一种钢轨打磨方法技术

本发明专利技术涉及一种钢轨打磨方法，包括以下步骤：S1：确定不同通过总重时的钢轨裂纹的理论深度；S2：根据步骤S1获取的钢轨的裂纹理论深度，结合打磨周期及钢轨的磨耗率，获取最佳磨耗率；S3：依据获取的最佳磨耗率对钢轨进行打磨。与现有技术相比，本发明专利技术根据钢轨磨耗和疲劳裂纹情况，设计合理的钢轨打磨参数，即打磨周期和打磨量，在某一时期“捕捉”到裂纹的发展，从而平衡钢轨裂纹和磨耗，该平衡点就是最佳磨耗率，即在裂纹扩展的适当时机，将钢轨打磨和轮轨自然磨耗合理结合，以最小的钢轨金属磨耗量来达到消除钢轨裂纹，从而能够有效地延长钢轨的使用寿命，降低钢轨的维修养护成本，保证钢轨使用的安全性。

A grinding method for rails

The invention relates to a rail grinding method, which comprises the following steps: S1: determining the theoretical depth of rail cracks at different total weights; S2: obtaining the optimum wear rate according to the theoretical depth of rail cracks obtained by S, combining the grinding cycle and rail wear rate; S3: advancing the rail according to the optimum wear rate obtained; Grind. Compared with the prior art, the invention designs reasonable rail grinding parameters according to rail wear and fatigue crack conditions, i.e. grinding cycle and grinding amount, to \catch\ the development of cracks at a certain period of time, so as to balance rail crack and wear. The balance point is the optimal wear rate, that is, the appropriate time for crack propagation. By combining rail grinding with wheel-rail natural wear reasonably, the rail cracks can be eliminated with the minimum rail metal wear, thus effectively prolonging the service life of the rail, reducing the maintenance cost of the rail and ensuring the safety of rail use.

