【大机资料】钢轨打磨量的分析计算

摘 要:以GMC96型钢轨打磨列车为研究对象,论述钢轨轨廓数据采集与处理。分析打磨前后钢轨轨廓数据,针对打磨接触点、打磨面积计算、单个打磨头的平均打磨量计算进行阐述,提出钢轨打磨量计算方法;分析多种钢轨打磨模式下其打磨量与影响因素间的关系,得到打磨量与打磨角度及压力的关系,为GMC96型钢轨打磨列车打磨模式编制提供参考。

1 概述

我国于20世纪80年代引入钢轨打磨技术,目前大部 分铁路局配备了钢轨打磨列车,钢轨打磨技术逐渐成为 一项基本的线路维护技术。我国现代化钢轨打磨列车 主要依靠进口,大型打磨设备及打磨工艺落后于铁路发 达国家。1989年,我国引进第一台钢轨打磨列车,在丰沙线和石太线实施打磨作业,以消除钢轨波形磨耗。自 此开始了钢轨打磨列车应用技术研究,并取得了一些实 际应用经验。然而,我国大型养路机械钢轨打磨列车的 研发和制造还处于起步阶段,为了推进钢轨打磨列车的 引进和国产化进程,中国北车股份有限公司签订了大型 养路机械96头钢轨打磨列车技术转让协议及采购合同。 2009年11月,中国北车股份有限公司与瑞士SPENO公司 通过技术引进、联合设计、合作生产、国产化制造和联 合调试等模式,研制了首列GMC96型钢轨打磨列车。 目前,该型钢轨打磨列车的国产化比例达到70%。但 SPENO公司仅提供6种适用于钢轨直线段的打磨模式, 对我国铁路运输状况复杂、密度大、客货混运,以及运 输距离较长等实际情况,6种钢轨打磨模式难以满足需求。

钢轨打磨模式的研究可为打磨系统研究提供数据, 并且有利于规范打磨作业过程和制定统一的打磨标准, 从而获得更高的打磨质量,延长钢轨的使用寿命。为 此,以GMC96型钢轨打磨列车为研究对象,针对60 kg/m 钢轨进行试验(客运线路多为60 kg/m钢轨),研究不同 打磨模式下钢轨打磨量的规律,为GMC96型钢轨打磨列 车的打磨模式提供参考依据。

2 钢轨轨廓数据采集与处理

钢轨轨廓数据采集与处理是钢轨打磨模式研究的前 提。采用丹麦Miniprof高速铁路钢轨(道岔)廓面高精 密检测分析仪,对钢轨横断面进行高精度检测、数据化 采集和软件综合分析。通过对GMC96型钢轨打磨列车跟 踪与调研,完成多种模式下打磨前后钢轨轨廓数据的采 集。打磨前后钢轨轨廓见图1。

3 计算钢轨打磨量

在打磨过程中,钢轨打磨列车的打磨砂轮与钢轨因 打磨产生磨屑,在此钢轨打磨量指打磨前后钢轨横断面 轨廓之间的面积。

3.1 打磨接触点分析

60 kg/m钢轨断面轮廓由R 300,R 80,R 13三个弧段 组成,其中R 80与R 13弧段交点处切线角度为±13°, R80与R300弧段交点处切线角度为±2°。图2为钢轨打 磨列车控制面板显示的打磨模式50#下的参数设置,图 中红色数据表示砂轮标号,左边为打磨角度,右边为压 力。GMC96型钢轨打磨列车总长约145 m,由7节车组 成,按功能划分为A车、B车和C车,排列为B1—C1— A—C2—C3—C4—B2。A车为动力车,B车和C车为打磨 作业车。其中,B车相邻的2个砂轮固定联结,但角度有差异;C车相邻的4个砂轮固定联结,角度也有差异。

分析打磨模式和每种打磨模式在60 kg/m钢轨上的砂 轮分布,得到以下结论:

