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1、高速铁路钢轨预打磨技术以开行 CRH380A 高速动车组为标志、时速高达 350 公里的高速 铁路，不仅对轨道几何尺寸提出了很高要求，而且对钢轨轨面状态 和轨头轮廓提出了极高要求。由于钢轨在制造、运输、焊接、铺设 等环节存在难以避免的缺陷或病害，新铺设钢轨难以完全适应动车 组高速平稳运行要求，轴向加速度、减载率、动力学指标无法有效 控制，人体感觉有晃车、抖动等不良反应，严重影响列车运行品质 甚至威胁高速行车安全。2010 年，上海客专维修基地精心组织、全 力以赴，以最快速度消化吸收新型引进装备 -PMC-96C 钢轨打磨车 设备技术，联合铁道部科学研究院、同济大学和设备制造商美国 HTT 公司
2、，分析研究高速铁路轮轨接触病害，科学试验作业效果，攻克 打磨作业技术关键，在全路率先成功运用 96 头钢轨打磨车实施高速 铁路钢轨预打磨，出色完成沪杭、沪宁城际高铁和京沪高铁先导段 打磨任务，取得很好效果。一、高速铁路轮轨接触病害分析早在 2010 年我国武广高速铁路试运行期间，曾发生连续晃车报 警致动车组自动停车。 3 月初，铁道部高速技术组在组织调研动车 晃车原因分析时，发现除钢轨顶面正常轮轨接触光带外，钢轨内侧 圆弧角处也出现明显接触光带，形成轮轨之间在同一钢轨断面的两 处接触，即“双光带”，其表现形式或连续、或间断、或单侧、或双 侧，这种“双光带”问题在我局先期开通运营的沪宁城际高铁也
3、普 遍存在，是造成动车晃车的重要原因。法国高速铁路铺设 UIC60 标准钢轨，设计轨底坡为 1:20。我国 高速铁路铺设 U71MnK 标准钢轨，钢轨轮廓与 UIC60 标准钢轨相同， 但设计轨底坡 1:40，与我国铁路普通既有线一致。显而易见，与 1:20 轨底坡设计相比，1:40 的轨底坡减少了钢轨内倾幅度，钢轨内侧圆 弧角相对抬高了 09mm，这是导致其与车轮轮缘之间构成不良接触 的结构性原因。为此，同样采用 1:40 轨底坡设计的德国高铁，于 2003 年起铺设修正轨廓的 60E2 型钢轨。当然，如果改变轨底坡设计，必须改动轨下基础即轨道版或轨 枕设计，对已经开通运营的数千公里高速铁路
4、来说，不但影响巨大， 而且即使改变成 1:20 轨底坡，也很可能导致钢轨外侧过高，轮轨接 触光带外移，显然也不能保证最佳轮轨关系，同样可能影响动车组 平稳运行。因此，保留1:40 轨底坡设计不变，在高速铁路精调以后 开通运营之前，通过钢轨打磨，即高速铁路钢轨预打磨，“修正”（实 际上是“改变”）钢轨轮廓，是消除轮轨接触病害，实现良好轮轨关 系的唯一途径。这可能意味着，要利用打磨车“制造”出中国高铁 的 60E2 钢轨。此外，钢轨制造、运输、铺设施工中无法避免的断面轮廓尺寸 误差、轨面不平顺、轨头扭曲变形，尤其是焊接接头对轨错牙、扭 曲、打磨质量难以控制等产生的局部不平顺和前后相邻轨顶面连续 性
5、不良，均在不同程度上加剧影响动车组运行品质，表现为晃车、 抖动等人体感觉不良和水加、垂加等动态指标不佳，也需要通过钢轨预打磨解决。根据以上分析，我国高速铁路要求的钢轨轮廓，无疑只能通过 钢轨预打磨实现。为此，铁道部科学研究院经过分析论证和仿真计 算，针对我国高速铁路运行的I型、II型和V型三种动车组车轮断 面，在高速铁路钢轨维修实施细则（暂行）中提出对应的三种钢 轨预打磨断面轮廓标准。三种钢轨轮廓断面与我国标准钢轨轮廓之 间在内侧圆弧角区域存在明显差异，内侧圆弧角区域需要更大的切 削量，以避免其与车轮轮缘的不良接触。为保证通过钢轨预打磨实现高速铁路良好的轮轨关系，上海客 专基地组织专题研究，确