【技术实现步骤摘要】
一种钢轨打磨方法
本专利技术涉及钢轨养护
，尤其是涉及一种钢轨打磨方法。
技术介绍
钢轨表面滚动接触疲劳裂纹和磨耗是影响铁路和城市轨道交通钢轨寿命的常见病害，轻则影响钢轨探伤、轮轨运行状态，重则减少钢轨使用寿命、增加养护维修成本，甚至引起断轨。这些钢轨伤损，除了与材质有关外，主要是受不良轮轨关系的影响。为延缓钢轨滚动接触疲劳伤损和磨耗的发展、延长钢轨使用寿命，必须采用现代化的钢轨养护手段来实现。目前，世界各国的铁路和城市轨道交通都将钢轨打磨/铣磨技术作为缓解钢轨滚动接触疲劳和磨耗问题的主要手段。无论是钢轨打磨还是铣磨，其目的都是清除钢轨表面已经发生疲劳裂纹的金属层，阻断微裂纹向钢轨深处发展，恢复与车轮型面能良好匹配、得到应力较小的钢轨型面，从而达到延长钢轨使用寿命周期、减少养护和管理成本的目的。在钢轨打磨/铣磨技术的应用中，存在多种打磨策略，包括：(1)新轨预打磨，即在新线钢轨铺设后对新铺钢轨进行打磨，在于消除钢轨生产及运输过程中产生的原始不平顺、钢轨头部表面脱碳层、钢轨头部表面残余应力层，并尽量减小钢轨头部表面的原始粗糙度，从而修正钢轨初始不平顺，延迟钢轨疲劳的发生时间；(2)预防性打磨，即在钢轨使用期内，在轨面裂纹萌生阶段、尚未扩展之前，对钢轨进行经常性的、快速的、少打磨量的打磨操作，以消除萌生裂纹、维持一个优化的钢轨外形断面，改善轮轨接触关系，最大限度地预防钢轨表面疲劳裂纹的出现；(3)修理性打磨，即当钢轨伤损超过一定限度后，实施打磨作业，以消除钢轨的各种缺陷为重点，采用大打磨量，恢复钢轨外形断面的打磨形式。钢轨打磨/铣磨技术中的主要技术参数，包括钢轨打磨量(铣磨中称为钢轨切削量)和钢轨打磨(铣磨)周期，会影响打磨遍数、打磨设备作业速度等。为科学使用打磨设备、有效延长钢轨使用寿命，必须根据典型线路下钢轨滚动接触疲劳裂纹和磨耗的发展规律设计合理的钢轨打磨/铣磨作业技术参数。现场观察发现，钢轨疲劳裂纹和磨耗的发展是同时存在的两种损伤形式，两者此消彼长、相互影响。对小半径曲线钢轨的跟踪观察证实，钢轨在上道初期就很快出现表面疲劳裂纹，并发展成剥离掉块，随着通过总重的累积，轮轨磨耗逐渐增加，则表面疲劳裂纹不再迅速增加，而呈一种相对“稳定”的状态，直至最后，钢轨因严重侧磨而下道。这说明钢轨疲劳裂纹扩展和磨耗发展之间有相互影响的机制，当钢轨磨耗速率较大时，表面疲劳裂纹还未来得及发展成形或密布于表面就被磨耗掉，这时，钢轨寿命受磨耗控制；当磨耗速率较小时，大部分表面疲劳裂纹没有被磨掉而继续向钢轨内部发展，这时，钢轨寿命受裂纹控制。但是，在轮轨实际接触过程中，特别是抗磨耗强的硬质合金钢轨使用后，轮轨之间的作用往往导致较低的磨耗率，通过曲线时，虽然钢轨磨耗率较大，但轮轨之间作用力更大，导致疲劳裂纹萌生和扩展更快。因此，为了控制和减缓疲劳裂纹伤损，就需要引入人工磨耗干预，即钢轨打磨，从而平衡磨耗和裂纹的消长关系。钢轨打磨是一个可控制的人为磨耗的过程，通过掌握钢轨磨耗和疲劳裂纹发展情况，设计合理的钢轨打磨技术参数，如打磨周期和打磨量，在某一时期“捕捉”到裂纹的发展，从而平衡钢轨头部裂纹和磨耗，这个平衡点就是最佳磨耗率。即在裂纹扩展的适当时机，将钢轨打磨和轮轨自然磨耗合理地结合，以最小的钢轨头部金属损失量来达到消除钢轨头部裂纹，从而达到裂纹-磨耗消长平衡的目的。在每个预防性钢轨打磨周期后，就形成了没有裂纹的、良好状态的、保留运行面硬化层的钢轨表面。这与修理性打磨形成了鲜明的对照，后者对已经变形和表面产生裂纹的钢轨头部进行大量、多遍数的打磨，磨掉了硬化层，留下了存在一些残余裂纹的软质金属层(因为最深的裂纹没被消除)，结果更容易产生塑性变形和滚动接触疲劳。周期性、预防性打磨也促使最大剪应力的深度逐渐向钢轨头部内部深入，防止应力在钢轨头部内部任何一点保持一定的时间。这对含有杂质的钢轨尤为重要，对相对纯净的钢轨也同样有效。然而，现有技术依靠经验决定打磨参数，无法保证获取参数的准确性和钢轨使用的安全性。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种钢轨打磨方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种钢轨打磨方法，包括以下步骤：1)确定钢轨的裂纹理论深度；2)根据步骤1)获取的钢轨的裂纹理论深度，结合打磨周期及钢轨的磨耗率，获取最佳磨耗率；3)依据获取的最佳磨耗率对钢轨进行打磨。