长大隧道钢轨波磨治理方法对比研究.pdf

第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()长大隧道钢轨波磨治理方法对比研究李青原(中铁物总运维科技有限公司,北京 )摘要:唐包线上行燕山隧道存在钢轨周期性波磨问题,车载式线路检查仪频繁出现垂直加速度超限报警.针对现场问题对钢轨廓形、钢轨表面状态、平直度等方面进行了详细的调查,并对问题地段进行了添乘.根据现场实际情况,利用线路打磨车和铣磨车分别对不同波磨地段进行了处理,治理后平直度均控制在 mm以内,轨检指标、实测车体振动加速度等较整治前均有明显改善.但是在对波磨同样治理效果下,打磨在切削量方面优于铣磨,作业效率高,能够保证在消除波磨病害的同时对廓形进行修正,有利于改善轮轨接触关系,延缓疲劳病害的产生和发展.关键词:长大隧道;波磨;钢轨中图分类号:U 文献标识码:A收稿日期:;修订日期:作者简介:李青原(),男,河北承德人,工程师,硕士,目前主要从事钢轨保护技术工作.引言随着铺设年份及通过总重的增加,重载铁路轨道结构病害、钢轨病害越发突出,尤其是在重载铁路的长大隧道内,波磨病害发生的频率越来越高,发展的速度也越来越快.波磨病害严重影响着车辆运行的安全性及平稳性,钢轨波磨不仅会造成车辆垂向加速度超限报警,影响列车的乘坐舒适性,严重的还会导致弹条断裂等情况,影响列车通过的安全性,增加车辆及线路零件的损坏率,国内外诸多学者对波磨产生的原因及治理手段进行了系统的研究 .目前对 波 磨 病 害 治 理 的 常 用 手 段 有:钢 轨 打磨、钢轨铣磨 等,还包括这些治理手段的组合使用.重载铁路长大隧道内波磨问题的治理,一直是现场施工中的难点问题,因此如何利用目前已掌握的手段探索出合适的治理方法具有重要的现实意义.本文通过对唐包线燕山隧道直线段波磨的治理研究为后续类似问题的处理提供一定的参考.概况 问题调查唐包线上行年通过总重约 M t,全线铺设无缝钢轨,钢轨材质大部分为U V淬火轨和U V普通轨,轨型为 k g/m轨,采用砼型轨枕、弹条型扣件.唐包线燕山隧道全长约 k m,为双洞单线隧道,上行直线有明显的波磨,波长约 mm mm,平均波深约 mm mm.问题分析及整治思路截取 s的整治前燕山隧道波磨地段的人工添乘数据,如图所示.添乘车辆运行速度 k m/h k m/h,垂向加速度每隔 s s出现一次峰值,呈现明显的周期性,通过计算发现车辆每运行 m出现一次加速度峰值,现场实地调查发现钢轨左右股每隔 m焊缝前后存在严重波磨,且焊缝基本为低焊缝.经过调查与对添乘数据的分析,推测波磨产生的原因为焊缝附近存在低塌,经车轮长期反复的冲击而发展形成波磨.图整治前波磨地段局部垂向加速度结合现场实际情况,利用 头打磨车、铣磨车对燕山隧道钢轨表面波磨分别采用钢轨廓形打磨、钢轨铣磨的方式进行分段处理.波磨病害治理情况 波磨病害变化情况图为打磨及铣磨前、后钢轨波磨变化情况.整治前光带存在明显的宽窄交替变化,波谷位置光带较宽,接近满光带;整治后个月进行观测,波磨病害得到有效处理,个月内没有波磨复发.图整治前及整治后个月钢轨波磨变化情况 平直度变化情况利用电子平直尺对整治前、后的同一波磨位置进行测量,图为打磨前、后及铣磨前、后波磨位置平直度变化情况.由图可知:整治后的个月,平直度平均深度均保持在 mm以内,打磨及铣磨均对波磨起到了良好的整治效果.实测车体振动加速度变化整治前个月及整治后个月,分别对燕山隧道同一机车进行了人工添乘,未整治区段添乘前后垂向加速度没有改善,反而随着时间的推移,波磨进一步发展,车体垂向加速度有增大的趋势;整治区段改善效果明显,整治后车体垂向加速度较整治前车体垂向加速度显著降低,打磨地段和铣磨地段整治效果接近,均对波磨有很好的整治效果.图为截取的 s整治前、后同一波磨地段人工添乘数据,可以看出整治后周期性的异常垂向加速度峰值消除.图整治前、后钢轨平直度变化图整治前后人工添乘垂向加速度变化 轨检指标变化图为整治前、后燕山隧道轨检车垂向加速度数据变化情况.由图可以看出:打磨区段和铣磨区段波磨病害均得到了有效的处理,垂向加速度幅值明显减小,幅值减小率约.图整治前、后轨检车垂向加速度变化廓形及轮轨接触关系变化 钢轨廓形变化GQ I(G r i n d i n gQ u a l i t yI n d e x)为打磨质量指数,代表实测廓形与设计廓形的贴合程度,贴合程度越高,GQ I越高,其值介于 之间.燕山隧道打磨区段,打磨前钢轨GQ I平均值为 ,打磨后平均值为 ,提升了 ;铣磨区段铣磨前GQ I平均值为 ,铣磨后平均值为 ,铣磨后GQ I没有改善,指标略有下降.通过GQ I指标的对比,说明打磨区段钢轨廓形质量得到了明显的改善.