平直度

钢轨与水平面相符合程度的衡量指标

平直度是钢轨与水平面相符合程度的衡量指标。通常用不平度指标来衡量，它是指钢轨表面与水平面之间的最大偏离距离。平直度也可用陡度或I单位表示。

简介

世界各国铁路发展呈现两大趋势，即客运高速和货运重载。作为轨道结构技术进步的重要标志，无缝线路是实现高速、重载轨道结构技术的最优选择，也是我国铁路实现跨越式发展的重要课题。钢轨焊接是无缝线路的关键技术，其接头质量与行车速度、运行平稳性、旅客舒适性和行车安全有密切的关系。

随着无缝线路的发展，对钢轨焊接接头质量提出了更高的要求，即要求钢轨焊接接头具有较高的内在质量和外在质量。接头内在质量通过设备自动化、数字化、模块化等方面的改造已得到较好的保证。外在质量要求钢轨焊接接头表面无缺陷、具有高的几何尺寸精度和高的平直度等，其中钢轨焊接接头平直度是影响行车速度、运行平稳性、旅客舒适性的主要因素。接头平直度超标时，在列车高速运行条件下能引起很大的轮轨作用力和冲击振动，对轨道和机车车辆造成很大的损坏，并产生很大的噪声，影响列车行车速度、运行平稳性和旅客乘坐舒适性。

因此，研究钢轨焊接接头平直度，掌握我国现役钢轨焊接接头平直度现状，采取针对性的维护措施，对于提高无缝线路接头外在质量、确保接头平直度水平稳定达标以及发展我国高速铁路等都具有重要的意义。

钢轨焊接接头平直度研究现状及意义

轨道不平顺是指铁路轨道与列车车轮相互作用而导致轨道几何形状和空间位置发生偏差。轮轨相互作用理论表明，轨道不平顺是引起机车车辆振动、轮轨作用力增大的主要根源。列车行车速度越快，振动越严重，轮轨作用力越大，这将加速道碴破碎，道床路基局部沉陷，形成中长波不平顺，产生噪声，甚至诱发钢轨、轮、轴断裂，导致恶性脱轨事故。此外，轨道不平顺是线路方面直接限制列车行车速度的主要因素。

焊接接头作为轨道结构中重要的组成部分，其接头平直度情况对轨道平顺性将产生重要的影响。然而，在焊接特殊过程作用下，焊接接头平直度的研究又与轨道平顺性有不同之处。因此，研究焊接接头平直度对于高速铁路的平稳性、安全性等具有重要意义。

钢轨焊接接头平直度研究现状

焊接接头作为轨道结构中三大薄弱环节之一，其接头质量对轨道作用力等方面有着明显的影响。尽管轨道焊接技术已日趋成熟，但轨道焊接过程中大量的热量输入使得焊接接头（焊缝）在材质、性能等方面与钢轨相比都存在着较大的差异。在反复轮轨作用力下，常常在焊接接头处及其附近轨顶面出现不均匀的磨耗的凹陷或凸台，从而增大轮轨作用力，降低列车运行的平稳性。例如，焊接接头处存在一个0.2 mm的迎轮台阶，当列车以300 km/h车速通过时，所引起的高频振动作用力高达722 kN，低频轮轨力达321kN，分别约是列车自重的五倍、三倍，使得轨道受力发生突变，在如此反复作用下，容易使得道床路基产生局部沉降，从而形成较大的中长波，引起振动，产生较大的噪声，严重影响列车行车速度、运行平稳性和旅客乘坐舒适性。

采用轴重140kN的CHR2动车组在运行速度相同的情况下，通过测试钢轨焊接接头打磨前后轮轨力大小。试验结果发现，动车组通过打磨前的钢轨焊接接头（平直度大于0.3 mm/m，且接头处存在明显的凹坑）时的轮轨作用力达160kN，通过打磨后的钢轨焊接接头（平直度小于0.3 mm/m）时的轮轨作用力约为100kN，可见钢轨焊接接头平直度的降低有助于降低轮轨作用力的大小。因此，研究打磨工艺对钢轨焊接接头平直度的影响水平、降低轮轨力具有重要意义。

采用SAILENT 钢轨纵断面测量仪测量了京山线和广深线大量焊接接头不平顺样本，并对钢轨焊接接头轨面不平顺谱估计开展了研究。结果表明，单个接头轨面不平顺样本函数表现为非平稳性，而同一线路同种工艺和同样养护条件下的大量焊接接头区轨面不平顺的整个样本空间表现为平稳性，从钢轨焊接接头短波不平顺功率谱密度能够直接反映线路的运量、运营速度和接头质量等相关信息。因此，在给定工艺和养护条件下，根据线路运量、列车运营速度等给定信息，可以对某线路钢轨焊接接头采取相应预防措施，确保行车安全。

