當(dāng)前，利用鋼軌打磨技術(shù)進(jìn)行線路維護(hù)已成為國內(nèi)外軌道養(yǎng)護(hù)的共識。隨著我國鐵路運(yùn)營里程的不斷增加，有限的“天窗時間”和打磨作業(yè)的特殊性給線路維護(hù)帶來巨大挑戰(zhàn)，同時也推動了鋼軌打磨技術(shù)研究和應(yīng)用的快速跟進(jìn)。

      本文在總結(jié)鋼軌病害產(chǎn)生及預(yù)測模型的基礎(chǔ)上，介紹了打磨機(jī)理、打磨策略、打磨方式、打磨模式、打磨周期和質(zhì)量評價等鋼軌打磨相關(guān)方面的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，通過分析鋼軌打磨技術(shù)特點(diǎn)及鐵路維護(hù)需求，研究鋼軌打磨技術(shù)的發(fā)展趨勢。01

      １　鋼軌病害的產(chǎn)生及預(yù)測

　　列車在軌道上運(yùn)行時，輪軌之間的摩擦?xí)逛撥壉砻娌牧涎乜v向發(fā)生塑性形變。此外，由于車輪踏面具有一定錐度，受列車運(yùn)行動態(tài)特性和隨機(jī)因素的影響，列車向前運(yùn)動的同時會發(fā)生左右橫移，產(chǎn)生蛇形運(yùn)動，致使鋼軌表面材料沿橫向亦產(chǎn)生形變及磨耗。再者，輪軌之間的循環(huán)接觸會使鋼軌表面產(chǎn)生疲勞層，當(dāng)鋼軌材料的塑性形變和疲勞累積到限值后，其表面出現(xiàn)波浪型磨耗（簡稱波磨）、裂紋和側(cè)面肥邊，乃至剝落等病害，鋼軌表面的典型病害及其產(chǎn)生原因如圖１所示。

      除以上原因?qū)е落撥壉砻娈a(chǎn)生規(guī)律性病害外，線路鋪設(shè)狀況、運(yùn)營氣候條件、軌道曲線半徑、輪軌潤滑狀態(tài)等因素均影響著鋼軌隨機(jī)產(chǎn)生的病害。若鋼軌表面病害得不到預(yù)防或及時清除，惡化的輪軌關(guān)系會促使病害繼續(xù)加重并擴(kuò)展，造成輪軌關(guān)系和鋼軌病害之間的惡性循環(huán)，促使列車的運(yùn)行噪聲加劇，嚴(yán)重影響其運(yùn)行安全性和平穩(wěn)性。

      鋼軌打磨的主要目的是清除鋼軌病害，并修復(fù)鋼軌廓型以改善輪軌關(guān)系，使輪軌間的相互作用回歸到輪軌接觸的初始狀態(tài)。掌握鋼軌的規(guī)律性病害及其潛在特征影響下隨機(jī)病害的產(chǎn)生和發(fā)展規(guī)律，量化鋼軌病害萌生、擴(kuò)展的循環(huán)周期，才可為鋼軌打磨作業(yè)規(guī)劃和實(shí)施提供原始依據(jù)，而研究輪軌接觸疲勞及鋼軌磨耗的預(yù)測模型是解決上述問題的有效途徑。

      基于鋼軌磨損、疲勞和潤滑之間的相互作用機(jī)理，并考慮它們與鋼軌打磨的相互關(guān)系，可對鋼軌接觸疲勞和磨損進(jìn)行預(yù)測。鋼軌病害的預(yù)測方法主要分為２類：一是通過列車車輪碾壓鋼軌的次數(shù)研究鋼軌疲勞裂紋的形成機(jī)理，預(yù)測軌頂裂紋萌生和擴(kuò)展的速度，分析鋼軌的規(guī)律性病害，此類方法適用于路況簡單的線路，如高速鐵路、直線線路，可指導(dǎo)鋼軌預(yù)防性打磨的實(shí)施；二是通過分析列車運(yùn)行在路況復(fù)雜線路（如道岔和曲線）上時鋼軌受力和輪軌接觸情況，獲取鋼軌不對稱磨耗與線路特征的關(guān)系，此類方法適用于研究曲線路段的鋼軌磨耗，可指導(dǎo)不對稱打磨模式的制定。通過綜合討論接觸疲勞和磨耗，結(jié)合鋼軌打磨和潤滑對鋼軌壽命的改善作用，從而制定出合理的線路維護(hù)計(jì)劃。