整治前、后钢轨廓形变化如图所示,打磨后轨顶整体切削量约 m m,铣磨后轨顶整体切削量约 m m.同样波磨治理效果下,打磨在减小切削量方面优于铣磨.图整治前、后钢轨廓形变化 轮轨接触关系分析选取打磨后和铣磨后的典型廓形与唐包线实测的 个车轮数据进行匹配,对不同车轮与钢轨接触的位置进行统计,得出轮轨接触位置的分布统计,如图所示,图上方为接触位置百分比的柱状分布,表示下方钢轨对应位置的接触分布情况,图下方代表钢轨的左右股,横坐标mm附近为钢轨内侧.打磨后主要接触位置位于轨顶并且偏向钢轨内侧,钢轨接触位置合机 械 工 程 与 自 动 化 年第期理,反映在光带上应为光带居中靠内,与实际测量的光带情况一致;铣磨后轮轨接触相对较分散,从轨顶延伸至轨距角处,且接触位置存在比较明显的跳跃,轨顶偏外和靠轨距角范围内接触得更多,反映在光带上为光带较宽且延伸至轨距角处.钢轨的轨距角通常是指轨顶和轨侧的连接位置,也是钢轨易受力不良的集中区域,车轮与钢轨在轨距角处频繁的接触和频繁的冲击,更易在该位置产生疲劳病害.图整治后典型廓形与实测车轮接触点分布统计 疲劳伤损变化图为打磨及铣磨前、后钢轨表面状态变化情况.由图可以看出:打磨后光带较打磨前收窄,宽度约 mm,光带居中靠内,观测的个月内没有产生疲劳伤损,钢轨表面状态保持良好;铣磨前钢轨表面有零星疲劳麻点,铣磨后钢轨光带较宽延伸至轨距角处,第个月钢轨轨距角出现明显的不连续的掉块病害.观测结果均与轮轨接触关系分析的结论一致.作业效率对比本次作业,头打磨车在单个天窗内对打磨区间进行遍的拉通打磨作业,没有进行往复的打磨作业,避免了往复打磨引起的作业车辆超温的问题.根据本次实测的情况,波磨深度小于mm时,在长大隧道作业效率方面,打磨车作业效率更高.以本次燕山隧道打磨作业处理 k m的波磨区段为例,m i n天窗下,去除运行、返回及施工准备等时间,打磨车作业速度 k m/h,全覆盖模式下每遍轨顶切削量为 mm mm,单天窗可作业约 k m,处理mm波深的波磨,需要约个天窗(遍廓形模式,遍波磨病害模式);铣磨车作业速度为 k m/h k m/h,单遍轨顶切削量可达mm,处理波深mm的 k m线路,铣磨车需要约 个天窗.由此可见,头打磨车相对铣磨车效率提高约.图整治前、后钢轨表面状态变化结论及建议()打磨车及铣磨车对于隧道内波长约 mm mm的中长波磨均能有效地去除.()同样治理效果下,打磨作业方式在减小切削量方面优于铣磨.()优化廓形方面:打磨作业方式效果更佳,能够保证消除波磨病害的同时对廓形进行修复,有利于改善轮轨接触关系,延缓疲劳病害的产生和发展.()作业效率方面:对于处理长大隧道内波深小于mm的波磨,头打磨车作业效率更高,如果作业地段较长且不能满足多种治理方式配合的情况下,建议优先选择 头钢轨打磨车对波磨病害进行处理.参考文献:罗章波,张晓东,赵东重载铁路隧道内无砟轨道结构选型及技术研究J铁道建筑技术,():尚红霞钢轨波磨对扣件弹条受力分析J机械,():刘启跃,霍庶辉我国铁道钢轨波磨情况调查J铁道建筑,():朱海燕,袁遥,肖乾,等钢轨波磨研究进展J交通运输工程学报,():尧辉明,沈钢,崔巍曲线钢轨波磨打磨方法J同济大学学报(自然科学版),():刘志伟,刘建新,蔡久凤,等重载铁路小半径曲线钢轨波磨对机车曲线通过安全性的影响研究J机车电传动,():任彤,王安斌,王志强,等小半径曲线段钢轨短波波磨的影响因素分析J噪声与振动控制,():,赵国堂,陈帅,王衡禹,等钢轨波磨对无砟道床动态响应的影响J铁道建筑,():李双志,刘德义,刘鹏涛,等 U V钢轨钢波磨的形成过程及其组织演变J大连交通大学学报,():王军平个性化钢轨廓形打磨技术在高速铁路上的应用J铁道建筑,():朱克让高速铁路曲线地段钢轨铣磨技术探讨J铁道建筑,():(英文摘要转第 页)年第期李青原:长大隧道钢轨波磨治理方法对比研究MU应进入一种安全模式,防止湿式喷浆机误动作,同时软件需要具备自动重建链路的功能,以维持数据包的正常收发.S U硬件设计与软件通信设计S U主要功能是将用户的各种操作转换成对应的遥控指令,并发送给车载单元,可以实现不使用任何手动阀的前提下对喷浆机的各种操作.S U硬件设计本湿式喷浆机S U以A RM内核处理器L P C 为中央处理单元,主要由电源转换单元、通信网络接口单元、开关采集单元、手柄采集单元、L E D指示单元及时钟电路组成,其原理框图如图所示.电源转换单元将隔爆电池D C V转化为D C V,然后再转换为内部使用的V和 V电源,供各模块使用;开关采集单元定时进行外部数字输入和模拟输入的采集,数据经过MC U整合后由通信网络接口单元发往车载单元;通信网络接口使用W I F I协议.