鋼軌傷損

鋼軌傷損是指鋼軌在使用過程中，發(fā)生折斷、裂紋及其它影響和限制鋼軌使用性能的傷損。

為便于統(tǒng)計(jì)和分析鋼軌傷損，需對(duì)鋼軌傷損進(jìn)行分類。根據(jù)傷損在鋼軌斷面上的位置、傷損外貌及傷損原因等分為九類32種傷損，用兩位數(shù)編號(hào)分類，十位數(shù)表示傷損的部位和狀態(tài)，個(gè)位數(shù)表示造成傷損的原因。鋼軌傷損分類具體內(nèi)容可見“鐵道工務(wù)技術(shù)手冊(cè)（軌道）”。

鋼軌折斷是指有下列情況之一者：鋼軌全截面至少斷成兩部分；裂縫已經(jīng)貫通整個(gè)軌頭截面或軌底截面；鋼軌頂面上有長(zhǎng)大于50mm、深大于10mm的掉塊。鋼軌折斷直接威脅行車安全，應(yīng)及時(shí)更換。鋼軌裂紋是指除鋼軌折斷之外，鋼軌部分材料發(fā)生分離，形成裂紋。

鋼軌傷損種類很多，常見的有磨耗、剝離及軌頭核傷、軌腰螺栓孔裂紋等。下面介紹幾種常見的鋼軌傷損情況。

鋼軌磨耗

鋼軌磨耗主要是指小半徑曲線上鋼軌的側(cè)面磨耗和波浪磨耗。至于垂直磨耗一般情況下是正常的，隨著軸重和通過總重的增加而增大。軌道幾何形位設(shè)置不當(dāng)，會(huì)使垂直磨耗速率加快，這是要防止的，可通過調(diào)整軌道幾何尺寸解決。

(1)側(cè)面磨耗

側(cè)面磨耗發(fā)生在小半徑曲線的外股鋼軌上，是現(xiàn)在曲線上傷損的主要類型之一。列車在曲線上運(yùn)行時(shí)，輪軌的磨擦與滑動(dòng)是造成外軌側(cè)磨的根本原因。列車通過小半徑曲線時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)輪軌兩點(diǎn)接觸的情況，這時(shí)發(fā)生的側(cè)磨最大。側(cè)磨的大小可用導(dǎo)身力與沖擊角的乘積，即磨耗因子來表示。改善列車通過曲線的條件，如采用磨耗型車輪踏面，采用徑向轉(zhuǎn)向架等會(huì)降低側(cè)磨的速率。

從工務(wù)角度來講，應(yīng)改善鋼軌材質(zhì)，采用耐磨軌，例如高硬稀土軌其耐磨性是普通軌的2倍左右，淬火軌為1倍以上。

加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)維修，設(shè)置合適的軌距、外軌超高及軌底坡，增加線路的彈性，在鋼軌側(cè)面涂油等，都可以減小側(cè)面磨耗的效果。

(2)波浪形磨耗

波浪形磨耗是指鋼軌頂面上出現(xiàn)的波浪狀不均勻磨耗，實(shí)質(zhì)上是波浪形壓潰。波磨會(huì)引起很高的輪軌動(dòng)力作用，加速機(jī)車車輛及軌道部件的損壞，增加養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用；此外列車的劇烈振動(dòng)，會(huì)使旅客不適，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)威脅到行車安全；波磨也是噪音的來源。我國(guó)一些貨運(yùn)干線上，出現(xiàn)了嚴(yán)重的波磨。其發(fā)展速度比側(cè)磨還快，成為換軌的主要原因。

波磨可以其波長(zhǎng)分為短波（或稱波紋）和長(zhǎng)波（或稱波浪）兩種。波紋為波長(zhǎng)約50~100mm，波幅0.1～0.4mm的周期性不平順；長(zhǎng)波為波長(zhǎng)100mm以上，3000mm以下，波幅2mm以內(nèi)的周期性不平順。

波磨主要出現(xiàn)在重載運(yùn)輸線上，尤其是運(yùn)煤運(yùn)礦線上特別嚴(yán)重，在高速高客運(yùn)線上也有不同程度的發(fā)生，城市地鐵上也較普遍。列車速度較高的鐵路上，主要發(fā)生波紋磨耗，且主要出現(xiàn)在直線和制動(dòng)地段。在車速較低的重載運(yùn)輸線上主要發(fā)波浪磨耗，且一般出現(xiàn)在曲線地段。影響鋼軌波磨發(fā)生發(fā)展的因素很多，涉及到鋼軌材質(zhì)、線路及機(jī)車輛條件等多個(gè)方面。世界各國(guó)都在致力于鋼軌波形磨耗成因理論研究。關(guān)于波磨成因的理論有數(shù)十種，大致可分為兩類：動(dòng)力類成因理論和非動(dòng)力類成因理論?？偟膩碚f，動(dòng)力作用是鋼軌波磨形成的外因，鋼軌材質(zhì)性能是波磨的內(nèi)因。事實(shí)上單靠某一方面的分析來概括鋼軌波磨的所有成因是相當(dāng)困難的，而必須把車輛和軌道作為一個(gè)系統(tǒng)，研究多種振動(dòng)形成，從整體上進(jìn)行多方面、多學(xué)科的研究，才能把握波磨成因的全貌。

