[图文]铁路钢轨表面伤损形式及其危害

1.钢轨表面伤损形式

钢轨在运营过程中,由于轮轨作用及钢轨材质、线路条件和人员操作等原因,在钢轨轮轨接触的表面或次表面产生接触疲劳裂纹、变形、剥离、磨耗和擦伤等伤损。

(1)钢轨纵向变形

①钢轨焊接接头不平顺

上图所示为由于钢轨焊接后焊缝处轨顶面金属的强度、硬度的差异及接头原始不平顺引起的过大的轨道附加动荷载,所产生的磨耗、变形。

②钢轨波浪形磨耗(周期性纵向变形)

钢轨波浪形磨耗上图所示。轮轨接触的黏滑现象是解释钢轨波浪形磨耗的典型理论。当轮轨接触时,产生黏着和滑动交替、往而复始的过程,在这过程中表面摩擦力也出现大小交替变化，从而磨损量在此过程中也不一样,波浪磨耗也就出现了。

波浪形磨耗依波长长度分为波纹(波长30~80mm)、短波波浪(波长 80 ~300 mm)、长波波浪( 波长300~1000 mm)。波纹多发生于直线线路上，短波波浪常发生在铁路的曲线下股钢轨上,长波波浪通常是由于线路上只有单一型号的车辆运行造成的。在现场,往往几种波长波浪同时出现在钢轨同一部位。由于钢轨轧制工艺问题造成的周期性纵向变形称为波浪弯曲，波长在3000mm左右。

(2)表面疲劳

根据著名的赫兹理论,当两个滑动体在高应力作用下发生接触时,接触体表面或次表面会产生极高的接触剪应力。这种接触剪应力就是产生钢轨轮轨接触表面疲劳的原因。钢轨轮轨接触表面疲劳主要表现形式有:

①鱼鳞裂纹

图1 鱼鳞裂纹的发生初期

图2 鱼鳞裂纹后期

如上图1所示是鱼鳞裂纹的发生前期,它的发展结果会出现剥离或掉块(图2) ,甚至会发展为轨头横截面上的核伤而导致断轨(图2- -11)。

②轨头肥边

轨头肥边如上图所示，肥边处的细裂纹可扩展为横向裂纹而断轨。

③塌陷(蠕变、黑色斑点)

如上图所示是一种典型的接触疲劳的表现形式,发展结果是严重剥落掉块。

(3)擦伤

在长大坡道、信号机前后线路上,列车爬坡、制动、启动或司机操作不当,轮轨产生剧烈的滑动摩擦,使钢轨踏面表层产生淬火马氏体金相组织,马氏体组织高硬度低强度的机械性能决定了它在轮轨接触应力作用下的金属破碎,产生龟裂和剥离。剥离裂纹的尖端极有可能成为疲劳源,扩展成轨头核伤。

2.钢轨表面伤损的危害

(1)动态过载

周期性的长波变形会产生低频高能量的振动,这种振动向下延伸到次级频率,会给轨道和车辆带来永久性的损坏。

(2)振动危害

钢轨周期性的变形会产生有规律的振动。这就存在着共振的危险。当振动频率与系统构件的固有频率相同时,就会发生共振。振动的振幅得到加强,释放出巨大的能量,铁路构件会因此而迅速被损坏。钢轨的振动还会导致构件承受过多的载荷,造成紧定螺栓断裂、枕木伤损、道砟过度粉化等,从而加大轨道部件的修理和道砟的清筛工作量。

(3)能量损耗

有试验表明，钢轨周期性变形将明显增加机车的燃料消耗。研究表明,在0.8mm深波纹的钢轨上,机车需要付出大于三倍的牵引力。对无波浪变形的轨面，可以减少能耗到30%左右。

(4)噪声危害

线路纵向周期性变形的影响结果就是噪声,它普遍可以使噪声升高12dB。路基的振动也能产生较高级别的噪声。极端情况下(比如在砖砌的隧道中),振动能导致结构的损伤。

本文摘自:铁路职工岗位培训教材《铁路线路工》，文中图片均源自网络。