图湿式喷浆机S U原理框图 S U软件通信设计S U需要实现的软件功能为:配置 MH z无线信号,确保与MU单元的通信功能;采集各种控制开关、模拟量信号,并组包后发送给MU单元;接收MU发送过来的数据包,并进行相应的处理;L E D灯指示电源、通信状态和故障状态.S U单元上电后需要对 MH z无线信号进行配置,发送报文给MU,并随时接收来自MU的报文,随时统计传输错误次数以确定链路连接状况,若链路断开,软件需要具备自动重建链路的功能,以维持数据包的正常收发.S U发送给MU的数据包应包括:S U上启动按钮数字信号的实时状态;S U上手柄模拟信号经过A D C转换的实时数值;S U的t i m e s t a m p.湿式喷浆机无线遥控系统的应用 年月 月期间,湿式喷浆机采用无线遥控系统在平陆晋平煤业的副平硐矿进行了工业性试验,累计喷涂 m,喷涂效果良好,得到矿方领导及工人的一致好评.通过该无线遥控系统的使用,解决了巷道的死角、空间狭小的区域喷浆作业操作困难、安全风险大等难题,喷浆层满足施工强度要求,施工人员能远离喷浆区域粉尘源,降低了操作人员职业病因素接触风险,同时极大地降低了操作人员的劳动强度.结束语本文研究了湿式喷浆机无线遥控系统车载单元、手柄单元的硬件电路和软件实现,经工业性试验表明,这套湿式喷浆机无线遥控系统满足井下喷浆要求.参考文献:王二强 H S PM /湿式喷浆机在锚喷巷道的应用J能源技术与管理,():夏宁宁,赵伟,纪小超 P S I J型湿式喷浆机在新桥煤矿的应用J山西煤炭,():I m p l e m e n t a t i o na n dA p p l i c a t i o no fW i r e l e s sR e m o t eC o n t r o l S y s t e mi nW e t S p r a y i n gM a c h i n eF A NN i n a(J i n d i n gS h a n x iC o a lM a c h i n e r yC o,L t d,J i n n e n gH o l d i n gE q u i p m e n tM a n u f a c t u r i n gG r o u p,J i n c h e n g ,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t o i m p r o v e t h e s p r a y i n ge f f i c i e n c yo f t h e s p r a y i n gm a c h i n e,i m p r o v e t h ew o r k i n ge n v i r o n m e n t o f t h eo p e r a t o r s a n dr e d u c e t h e l a b o r i n t e n s i t y,t h ew i r e l e s sr e m o t ec o n t r o ls y s t e mo f t h ew e ts p r a y i n gm a c h i n ei sd e s i g n e d T h ew h o l er e m o t ec o n t r o ls y s t e mi sc o m p o s e do f v e h i c l eu n i t(MU)a n dh a n d l eu n i t(S U)T h e s o f t w a r e a n dh a r d w a r e i m p l e m e n t a t i o nm e t h o d so fMUa n dS Ua r ea n a l y z e d,a n d i n d u s t r i a l t e s t sa r ec a r r i e do u t T h e t e s t r e s u l t ss h o wt h a t t h ew i r e l e s sr e m o t ec o n t r o l s y s t e mo f t h ew e t s p r a y i n gm a c h i n em e e t s t h er e q u i r e m e n t so fd o w n h o l es h o t c r e t i n g K e y w o r d s:w e t s p r a y i n gm a c h i n e;w i r e l e s sr e m o t ec o n t r o l s y s t e m;MU;S U(上接第 页)C o m p a r a t i v eS t u d yo