      現(xiàn)存的鋼軌病害預(yù)測方法多用于預(yù)測規(guī)律性病害，不能預(yù)測肥邊、剝落等病害。在上述２類病害預(yù)測方法中，其出發(fā)點(diǎn)是改善輪軌關(guān)系，兼顧對鋼軌打磨進(jìn)行指導(dǎo)。隨著鋼軌打磨在線路維護(hù)中意義的凸顯，應(yīng)理清鋼軌打磨、輪軌關(guān)系和病害預(yù)測之間的聯(lián)系，研究鋼軌病害預(yù)測模型與鋼軌打磨之間的直接關(guān)系，著重關(guān)注隨機(jī)病害產(chǎn)生時的鋼軌打磨措施，針對病害類型對打磨模式、打磨策略、打磨方式、打磨周期等提出要求，使鋼軌打磨的過程和目的更加清晰，并借助輪軌關(guān)系提供鋼軌打磨的目標(biāo)廓型。

      ２　鋼軌打磨的理論及發(fā)展

      ２．１　打磨機(jī)理

      鋼軌打磨是使用打磨工具對鋼軌頂部進(jìn)行材料去除、清除病害并修復(fù)廓型的維護(hù)過程，除砂輪這種常用打磨工具外，還可用銑刀、刨刀和砂帶等其他專用工具。當(dāng)前，９０％以上的鋼軌打磨作業(yè)由砂輪完成，其材料去除機(jī)理與普通磨削加工類似。以下以砂輪打磨為例介紹了鋼軌打磨機(jī)理，如圖２所示。圖中：Ｆｎ為砂輪受到的正壓力；ｖｆ為砂輪打磨前進(jìn)速度；ｎ為砂輪轉(zhuǎn)速。

      由圖２看出：鋼軌打磨作業(yè)過程中砂輪在正壓力的作用下與鋼軌接觸，其端面磨粒受壓侵入鋼軌表層，砂輪旋轉(zhuǎn)帶動磨粒劃過鋼軌表面以去除材料，切削痕跡構(gòu)成打磨后的鋼軌表面；砂輪還可沿鋼軌截面擺動一定角度，滿足鋼軌廓型不同位置的材料去除需求，包絡(luò)出鋼軌打磨目標(biāo)廓型。

      在鋼軌打磨的材料去除模型中，砂輪與鋼軌之間的接觸面積、材料去除效率、接觸壓力等參量是衡量鋼軌打磨效率和精度的關(guān)鍵因素。根據(jù)鋼軌打磨的作業(yè)過程給出材料去除效率Ｖｒａｔｅ和磨削比ｃ的表達(dá)式為

      式中：Ｈｒ?yàn)殇撥壉韺佑捕?；ＨＷ，Ｍ和Ｓ分別為砂輪的硬度、粒度和組織代號（磨粒濃度）；α為砂輪軸線與豎直方向的夾角；Ｖｇ和Ｖｓ分別為鋼軌材料去除體積和砂輪磨損體積；ｋ１，ｋ２，…，ｋ８為因素因子。

      由式（１）可以看出材料去除效率與運(yùn)動參數(shù)（Ｆｎ，ｎ和ｖｆ）、鋼軌材料（Ｈｒ）、砂輪特征（Ｍ，ＨＷ和Ｓ）和位置參數(shù)（α）這４類因素有關(guān)。由此式可研究鋼軌打磨中可控變量與目標(biāo)變量之間的關(guān)系，揭示影響鋼軌打磨機(jī)理的外在因素，為鋼軌打磨方案的制訂和優(yōu)化提供底層支持，同時，可健全后文中提及的打磨管理數(shù)據(jù)庫，為實(shí)現(xiàn)智能化打磨奠定理論基礎(chǔ)。

      鋼軌打磨與普通磨削存在如下區(qū)別：鋼軌作為被打磨對象處于靜態(tài)，打磨作業(yè)所有運(yùn)動由砂輪完成；無穩(wěn)定的機(jī)床結(jié)構(gòu)作為支撐及相對運(yùn)動基準(zhǔn)；為防止鋼軌表層材料物理特性發(fā)生變化，鋼軌打磨時無冷卻液，屬于干磨削；打磨作業(yè)過程中砂輪無修整操作，依靠其自銳保持鋒利的切削性能；打磨精度要求較低，屬于效率優(yōu)先式恒壓力加工。

