地铁钢轨波磨的特征及治理措施

地铁钢轨波磨的特征及治理措施

浦喆

昆明地铁运营有限公司 云南   昆明  650000

    摘要：钢轨波磨就是指轨道在纵轴方向上因摩擦产生的一种波纹状耗损现象，且伴有不同的波长和振动频率。这种波磨现象会让车辆在经过时发出噪音、发生明显的摇晃，降低人们的乘坐舒适程度，缩短车辆及其结构部件的使用寿命，从而增加了其运行的危险程度，因此对于钢轨波磨要及时采取防范和控制措施，不能任波磨现象持续发展。本文通过对地铁钢轨波磨的特征进行研究，提出控制钢轨波磨的治理措施。

    关键词：地铁轨道；钢轨波磨；磨损治理

    钢轨波磨是一种非常繁杂的，因车辆行驶时车轮转动接触轨道产生的物理现象。这种现象在公路、汽车轮胎、火车轨道等具有反复滚动接触情况的位置时常发生。而波磨现象的存在对人们的出行造成了严重困扰，所以人们对这一问题的解决进度逐渐提高了关注程度。很多相关专业人员也加大了对波磨治理措施的研究力度，以便减少新的轨道产生波磨现象，同时控制现存轨道波磨状况的继续发展。

    1.地铁钢轨波磨的特征

    虽然如今地铁轨道在世界各个地区均有设置，其构造多种多样，行驶的地铁车型、路线也存在差异，但是所形成的钢轨波磨在经过专业人员研究后发现，其仍具备了时间集中性、曲线、车辆和轨道结构相关性等共有特征。

    1.1时间集中性

    钢轨波磨的严重情况多发生在新线开通和线路改建的前期。如美国某地区的轨道电车是在1889年开始运行，但在六年后，轨道就开始产生很大的波磨现象；甚至有些地区的轨道仅仅运行六个月就出现了钢轨波磨；对于西班牙和巴黎的地铁，都在曲线轨道上发现了钢轨波磨，有些地区在投入了弹性车轮后也在短时间内出现了曲线波磨；即使是在对轨道改造过路线后的地区，仍避免不了波磨现象的发生；北京、南京等地大都也在地铁运行后的1～6个月内发生了轨道波磨情况。

    1.2曲线相关性

    研究结果显示，钢轨波磨在半径较小的曲线轨道上最为常见，在半径较大的曲线和直线轨道上偶尔发现。比如：中国、法国、德国、美国等大部分地区的钢轨波磨线路均是以弧形为主的。通常，曲线上的波磨在低位置的轨道处较为明显，但一般来说，低位置轨道处的波磨较短，高位置的轨道处波磨较长。如在英国的某地区轨道上，高位置曲线轨道产生了400-500mm长的波磨，低位置曲线轨道产生了40-50mm长的波磨；在德国的某半径为80m的弧形轨道上，在高位置和低位置的轨道上都形成了大约160mm的波磨，但是低位置轨道处的波磨更为清楚。

    1.3轨道结构相关性

    轨道的构造也是造成钢轨波磨产生、发展的重要原因。虽然地铁运行本身就会生成波磨，但在线路轨道与其构件之间不匹配的情况下，波磨问题就会更加严重。如巴黎的某个地铁，其使用的套靴型轨枕轨道与直角扣件式轨道，在使用期间发现前一类型的轨道在低位置曲线处发生波磨现象的几率更大，且较为明显；北京的某一铁路轨道分别采用了传统式扣件、减振式扣件、弹性短轨轨道以及梯形轨枕轨道四种类型，而这四个种类的轨道都产生了不同频次的钢轨波磨，其中减振式扣件与地铁车辆发生不匹配的情况更多，发生波磨现象的次数也就更加频繁。

    1.4车辆相关性

    地铁车辆轮胎的踏面轮廓、轮对定位与悬挂刚度、悬吊质量是影响钢轨波磨产生的几个关键因素。在实际案例中，北美投入使用的地铁轨道，其提供动力的轮对在扭转振动时就会产生波磨；加拿大专业人员对当地地铁研究后表示，质量不好的轮胎踏面发生共形接触，加之其精准度较低的轮对定位，就会容易造成钢轨波磨；同时也有研究人员指出轨道的悬挂刚度在与悬吊结构发生共振的时候也会造成波磨，并且悬吊的质量增加，轮轨的动力就会加强，波磨现象也就会越发严重。