nC o r r u g a t i o nT r e a t m e n tM e t h o d so fR a i l i nL o n ga n dL a r g eT u n n e lL IQ i n g y u a n(C h i n aR a i l w a yM a t e r i a l sO p e r a t i o na n dM a i n t e n a n c eT e c h n o l o g yC o,L t d,B e i j i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:T h e r e i sap e r i o d i cc o r r u g a t i o np r o b l e mo f r a i l i nY a n s h a nt u n n e l i nt h eu p l i n ko fT a n g s h a nB a o t o ul i n e,t h eo v e r l i m i ta l a r mo fv e r t i c a la c c e l e r a t i o nf r e q u e n t l ya p p e a r si nv e h i c l e m o u n t e dl i n ec h e c k e r I nv i e w o ft h ep r o b l e m so ns i t e,ad e t a i l e di n v e s t i g a t i o nw a sc a r r i e do u tf r o mt h ea s p e c t so fr a i lp r o f i l e,r a i ls u r f a c es t a t e,f l a t n e s sa n ds oo n,a n dt h ep r o b l e ma r e aw a sm e a s u r e df o rt r a c ki r r e g u l a r i t y A c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls i t u a t i o n,t h el i n eg r i n d i n gc a ra n d m i l l i n gc a rw e r eu s e dt od e a lw i t hd i f f e r e n t c o r r u g a t i o ns e c t i o n sr e s p e c t i v e l y,a f t e r t r e a t m e n t,t h e f l a t n e s sw a s c o n t r o l l e dw i t h i n mm,t h e r a i l i n s p e c t i o n i n d e xa n dt h em e a s u r e dv i b r a t i o na c c e l e r a t i o no f t h e c a rb o d yw e r e i m p r o v e do b v i o u s l y B u t u n d e r t h e s a m e t r e a t m e n t e f f e c t t o t h e c o r r u g a t i o n,g r i n d i n gi ss u p e r i o r t om i l l i n g i nc u t t i n gq u a n t i t y,h i g ho p e r a t i n ge f f i c i e n c y,i t c a ne l i m i n a t e c o r r u g a t i o na n dc o r r e c t t h ep r o f i l e a t t h es a m et i m e,i t i sb e n e f i c i a l t o i m p r o v e t h ew h e e l r a i l c o n t a c t r e l a t i o n s h i pa n dd e l a y t h eg e n e r a t i o na n dd e v e l o p m e n t o f f a t i g u ed i s e a s e K e y 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