打磨鋼軌是現(xiàn)在最有效的消除波磨的措施。除此還有以下一些措施可以減緩波磨的發(fā)展：用連續(xù)焊接法消除鋼軌接頭，提高軌道的平順性；改進(jìn)鋼軌材質(zhì)采用高強(qiáng)耐磨鋼軌，提高熱處理工藝質(zhì)量，消除鋼軌殘余應(yīng)力；提高軌道質(zhì)量，改善軌道彈性，并使縱橫向彈性連續(xù)均勻；保持曲線方向圓順，超高設(shè)置合理，外軌工作邊涂油；輪軌系統(tǒng)應(yīng)有足夠的阻力等。

(3)鋼軌磨耗的允許限度

鋼軌頭部允許磨耗限度主要由強(qiáng)度和構(gòu)造條件確定。即當(dāng)鋼軌磨耗達(dá)到允許限度里，一是還能保證鋼軌有足夠的強(qiáng)度和抗彎剛度；二是應(yīng)保證在最不利情況下車輪緣不碰撞接頭夾板。《鐵路線路維修規(guī)則》中按鋼軌頭產(chǎn)磨耗程度的不同，分為輕傷和重傷兩類。波磨軌耗谷深超過0.5mm為輕傷軌。

接觸疲勞傷損

接觸疲勞傷損的形成大致可分三個(gè)階段：第一階段是鋼軌踏面外形的變化，如鋼軌踏面出現(xiàn)不平順，焊縫處出現(xiàn)鞍形磨損，這些不平順將增大車輪對(duì)鋼軌的沖擊作用；第二階段是軌頭表面金屬的破壞，由于軌頭踏面金屬的冷作硬化，使軌頭工作面的硬度不斷增長(zhǎng)，通過總質(zhì)量150~200Mt時(shí)，硬度可達(dá)HB360；此后，硬化層不再發(fā)生變化，對(duì)碳素鋼軌來說，通過總質(zhì)量200~250Mt時(shí)，在軌頭表層形成微裂紋。對(duì)于彈性非均等的線路當(dāng)車輪及鋼軌肯有明顯不平順時(shí)，軌頂面所受之拉壓力幾乎相等，若存在微型紋，同時(shí)撓曲應(yīng)力與殘余應(yīng)力同號(hào)，會(huì)極大的降低鋼軌強(qiáng)度。第三階段為軌頭接觸疲勞的形成，由于金屬接觸疲勞強(qiáng)度不足和重載車輪的多次作用，當(dāng)最大剪應(yīng)力作用點(diǎn)超過剪切屈服極限時(shí)，會(huì)使該點(diǎn)成為塑性區(qū)域，車輪每次通過必將產(chǎn)生金屬顯微組織的滑移，通過一段時(shí)間的運(yùn)營(yíng)，這種滑移產(chǎn)生積累和聚集，最終導(dǎo)致疲勞裂紋的形成。隨著軸載的提高、大運(yùn)量的運(yùn)輸條件、鋼軌材質(zhì)及軌型的不適應(yīng)，將加速接觸疲勞裂紋的萌生和發(fā)展。

軌頭工作邊上圓角附近的剝離主要是由以下三個(gè)原因引起的：由夾雜物或接觸剪應(yīng)力引起縱向疲勞裂紋而導(dǎo)致剝離；導(dǎo)向輪在曲線外軌引起剪應(yīng)力交變循環(huán)促使外軌軌頭疲勞，導(dǎo)致剝離；車輪及軌道維修不良加速剝離的發(fā)展。通常剝離會(huì)造成缺口區(qū)的應(yīng)力集中并影響行車的平順性，增大動(dòng)力沖擊作用，又促使缺口區(qū)域裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展。缺口區(qū)的存在，還會(huì)阻礙金屬塑性變形的發(fā)展，使鋼軌塑性指標(biāo)降低。

軌頭核傷是最危險(xiǎn)的一種傷損形式，會(huì)在列車作用下突然斷裂，嚴(yán)重影響行車安全。軌頭核傷產(chǎn)一的主要原因是軌頭內(nèi)部存在微小裂紋或缺陷（如非金屬夾雜物及白點(diǎn)等），在重復(fù)動(dòng)荷 載作用下，在鋼軌走行面以下的軌頭內(nèi)部出現(xiàn)極為復(fù)雜的應(yīng)力組合，使細(xì)不裂紋先是成核，然后向軌頭四周發(fā)展，直到核傷周圍的鋼料不足以提供足夠的抵抗，鋼軌在毫元預(yù)兆的情況下猝然折斷。所以鋼軌內(nèi)部材質(zhì)的缺陷是形成核傷的內(nèi)因，而外部荷載的作用是外因，促使核傷的發(fā)展。核傷的發(fā)展與運(yùn)量、軸重及行車速度、線路平面狀態(tài)有關(guān)。為確保行車的安全，對(duì)鋼軌要定期探傷。

減緩鋼軌接觸疲勞傷損的措施有：凈化軌鋼，控制雜物的形態(tài)；采用淬火鋼軌，發(fā)展優(yōu)質(zhì)重軌，改進(jìn)軌鋼力學(xué)性質(zhì)；改革舊軌再用制度，合理使用鋼軌；鋼軌打磨；按軌鋼材質(zhì)分類鋪軌等。