      因此，研究鋼軌打磨機(jī)理時除借鑒普通磨削加工外，還需結(jié)合現(xiàn)場打磨作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，考慮材料去除量與打磨砂輪磨損、作業(yè)速度的關(guān)系及打磨作業(yè)效率等相關(guān)內(nèi)容，為鋼軌打磨工藝參數(shù)的選擇提供理論依據(jù)；結(jié)合打磨機(jī)理及其特殊的應(yīng)用特點(diǎn)，可優(yōu)化打磨工藝參數(shù)以提高磨削比，開發(fā)新型打磨工具，并基于打磨機(jī)理開展打磨工具的經(jīng)濟(jì)效益性研究，以節(jié)約鋼軌維護(hù)成本。

      ２．２　打磨策略

      結(jié)合線路維護(hù)需求和打磨作業(yè)效益選擇鋼軌打磨類型，即為打磨策略。制定打磨策略的原則是確保列車運(yùn)行安全并節(jié)約線路維護(hù)成本。鋼軌打磨策略存在多種分類方法，按表面材料去除量可分為預(yù)防性打磨和修復(fù)性打磨，前者通過去除少量的鋼軌表面金屬材料即可預(yù)防或清除接觸疲勞導(dǎo)致的裂紋萌生，而后者須去除大量的鋼軌表面金屬材料以確保清除嚴(yán)重病害并修復(fù)鋼軌廓型。

      在高速和重載鐵路的鋼軌打磨中，均出現(xiàn)以預(yù)防性打磨替代修復(fù)性打磨的趨勢，在病害萌生之前或初期，通過去除鋼軌表層少量金屬材料以實(shí)現(xiàn)線路維護(hù)的目的，避免為消除鋼軌局部的嚴(yán)重病害切削大量金屬材料而縮短鋼軌的總體預(yù)期壽命。文獻(xiàn)以北美某試驗(yàn)鐵路區(qū)段為例，統(tǒng)計(jì)了在預(yù)防性打磨、修復(fù)性打磨和無打磨作業(yè)等打磨策略下鋼軌表面病害的發(fā)生概率，其中在預(yù)防性打磨下約為４％，在修復(fù)性打磨下約為８％，在無打磨作業(yè)下鋼軌表面的病害率最高，約為１５％，這為打磨策略的轉(zhuǎn)化和發(fā)展提供了數(shù)據(jù)支持。

      修復(fù)性打磨去除鋼軌表面金屬材料的平均厚度在１．０～１．５ｍｍ之間，而預(yù)防性打磨則在０．１～０．２ｍｍ之間，后者的打磨周期約為前者的１／４，預(yù)防性打磨縮短了維護(hù)周期，增加了鋼軌維護(hù)任務(wù)量，使原本有限的“天窗時間”顯得更為寶貴，迫切需要提高鋼軌打磨效率以適應(yīng)打磨策略的轉(zhuǎn)變，這促進(jìn)了高速打磨技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展。

      打磨策略的轉(zhuǎn)變對高效利用“天窗時間”提出要求。現(xiàn)有的打磨技術(shù)多為修復(fù)性打磨而開發(fā)的，切削能力普遍較強(qiáng)，但作業(yè)速度限制了打磨效率的提高，將其用于預(yù)防性打磨，不能充分發(fā)揮其作業(yè)優(yōu)勢。因此開發(fā)可兼顧切削能力和效率、適用于預(yù)防性打磨的打磨技術(shù)，以應(yīng)對鋼軌維護(hù)策略的轉(zhuǎn)變。

      此外，打磨策略的轉(zhuǎn)變影響著鋼軌的更換周期，表１給出了不同打磨策略下鋼軌的表面磨損率、表面磨損極限、承載壽命和疲勞壽命等鋼軌預(yù)期壽命評價參量。由表１看出，預(yù)防性打磨獲取的評價數(shù)據(jù)均優(yōu)于修復(fù)性打磨，延長了鋼軌的服役壽命，但是隨著鋼軌打磨周期的縮短也增加了線路維護(hù)成本。因此，預(yù)防性打磨對鐵路運(yùn)營總體成本的影響有待進(jìn)一步研究。