优选地，所述的裂纹理论深度为通过总重为Q时的裂纹理论深度其表达式为：式中，Q为通过总重，hQ为通过总重Q时钢轨的裂纹实际深度，为通过总重Q时的裂纹观测位置上的钢轨头部垂直磨耗量。hQ采用金相观测、无损检测或仿真预测获取。在预防性打磨周期内，影响最佳磨耗率的因素包括以下两种情况：(1)从磨耗考虑，最佳磨耗率包括钢轨垂直磨耗速率与单位通过总重下的打磨量；(2)从理论裂纹深度考虑，最佳磨耗率与通过总重的乘积等于该通过总重时钢轨的裂纹理论深度。因此，获取最佳磨耗率ΔSm的公式为：式中，为钢轨垂直磨耗速率，为打磨量，QG为打磨周期，其中，的表达式为：钢轨的裂纹理论深度及钢轨头部垂直磨耗量选取平均值、平均值与标准差的组合或最大值的不同百分比的数据。因钢轨打磨通常为打磨车对左右两股钢轨同时进行作业，本专利技术利用打磨车对左右两股钢轨同时进行打磨，总的打磨周期根据左右两股钢轨各自不同的打磨周期和最佳磨耗率取交集确定。当打磨周期在500万吨～1亿吨通过总重，打磨量在0.1mm～1.5mm变化时，最佳磨耗率为最佳磨耗率与打磨量、打磨周期的曲面的交线。与现有技术相比，本专利技术根据实际钢轨磨耗和疲劳裂纹发展情况设计打磨周期和打磨量，目的是在某一时期“捕捉”到裂纹的发展，从而平衡钢轨头部裂纹和磨耗，该平衡点就是最佳磨耗率，即在裂纹扩展的适当时机，将钢轨打磨和轮轨自然磨耗合理地结合，以最小的钢轨头部金属损失量来达到消除钢轨头部裂纹，从而能够有效地延长钢轨的使用寿命，降低钢轨的维修养护成本，保证钢轨使用的安全性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术方法的流程图；图2为钢轨纵断面裂纹-磨耗消长平衡机制示意图；图3为钢轨横断面裂纹-磨耗消长平衡机制示意图；图4为磨耗和理论裂纹深度控制的股钢轨的最佳磨耗率曲线图；图5为打磨量与确定的打磨周期的关系曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例一种钢轨打磨方法，其处理流程如图1所示，包括以下步骤：S1：确定钢轨裂纹的理论深度。S2：根据步骤S1中的钢轨裂纹的理论深度，结合打磨参数及钢轨的磨耗率之间的关系，进行打磨参数和最佳磨耗率的优化计算。S3：依据获取的最佳磨耗率对钢轨进行打磨。如图2～图5所示，钢轨磨耗和裂纹的扩展有一定关联，磨耗的快慢制约着裂纹扩展的明显与否。裂纹的存在说明需要钢轨打磨或铣磨等人工磨耗的介入，才能更好的减缓和控制钢轨裂纹扩展。根据裂纹和磨耗观测数据，以及与通过总重结合得到的裂纹扩展速率和磨耗发展速率，就可以分析裂纹理论深度、打磨周期与磨耗发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢轨打磨方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：确定钢轨的裂纹理论深度；S2：根据步骤S1获取的钢轨的裂纹理论深度，结合打磨周期及钢轨的磨耗率，获取最佳磨耗率；S3：依据获取的最佳磨耗率对钢轨进行打磨。

【技术特征摘要】
1.一种钢轨打磨方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：确定钢轨的裂纹理论深度；S2：根据步骤S1获取的钢轨的裂纹理论深度，结合打磨周期及钢轨的磨耗率，获取最佳磨耗率；S3：依据获取的最佳磨耗率对钢轨进行打磨。2.根据权利要求1所述的一种钢轨打磨方法，其特征在于，所述的裂纹理论深度为通过总重为Q时的裂纹理论深度其表达式为：式中，Q为通过总重，hQ为通过总重Q时钢轨的裂纹实际深度，为通过总重Q时的裂纹观测位置上的钢轨头部垂直磨耗量。3.根据权利要求2所述的一种钢轨打磨方法，其特征在于，在预防性打磨周期内，影响最佳磨耗率的因素包括以下两种情况：(1)从磨耗考虑，最佳磨耗率包括钢轨垂直磨耗速率与单位通过总重下的打磨量；(2)从理论裂纹深度考虑，最佳磨耗率与通过总重的乘积等于该通过总重...

【专利技术属性】
技术研发人员：周宇，黄旭炜，张聪聪，韩延彬，木东升，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31