(1)在打磨内侧模式中,B车砂轮主要分布在R13 弧段,C车砂轮主要分布在轨顶。

(2)在打磨轨顶模式中,B车、C车的打磨砂轮交错排列,共同打磨轨顶。

(3)在曲率大的弧段,安排砂轮数量较多;曲率小的弧段,安排砂轮数量较少。

(4)在切线角±13°和±2°处砂轮分布界限明显。

3.2 打磨面积的计算方法

打磨中的左右两侧钢轨各分布48个砂轮,即打磨后 的钢轨横断面轨廓线由48条小线段连接形成。60 kg/m 钢轨的宽度约为73 mm,得到小线段的平均长度约为 2 mm,可看作为光滑曲线。在打磨模式2#下,(打磨内 侧)48个砂轮在60 kg/m钢轨横断面上的切点见图3,图 中数字2、3表示在该点有2个或3个砂轮与钢轨轨廓相切。

为得到单个打磨头的打磨量,用3对平行线分别 表示3个相邻角度砂轮在打磨前后钢轨轨廓上的切线位 置,单个打磨头的打磨量即为中间砂轮对应的打磨量。 打磨量计算方法采用微积分原理,将其微分成无数个细小矩形后做积分求和。微分后在打磨前的钢轨曲线上选 取相邻两个点(点1和点2),在打磨后钢轨曲线上取对 应两点(点3和点4),求出梯形面积。

3.3 单个打磨头的平均打磨量计算

通过分析各种打磨模式,采用分弧和分车分压力方 法计算砂轮平均打磨量。采用单个打磨头平均打磨量表 征打磨量的特点和规律。

3.3.1 分弧计算平均打磨量

按60 kg/m钢轨的R 13、R 80、R 300三个弧段,将 打磨前后的钢轨轨廓分为3个区域(见图4)。设s 为各 区域的面积(mm2),n 为对应区域内打磨砂轮的数量 (个),则单个砂轮的平均打磨量为s/n(mm2/个)。计 算出在打磨模式2#(打磨内侧)、打磨模式20#(打磨内 侧和轨顶)、打磨模式32#(打磨内侧)和打磨模式34#(打磨内侧)工况下钢轨打磨前后轮廓的平均打磨量, 得到砂轮倾斜角度越大打磨量越大的结论。

3.3.2 分车分压力计算平均打磨量

分析采集的打磨模式,得到打磨砂轮的压力F (以 电机电流表征压力)范围为25~30 A,且同一节车的16 个打磨砂轮打磨压力均相同。因此,按压力分区即按车 分区。以打磨模式32#(打磨内侧)分车分压力计算打 磨量为例,B车压力为25 A,C车压力为27 A,以93号 和17号砂轮为分界线,对应的砂轮角度分别为-22.5° 和-21.5°。

计算得到压力F 下打磨量s ,除以对应的打磨砂轮的 个数n ,即可求得F 压力下单个打磨头的打磨量s /n 。通 过计算采集的数据,得到统计规律图形(见图5)和结 论:压力越大单个打磨头的打磨量越大,且基本呈线性 关系。

4 结论

以GMC96型钢轨打磨列车为研究对象,采集多种钢 轨打磨模式及打磨前后的钢轨轨廓数据,采用微积分方 法计算打磨量;通过分弧计算平均打磨量,得到平均打 磨量与角度的关系,砂轮倾斜角度越大,平均打磨量越 大;通过分车分压力计算平均打磨量,得到平均打磨量 与压力的关系,并且砂轮压力越大,平均打磨量越大, 两者基本呈线性关系。研究结果可为GMC96型钢轨打磨 列车打磨模式编制提供依据。

温馨提示：

如果您喜欢这篇文章，请点击右上角按钮即刻分享到朋友圈。如果您想继续关注《大型养路机械》微信公众号，请加dxyljxzz，或扫描二维码。

关注方法：

点击微信【通讯录】 - 再点击右上角【添加】按钮 - 【查找公众账号】- 【搜索“dxyljxzz”】- 【添加关注】

投稿方式：

如果您希望将稿件及作品与网友分享，将文件发送至邮箱：

dajizazhi@163.com 即可。