代化养路技术。打磨的重点已从钢轨修理转身钢轨保养。钢轨的定期打磨，可以消除和延缓波磨、消除钢轨表面的接触疲劳层防止剥离掉块、对断面打磨还可改善轮轨接触条件，降低接触应力。根据钢轨打磨的目的及磨削量，钢轨打磨可分为三类：

(1)修理性打磨。主要用来消除钢轨的波浪形磨耗、车轮擦伤、轨裂纹以及接头的马鞍形磨耗，钢轨的一次磨削量较大，打磨周期长。但是这种打磨方式并不能消除引起波磨、钢轨剥离及掉块的潜在的接触疲劳裂纹，在以后列车通过时，这些裂纹还将继续扩展。

(2)预防性打磨。预防性打磨是在裂纹开始扩展前将这此裂纹萌生区打掉，近来已发展成为控制钢轨接触疲劳的技术。它力图控制钢轨表面接触疲劳的发展，打磨周期较短，以便在钢轨表面裂纹萌生时就予以消除。

(3)钢轨断面打磨。对曲线地段的钢轨断面进行非对称打磨能明显降低轮轨横向力和冲角，达到减轻钢轨侧磨的目的。

参考文献

[1]何宏斌.现代轨道原理与维修技术.成都:西南交通大学,2007-8.

[2]刘兴文.铁路轨道.成都:西南交通大学,2011-2.