6、定以“轮轨接触光带集中且居中”为原则 以铁科院提出的三种轮廓标准为基础，根据上海局城际高铁运行动 车组种类，选择主型动车组对应的钢轨轮廓要求为主要对象，综合 考虑其他型号动车组和钢轨原始缺陷、病害打磨要求，研究提出钢 轨预打磨目标轮廓设计（见图 1）。图 1：高速铁路钢轨预打磨目标轨廓这一目标轮廓，首先保证04mm顶面基本切削量，以消除钢轨 表面脱碳层、细小裂纹和焊接接头不平顺；重要的是，在内侧圆弧 角处1. 2mm的大切削量设计，可以有效消除钢轨制造、运输、铺设、 焊接过程中产生的局部扭曲变形，避免钢轨内侧圆弧角与车轮轮缘 间的非正常轮轨接触，彻底破坏形成“双光带”所需的必要条件； 与此同时
7、，外侧0. 5mm的较大切削量，有利于轮轨接触区域更加集 中且居中，可避免光带外移。经请示铁科院专家认可后，正式确定 为我局高铁钢轨预打磨目标轮廓。96头钢轨打磨车是铁道部“十一五”计划引进的新型高效打磨 设备，作业时打磨车保持一定速度前进，作业系统装备的96个打磨 电机，驱动砂轮高速旋转磨削钢轨。鉴于高速铁路钢轨打磨的特殊 要求，设备制造商美国HTT公司并没有现成的打磨技术和施工经验。为此，HTT公司设计部门进行了仿真计算，按两遍打磨模式，提出砂轮布置、角度设定、电机功率、作业速度等参数组合设计方 案。为验证方案的实际效果，基地专门在浦东铁路新线安排作业试 验，以尽量保证与高铁打磨原始轨廓一
8、致的作业工况。经同济大学 交通运输工程学院专家教授轨廓测试仪现场测试，切削量和轨廓断 面并不能完全满足目标要求。经过技术分析，多次试验改进方案， 修正作业参数组合，终于使作业效果符合目标轨廓和切削量要求。9 月初，正值沪杭城际高铁开通前夕，上海客专基地96头新打磨车上 道试生产，就率先全路直接投入高铁钢轨预打磨施工。但是，由于高铁与既有线钢轨存在一定的硬度差异，高铁施工 期间，继续跟踪测试实际打磨作业效果是必要的。外侧切削量不足 内侧轨廓变化斜率过大、最大切削量位置内偏、光带略为偏宽等不 足，通过进一步参数调整最后都得以圆满解决，最终确定的高速铁 路钢轨预打磨作业模式、参数最佳组合为：打磨2遍
9、，作业速度18km/h,电机功率6075%。第一遍轨廓模式：砂轮角度从内侧 59到内侧 3、外侧 3 到外侧 9。第二遍顶面模式：砂轮角度从内侧 24到外侧 10。上海客专基地 96 头打磨车按照这一模式作业，实现了轨顶面 0.4mm、外侧0. 5mm、内侧圆弧角12mm切削量要求和目标轨廓设计 要求，光带集中、位置居中（略偏内侧），宽度2025mm，内侧距 钢轨作用边2225mm，外侧距钢轨外侧2527mm。自 2010 年 9 月上道以来至 2011 年 5 月，该打磨车已安全优质 连续完成沪杭、沪宁城际高铁和京沪高铁先导段及其蚌埠南至虹桥 全部上下行线路共计 1646km 高铁钢轨预打磨任务，最高日进度达 38km，为我国铁路在沪杭城际和京沪高铁先导段连续创造4168和 486.1km/h 运营铁路行车速度世界纪录做出了重要贡献。京沪高铁先导段动检车测试结果显示，钢轨预打磨后轨道动力 学指标得到明显改善，轴向加速度、减载率峰值明显下降；同时， 人体晃车、抖动等感觉不良处所大幅度减少，动车运行品质明显提升。2011 年 6 月 26 日