      雖然預(yù)防性打磨可較早地預(yù)防或清除病害，能夠保證列車運(yùn)行的安全性和平穩(wěn)性，并且利用預(yù)防性打磨逐步代替修復(fù)性打磨是鋼軌打磨策略的發(fā)展趨勢，但是提高打磨效率是開發(fā)高速打磨技術(shù)的前提條件，因此預(yù)防性打磨時的線路維護(hù)費(fèi)用、維護(hù)周期、鋼軌更新等因素間的關(guān)系有待深入研究，以確保在線路運(yùn)行安全的前提下降低運(yùn)營成本。

      ２．３　打磨方式

      鋼軌打磨作業(yè)過程中，除清除鋼軌表面病害金屬層外，還需修復(fù)鋼軌截面廓型，以改善列車運(yùn)行時的輪軌關(guān)系。修復(fù)鋼軌廓型的打磨方式可分為包絡(luò)式和輪廓式２種打磨方式。以用砂輪打磨工具為例，如圖３所示，可以看出，包絡(luò)式打磨是通過將砂輪端面沿鋼軌截面布置而獲得打磨目標(biāo)廓型，而輪廓式打磨則是利用砂輪的仿形輪廓進(jìn)行打磨。

      表２從技術(shù)應(yīng)用角度對比了包絡(luò)式和輪廓式打磨的作業(yè)特點(diǎn)。由表２看出：２種打磨方式具有不同的應(yīng)用范圍和優(yōu)勢。鋼軌打磨屬于效率優(yōu)先的粗加工范疇，因此對這２種打磨方式下打磨效率的研究較少。由現(xiàn)場作業(yè)數(shù)據(jù)看，包絡(luò)式打磨的作業(yè)速度較低，常用的打磨作業(yè)速度約為１５ｋｍ·ｈ－１，其較強(qiáng)的切削能力在預(yù)防性打磨中難以發(fā)揮；相比而言，輪廓式打磨專為預(yù)防性打磨而開發(fā)，常用的打磨作業(yè)速度約為８０ｋｍ·ｈ－１，考慮設(shè)備調(diào)試、打磨遍數(shù)等其他因素影響，其打磨效率較包絡(luò)式打磨約提高３倍左右，特別適用于行車密集線路的預(yù)防性打磨。

      目前鋼軌打磨以包絡(luò)式打磨為主。鋼軌打磨列車共配備９６個砂輪，即每側(cè)鋼軌分配４８個，布置在鋼軌廓型截面－７０°～＋２０°的不同位置處。由于砂輪的作業(yè)順序?qū)︿撥壚痛蚰ゴ嬖谟绊?，一般按照鋼軌的外?cè)—內(nèi)側(cè)—軌頂—整形的順序布置砂輪。因此，討論鋼軌打磨方式時，除注重打磨工具的個體作用外，更要關(guān)注生成鋼軌廓型時打磨工具的布置方式。隨著測量技術(shù)的發(fā)展，在該打磨方式下，通過增加鋼軌廓型的實(shí)施測量和處理系統(tǒng)，采集處理打磨前后鋼軌的廓型數(shù)據(jù)，可指導(dǎo)砂輪的包絡(luò)位置和打磨工藝參數(shù)的設(shè)置，提高鋼軌打磨作業(yè)效率。

      輪廓式打磨以被動式打磨為主，即打磨工具的切削力來源于機(jī)車牽引力。若以砂輪為打磨工具，在機(jī)車牽引力和砂輪與鋼軌摩擦力的共同作用下，砂輪沿鋼軌表面滾動并切削鋼軌表層材料，依靠其自銳形成與鋼軌廓型吻合的磨損周面。若以砂帶為打磨工具，打磨作業(yè)時通過不同廓型的接觸輪對砂帶施加壓力，適應(yīng)鋼軌廓型的需求，其關(guān)鍵問題在于接觸輪材質(zhì)的選擇和廓型設(shè)計(jì)，及對砂帶切削能力的評定，該技術(shù)尚處于開發(fā)階段。輪廓式打磨很大程度依賴于打磨工具的自適應(yīng)特征以保證打磨廓型，因此如何保證打磨目標(biāo)廓型的準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)是研究輪廓式打磨的關(guān)鍵。