无缝线路提高了列车运营的平稳性和舒适度，但由于温度效应的作用致使焊接长钢轨形成较高的温度压力，对无缝线路的稳定性提出了新的课题。钢轨焊接接头平直度是轨道平顺性中关键环节，采取有效措施控制好钢轨焊接接头平直度，对无缝线路安全控制具有重要意义，如将钢轨焊接接头平直度提高一倍，相当于无缝线路安全等级提高一级。应加强对新建客运专线焊接接头质量控制。

钢轨焊接接头平直度存在的超限问题除了焊接工艺水平外，还有一个重要原因就是缺少高精度的检测方法来指导、修理钢轨焊接接头平直度。该文献根据钢轨焊接接头平直度测量的需要，设计的钢轨平直度测量系统具有操作简单、功能全面等特点。以PLC为核心、以工控机为上位机的平直度测量系统，实现了对钢轨焊接接头平直度的测量。

钢轨焊接接头平直度研究意义

钢轨焊接接头平直度一方面影响高速行车的安全与平稳，另一方面将引起轨道动载荷进一步增大，促使钢轨焊接接头平直度由局部转向大范围的轨道不平顺恶化，显著降低舒适性。因此，研究钢轨焊接接头平直度，一方面可以有效抑制短波不平顺的扩展，有利于接头修整，为平直度控制寻求最佳时间；另一方面，采取相应的控制措施，对于保证高速列车运行的平稳性、安全性及舒适性等方面具有重要的意义。

钢轨焊接接头平直度主要控制措施

保证轨道高平顺性的技术措施均适用于钢轨焊接接头平直度控制。此外，由于焊接接头特殊性，对钢轨焊接接头平直度控制措施主要还应注意以下几个方面。

1.强化钢轨焊接接头平直度修理工作。

通过观察钢轨光带的方法分析轨道平顺性，指出焊接接头处容易产生各类钢轨不平顺。针对钢轨焊接接头处的短波不平顺，建议采用小型养路机械预打磨或大型钢轨打磨车周期性打磨方法来进行修复。

对于轨顶面降低过快的接头处，建议采用更换钢轨焊接接头来确保接头处平直度。针对现场已存在的塌陷低接头，首先打磨钢轨，改善行车面平直度，然后在接头两侧各两个轨枕上垫高弹胶垫，缓冲接头所受冲击。此外，在线路投入运行之前，通过打磨钢轨，去除钢轨在轧制、焊接、铺设等施工过程中造成的轨面微小不平顺，进一步提高钢轨焊接接头的平直度水平，已经被国内外证实为一项技术经济效益显著的经验成果。

2.构建高平顺性路基。

由于焊接接头在力学性能等方面低于母材，因此该处存在焊接接头平直度超标时容易引发中长波不平顺，该处路基出现局部下沉等现象。因此，坚固、稳定、高平顺的路基是轨道高平顺的前提条件，特别是焊接接头处，要做到压实道床下沉。铁科院轨道动力学试验表明，在相同的货车滚压条件下，经过123万t通过总重后，道床下沉经过压实的轨道焊接接头与未经压实的轨道焊接接头相比，相差3.2倍。日本新干线现场气压焊接头平直度优于我国气压焊接头平直度的一个重要原因就在于，日本将轨枕铺在经压实后的道碴上，而我国长轨条放在高低不平且不实的碴肩上焊接，自然会影响钢轨接头的平顺性。

3.钢轨初始平直度。

铁路线路平顺性要满足铁路标准的高要求，必须从钢轨选材时进行严格控制。现场测试发现，钢轨焊接接头平直度不达标除了焊接工艺和设备等方面的原因外，还有一个重要的原因就是部分钢轨母材本身平直度未能达到标准要求。因此，选择平直度和材质都符合我国高速要求的钢轨，对于确保线路平顺性及接头平直度等具有重要的意义。

建议

1.观念认识。传统观念重视钢轨焊接接头内在质量，而对外在质量重视程度不够。钢轨焊接接头平直度对无缝线路行车安全性、平稳性有着显著的影响，必须加以重视。

2.设备、方法问题。钢轨焊接接头测量结果表明，焊接方法不同、焊接设备不同、工况条件不同都对钢轨焊接接头平直度有重要的影响。

3.研制专用打磨设备。由于焊接接头特殊性，要求研制专用打磨设备，结合平直度测量数据，进行针对性打磨处理。

总结

钢轨焊接接头是无缝线路的重要组成部分，接头平直度是无缝线路平顺性的有机构成。如研究钢轨焊机接头平直度测量装置、分析钢轨焊接接头影响因素、制定钢轨焊接接头控制措施、研究专用打磨设备等对于发展我国高速重载无缝线路，加快经济建设具有重要意义。

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