    2.针对地铁钢轨波磨的治理措施

   由于轨道波磨产生机制多样，且影响因素较多，至今仍没有发现最行之有效的处理方法，但可以通过轨道结构、运行构造、吸振器、轮轨界面摩擦调节以及车辆改进，来对轨道表面状况进行改善。

    2.1钢轨打磨

    以形成可控波磨为目的进行轨道打磨时，要考量的关键问题包括：轨道波磨的评估指数与控制限值；钢轨打磨的目标轮廓与方法；钢轨打磨的质量控制与评估等。与此同时，在进行打磨过程中，不仅要学习科学理论知识，还要选取高效率的打磨装备，是一种要考虑到波磨形成速率和轨道维修费用的系统性任务。另外，轨道波磨反应了车轮-轨道体系的动力学特性，波磨波长决定了其固有频率，在不平整波长没有打磨彻底的情况下，轨道波磨就会快速重现。因而，是否能够有效地去除车轮-轨道体系中的特定波长，是评估打磨效果的重要依据。

    2.2轮轨接触位置调整

    对于轨道线路中出现的轮轨共形接触所引发的波磨，要在直线型轨道位置处使用铺设改变轨距的方法来对接触位置进行更换，如将原本的线路里程分为四段，对轨距进行更改，即第一段轨距缩短13mm；第二段为标准轨距；第三段扩宽13mm；第四段扩宽25mm，进而可以将轮轨接触区范围拓宽，避免出现过度集中的轮轨共形接触。在此基础上，对平直轨道和弯道进行打磨，调整车轮和轨道之间的接触面，从而提高车轮的弯道通行能力，减小车轮受力和振动，便能达到控制轨道波磨发展的目的。

    2.3轨道结构与材质调整

    ①据国内外的轨道调查结果显示，扣件刚度是让轨道波磨产生的关键因素。因而刚度较低的扣件可以减少轨道内部电阻的变化，达到缓解波磨现象的目的；或是采用刚度较低的垂直支撑和刚度大的横向支撑相结合的轨道可以降低波磨产生的次数。但需注意，降低扣件刚度并不适用于所有轨道，使用效果也存在差异。②关于由轨道轮对扭振导致的钢轨波磨，首先可用数字模拟实验，对动态减振装置调节扭振频率以降低波磨的方法进行研究，便可发现，轨道减振器对短波长波磨的产生可以起到控制作用。其中轨道减振器的类型、安装位置也会对短波长波磨的缓解效果产生影响。③通过对某地区地铁中有波磨存在轨道和无波磨存在轨道的材质进行研究，发现磨损承受度低的轨道比较不容易产生波磨现象。

    2.4车辆结构改进

    ①为解决轮对定位问题引起的钢轨波磨现象，可把轮对定位的精确程度提升到±10角分再与其他控制措施进行配合，就能够很好解决波磨问题。②对于直线电轨的波磨情况，可对车辆的轴箱支撑度和悬吊质量进行相应的改进，采取垂直方向的轴箱支撑，降低支撑度以及悬吊式转向架，就能够减轻波磨程度。③在提高踏面质量时，要结合列车的动态特性及轮轨磨损特征，才能减轻波磨情况。如在温哥华某直线电轨，虽然改进后的踏面使电轨保持了一定平稳性，但是在行驶了大约20,000km后，车轮周边开始产生波纹状磨损。这就是因为只单纯的改变了踏面的问题，没有考虑到轨道、车辆的特点，导致改进后的踏面仍然与其不相符合，维修后很快出现同样的情况。

    结语：钢轨波磨问题广泛的遍布在国内外各种类型的地铁轨道中，其最易在新建轨道和维修后的线路上产生。这一现象的出现主要是和线路弯道的半径大小、轨道的构造、地铁的型号、车轮轨道的质量等具有一定关系。但是每个地区使用的轨道和车辆在性能、结构等方面各有不同，其波磨的治理效果也就存在差异，要结合实际地铁轨道和车辆的状况，反复实施和改进测验，才能发现适用性显著的控制方法。

参考文献：

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