      相比而言，包絡(luò)式打磨受打磨工具端面式布置的影響，打磨速度的提升空間極其有限，而輪廓式打磨以其快速、高效的作業(yè)特點(diǎn)，可用于行車密度大、“天窗時間”短的線路維護(hù)，但其只能依托鋼軌原始廓型進(jìn)行打磨，可利用輪廓式打磨進(jìn)行若干次預(yù)防性打磨后，再利用包絡(luò)式打磨進(jìn)行鋼軌廓型修復(fù)，可確保形成良好的輪軌接觸關(guān)系。

      選擇鋼軌打磨方式時，可根據(jù)線路維護(hù)的實(shí)際需求，以安全性、高效性和經(jīng)濟(jì)性為原則，在不同打磨周期內(nèi)交替進(jìn)行包絡(luò)式和輪廓式的打磨。

      ２．４　打磨模式

      打磨模式是指為實(shí)現(xiàn)鋼軌打磨的目標(biāo)廓型而設(shè)定的打磨工具相對鋼軌的位置與打磨作業(yè)參數(shù)的組合。以ＧＭＣ９６型打磨列車為例，其自身設(shè)置９９種打磨模式，每種打磨模式下砂輪對應(yīng)不同的分布角度和作業(yè)功率。如何開發(fā)或完善打磨模式是當(dāng)前的研究重點(diǎn)，包括計(jì)算鋼軌表面金屬材料的去除量、分析打磨工具的作業(yè)區(qū)域及優(yōu)化鋼軌打磨目標(biāo)廓型，以滿足鋼軌內(nèi)側(cè)、頂面和外側(cè)的鋼軌打磨量、表面病害清除和廓型修復(fù)的不同需求。

      鋼軌打磨目標(biāo)廓型優(yōu)化是以改善輪軌關(guān)系為出發(fā)點(diǎn)，從降低輪軌接觸疲勞、均化接觸應(yīng)力、增加抗磨損能力、減小傾覆系數(shù)和降低噪聲等方面優(yōu)化鋼軌廓型，這是一項(xiàng)伴隨鋼軌整個服役過程的鋼軌維護(hù)任務(wù)，優(yōu)化的鋼軌廓型對打磨模式提出新的要求。

      以鋼軌的標(biāo)準(zhǔn)廓型為基礎(chǔ)進(jìn)行廓型優(yōu)化的方法，如圖４所示。

      由圖４可以看出：優(yōu)化鋼軌廓型時，首先應(yīng)建立車輪和鋼軌的幾何接觸關(guān)系，然后離散鋼軌廓型，最后以輪軌接觸應(yīng)力最小為目標(biāo)，在不影響列車動力學(xué)性能和輪軌接觸點(diǎn)分布的情況下優(yōu)化鋼軌廓型，以降低輪軌接觸應(yīng)力，使左、右兩側(cè)鋼軌的磨耗趨于平衡。該方法適用于路況簡單線路的鋼軌廓型優(yōu)化，如高速鐵路、直線路線等。

      以鋼軌的磨損廓型為基礎(chǔ)進(jìn)行其廓型優(yōu)化的方法如圖５所示。由圖５可以看出：在線路運(yùn)營一定周期后，鋼軌的內(nèi)側(cè)和頂面易發(fā)生磨損、剝落和裂紋等病害。此時，若仍采用對稱打磨模式來平衡鋼軌內(nèi)外側(cè)廓型曲線，則鋼軌外側(cè)需去除大量材料。因此基于鋼軌磨損廓型，在保證輪軌關(guān)系符合要求的前提下，可對Ｓ形曲線路段的鋼軌廓型進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合鋼軌磨損趨勢優(yōu)化打磨目標(biāo)廓型，優(yōu)化后的打磨目標(biāo)廓型降低了材料去除量的要求，可提高鋼軌打磨效率。

      由打磨模式確定的鋼軌打磨目標(biāo)廓型，是由打磨工具與鋼軌干涉形成的若干折線段包絡(luò)而成，分析對應(yīng)的輪軌關(guān)系可為打磨模式提供打磨廓型的誤差許可范圍；由于鋼軌表面金屬材料的黏附和塑性形變，使得打磨工具的布置方式和作業(yè)順序影響著鋼軌的打磨廓型，優(yōu)化打磨工具的作業(yè)順序可完善打磨模式；借助鋼軌打磨現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)與鋼軌材質(zhì)、線路路況、打磨廓型等多個因素相關(guān)的打磨模式，可逐步降低對打磨經(jīng)驗(yàn)的依靠程度。因此，打磨模式的后續(xù)研究需以鋼軌目標(biāo)廓型的打磨需求為出發(fā)點(diǎn)，量化打磨模式所致的鋼軌廓型誤差，在滿足輪軌關(guān)系的基礎(chǔ)上，結(jié)合鋼軌的病害萌生位置、磨損趨勢和輪軌關(guān)系建立鋼軌打磨目標(biāo)廓型庫，獲取打磨模式與目標(biāo)廓型的對應(yīng)關(guān)系，能夠根據(jù)不同原則，如效率優(yōu)先、精度優(yōu)先或成本優(yōu)先等，自動選擇鋼軌打磨所需的打磨模式。

      ２．５　打磨周期

      鋼軌打磨周期是指鋼軌打磨作業(yè)時間間隔的衡量依據(jù)，需根據(jù)線路路況和維護(hù)目的而定，不同線路對列車運(yùn)行穩(wěn)定性、振動和噪聲的影響不同，其打磨周期也存在區(qū)別。

      目前，我國設(shè)定鋼軌打磨周期主要依賴鋼軌打磨的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，尚未以鋼軌病害發(fā)展規(guī)律指導(dǎo)打磨周期的設(shè)定。京滬高速鐵路開通前，利用高速打磨列車對鋼軌進(jìn)行了預(yù)打磨，開通后每年進(jìn)行２次預(yù)防性打磨，并根據(jù)區(qū)域客運(yùn)量進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)京津城際鐵路線路運(yùn)營的跟蹤觀測結(jié)果，周清躍等建議我國高速鐵路的鋼軌打磨周期為每３０～５０Ｍｔ通過總重打磨１次，無砟軌道取上限，有砟軌道取下線，臨時發(fā)現(xiàn)病害影響列車運(yùn)行時應(yīng)盡快實(shí)施打磨作業(yè)。

      國外確定打磨周期可參考的工程經(jīng)驗(yàn)較多，根據(jù)線路路況的具體特征（路基情況、線路半徑、周邊環(huán)境）和鋼軌材質(zhì)，以鋼軌通過總重作為打磨周期的制定標(biāo)準(zhǔn)。文獻(xiàn)總結(jié)了日本、北美和澳大利亞等國家或區(qū)域鋼軌打磨周期的確定依據(jù)，列出了澳大利亞２００３年不同鐵路線路上運(yùn)用的不同類型鋼軌預(yù)防性打磨１次時的通過總重，與披露的相同鐵路線路上２０１３年數(shù)據(jù)對比，結(jié)果見表３。

      表３中：按曲線半徑劃分的線路區(qū)間由文獻(xiàn)中的５個變?yōu)槲墨I(xiàn)中的３個，打磨周期的通用性提高；２０１３年實(shí)施的打磨周期較２００３年普遍延長，尤其是小半徑曲線路段的改善效果更為明顯，較１０年前的打磨周期平均延長３０％左右，節(jié)約了鋼軌維護(hù)成本；同時文獻(xiàn)還指出：道岔的打磨周期為通過總重８～２５Ｍｔ之間，可根據(jù)道岔類型和運(yùn)行環(huán)境確定。隨著鋼軌打磨技術(shù)的發(fā)展，打磨周期在不同線路呈現(xiàn)動態(tài)延長的趨勢。

      影響鋼軌打磨周期的因素較多，如鋼軌材質(zhì)、行車密度、行車速度、線路曲線半徑和自然環(huán)境等，可結(jié)合通過總重的現(xiàn)有依據(jù)和鋼軌病害預(yù)測方法分類制定相應(yīng)的鋼軌打磨周期，并研究打磨周期對鋼軌潛在服役壽命的影響，防止鋼軌打磨中的“過維護(hù)”和“欠維護(hù)”而縮短鋼軌總體預(yù)期壽命。針對我國的列車運(yùn)行密度大、“天窗時間”短、線路客貨兩用等實(shí)際特點(diǎn)，建立區(qū)域線路打磨周期的長期規(guī)劃尤為重要，可充分發(fā)揮鋼軌打磨的潛在作用，最大程度節(jié)約鋼軌維護(hù)成本。

      ３　鋼軌打磨的質(zhì)量評價

      鋼軌打磨質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)是衡量打磨作業(yè)優(yōu)劣、優(yōu)化打磨作業(yè)和開發(fā)打磨技術(shù)的依據(jù)，它直接影響著列車運(yùn)行的穩(wěn)定性及打磨周期的規(guī)劃。

      針對打磨后的鋼軌表面縱向波段，規(guī)定其峰峰高度差在波長小于１ｍ時應(yīng)不超過０．０１ｍｍ、波長超過１ｍ時應(yīng)小于０．１ｍｍ，且測量數(shù)據(jù)具有９５％置信區(qū)間，則可評定打磨作業(yè)的質(zhì)量為合格。此外，鐵路運(yùn)營公司以其提出的目標(biāo)廓  型作為衡量鋼軌打磨后廓型的評價依據(jù)，如德國鐵路運(yùn)營公司規(guī)定以６０Ｅ２鋼軌廓型為鋼軌打磨后的目標(biāo)廓型，在此基礎(chǔ)上允許０．０２ｍｍ的浮動。

      表面粗糙度也是衡量鋼軌打磨質(zhì)量的一個重要參量。若鋼軌表面過于粗糙，將增大輪軌之間的摩擦力，使整車受到的側(cè)向力增加，傾覆系數(shù)變大，增加安全隱患。若鋼軌表面過于光滑，勢必增加線路維護(hù)成本，且鋼軌表面粗糙度達(dá)到一定值后，繼續(xù)降低對改善輪軌關(guān)系無實(shí)質(zhì)性幫助。通常沿鋼軌縱向取多個采樣點(diǎn)進(jìn)行測量，普通鐵路的測量取樣距離為２００～５００ｍ，高速鐵路的則縮短為５０ｍ，要求９０％測量點(diǎn)的表面粗糙度小于１０μｍ。

      鋼軌表面打磨面寬度是衡量鋼軌打磨表面質(zhì)量的另一個重要參量，為打磨工具與鋼軌干涉后的表面寬度。圖６給出了重載鐵路和客運(yùn)專線的鋼軌打磨面寬度衡量標(biāo)準(zhǔn)。由圖看出：該標(biāo)準(zhǔn)針對鋼軌截面的不同區(qū)域定義了相應(yīng)的衡量基準(zhǔn)值，且打磨面寬度可在基準(zhǔn)值基礎(chǔ)上有２５％的浮動范圍。若鋼軌打磨面的寬度過小，則表面金屬材料去除量低，達(dá)不到預(yù)期的打磨要求；若寬度過大，則會燒傷鋼軌表面，且影響輪軌關(guān)系。只有綜合打磨模式和打磨工藝參數(shù)，控制鋼軌表面打磨面寬度，才可間接保證打磨質(zhì)量。

      我國還專門制定了鋼軌預(yù)防性打磨的評價依據(jù)，規(guī)定重載鐵路的鋼軌打磨廓型波動值應(yīng)小于０．０２７ｍｍ，高速鐵路所允許的最大值為０．０１ｍｍ；在直線路段，要求重載鐵路的鋼軌打磨面寬度在軌距轉(zhuǎn)角處小于５ｍｍ及在軌頂處小于８ｍｍ、高速鐵路的鋼軌打磨面寬度在軌距轉(zhuǎn)角處小于３ｍｍ及在軌頂處小于５ｍｍ。

      上述的鋼軌打磨質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)皆針對包絡(luò)式打磨制定，部分標(biāo)準(zhǔn)也適用于輪廓式打磨，如縱向波動、廓型誤差、表面粗糙度等，但打磨面寬度不能評價輪廓式打磨。因此，針對輪廓式打磨給出其作業(yè)能力和效果的衡量依據(jù)是完善鋼軌高速打磨技術(shù)的必要內(nèi)容。

      ４　鋼軌打磨的發(fā)展趨勢

      ４．１　鋼軌打磨作業(yè)的智能化

      智能化打磨是打磨模式的進(jìn)一步發(fā)展，通過比較鋼軌當(dāng)前廓型與目標(biāo)廓型的差異，自動生成打磨工具的布置方式和執(zhí)行參數(shù)，使打磨后的鋼軌截面最大限度地逼近目標(biāo)廓型，減少打磨遍數(shù)。目前鋼軌維護(hù)中采用打磨模式的數(shù)目固定，常通過微調(diào)打磨角度和功率來實(shí)現(xiàn)打磨目標(biāo)廓型，單次打磨作業(yè)需打磨鋼軌２～５遍才能完成線路維護(hù)需求，增加了維護(hù)的成本。

      智能化打磨借助于鋼軌廓型的測量和處理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r采集打磨作業(yè)前后的鋼軌廓型并指導(dǎo)作業(yè)實(shí)施。其關(guān)鍵技術(shù)有：①鋼軌廓型測量和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，要求其能夠快速、準(zhǔn)確地反映打磨后的鋼軌廓型，量化當(dāng)前廓型與目標(biāo)廓型的差異；②通過研究打磨機(jī)理建立許用的打磨工藝參數(shù)庫，確保智能化系統(tǒng)能自動生成安全的打磨執(zhí)行參數(shù)庫，防止事故和意外的發(fā)生。

      ４．２　鋼軌打磨信息的集成化

      打磨管理數(shù)據(jù)庫是鋼軌打磨作業(yè)信息輸入和輸出的集中體現(xiàn)，打磨管理是指鋼軌維護(hù)中打磨計(jì)劃的制訂、打磨方案的執(zhí)行及打磨質(zhì)量的反饋，而打磨數(shù)據(jù)庫是為協(xié)調(diào)打磨周期、打磨策略和打磨質(zhì)量等問題建立的統(tǒng)一管理平臺。結(jié)合線路特征劃分管理區(qū)域，以兼顧高效率和低成本為打磨原則，建立軌道運(yùn)營和維護(hù)數(shù)據(jù)庫，可系統(tǒng)地指導(dǎo)打磨作業(yè)的實(shí)施。

      打磨管理數(shù)據(jù)庫的輸入元素分為不變因素和可變因素，通過檢測鋼軌病害及分析打磨過程不斷充實(shí)數(shù)據(jù)庫的信息量，并將工程人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)集成于數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)其完善到一定程度后，可通過信息輸出指導(dǎo)打磨策略的選擇和打磨方案的制訂，防止鋼軌打磨中“過維護(hù)”和“欠維護(hù)”情況的出現(xiàn)，最大程度發(fā)揮鋼軌打磨的作用。

      ４．３　鋼軌打磨裝備的柔性化

      隨著對鋼軌打磨意義研究的深入，在軌道交通領(lǐng)域拓展打磨技術(shù)應(yīng)用范圍是必然趨勢，從效益角度看，對打磨裝備的要求須由“作業(yè)能力”轉(zhuǎn)變?yōu)椤百|(zhì)量優(yōu)劣”，而不同線路和特有路況提高了對打磨裝備的通用性要求。研究鋼軌打磨理論的出發(fā)點(diǎn)是為了使打磨技術(shù)更好地為線路維護(hù)服務(wù)，而通過打磨裝備才能將研究成果具體呈現(xiàn)出來，提高打磨裝備的柔性化才可滿足軌道維護(hù)的新要求。

      ５　結(jié)　語

      本文介紹了鋼軌病害預(yù)測方法、鋼軌打磨機(jī)理以及打磨的必要性，給出了鋼軌打磨策略轉(zhuǎn)變的依據(jù)和意義，建議研究３０～８０ｋｍ·ｈ－１高速打磨技術(shù)并開發(fā)新型打磨工具以提高打磨效率，結(jié)合預(yù)防性打磨與打磨周期之間的聯(lián)系對鐵路 運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)效益性開展研究，建立包絡(luò)式和輪廓式交替打磨的鋼軌維護(hù)方式，細(xì)化打磨模式以滿足所設(shè)計(jì)目標(biāo)廓型的打磨要求，制定輪廓式打磨的質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)規(guī)劃打磨周期以降低鋼軌維護(hù)成本，為發(fā)揮鋼軌打磨技術(shù)的潛在作用提供了研究方向。

      同時文中給出了指導(dǎo)高速鐵路預(yù)防性打磨的部分?jǐn)?shù)據(jù)：鋼軌打磨量降低為０．１～０．２ｍｍ，打磨周期縮短為原來的１／４，每年需進(jìn)行２次打磨作業(yè)且表面測量采樣距離應(yīng)小于５０ｍ，９０％采樣點(diǎn)的表面粗糙度應(yīng)小于１０μｍ，打磨廓型誤差小于０．０１ｍｍ，１ｍ內(nèi)的鋼軌表面縱向波段的峰峰高度差應(yīng)小于０．０１ｍｍ，大于１ｍ的波段下此值應(yīng)小于０．１ｍｍ，為后續(xù)研究和開發(fā)鋼軌打磨技術(shù)提供了數(shù)據(jù)支持。