地铁钢轨病害的原理及防治

摘要：地铁是城市公共交通的重要构成部分。因自身具有便捷，高效且运量较大等优势，对城市的交通状况产生极大的优化与改善，也为人民群众的日常出行提供了便利的条件。而地铁钢轨作为地铁列车运行的基础性承载结构，其状态的好坏会对地铁运行的安全性、可靠性及其舒适性产生直接的影响。为此，本文针对地铁钢轨病害原理及防治措施进行相应的探讨与分析。
关键词：地铁钢轨；钢轨病害；原理；防治措施

前言：在地铁轨道交通长期运营过程中，钢轨不可避免的会出现各种病害问题，这些病害问题的长期存在会使得钢轨磨损和损坏问题加速发展，导致其使用寿命进一步缩短，运营成本不断增加。更严重的是，钢轨病害还可能会引发列车运行时出现的噪音与震动等问题，甚至造成列车脱轨等一系列重大的安全事故，严重威胁到乘客的生命财产安全。为此，针对地铁钢轨原病害发生的原理进行深入了解，并采取积极有效的防治措施，对于保障地铁安全稳定的运行以及提高地铁运营的社会效益和经济效益有着重要的影响意义。
一、地铁钢轨主要病害及原理

（一）钢轨接头病害

由于轧钢质量不好，出厂时钢轨内就存在核伤。接头养护不良，加重车轮冲击。车轮行经钢轨接头处，因接头形成了折角，车轮从一根钢轨走上另一根钢轨时，有悬空跳过去的现象，发生了冲击，这个冲击力一部分使钢轨端部和夹板挠曲，一部分使钢轨顶面及夹板和连接零件发生磨耗。如有低接头和接头松软或轨缝过大，过车时接头处发生的折角就会增大，车轮对接头的冲击也越严重，结果造成钢轨、夹板和连接零件的严重磨损或折断。在车轮冲击力作用下，端部顶面受到很大的压力，产生塑性变形。由于淬火与未淬火部分的硬度不同，形成马鞍型磨耗。

（二）钢轨裂纹

    地铁钢轨出现裂纹这一问题通常是由多方面因素共同引起的，其中较为明显的是生产过程中所存在的一系列质量问题，例如钢材内部含有气泡或杂质之类的缺陷，这会使得钢轨在列车日复一日的碾压下慢慢扩大并形成裂纹。其次，列车运行也会对钢轨造成反复的压力，使得钢轨内部出现疲劳损伤问题。具体来说就是地铁列车车轮压过时，钢轨会经历挤压与拉伸之间的交替变化，随着时间的增加，材料结构也会出现微小的损伤，从而导致裂缝的出现。另外，天气变化也是一个重要的影响因素。在温差相对较大的地方，钢轨往往会由于热胀冷缩而出现内部压力，一旦这种压力积累到一定程度，就会使得材料难以承受而形成裂纹。这些裂纹的出现与长期的存在，会导致钢轨的使用强度产生明显的下降，尤其是裂纹扩展到较大的范围时，可能会导致钢轨出现直接的断裂，如此一来，列车运行就会失去轨道支撑，造成安全事故。即使是较小的裂纹长期存在，也会大大缩短钢轨的使用时长，为此，在日常进行检修维护时，需要对其进行频繁的检查与更换，这也会导致运营成本的增加。  

（三）钢轨剥离掉块

钢轨表面容易出现材料脱落的问题，这一情况的发生与轮轨接触面承受的集中压力相对过高有关，当列车在行驶的过程中，其车轮与轨道的接触面之间会产生较大的压力。具体来说，在列车运行过程中，轮轨之间的接触应力会在钢轨的表层形成一种剪切作用力，一旦这种作用力超过了当前材料自身所能够承受的最大能力时，就会导致表层材料出现疲劳损伤以及性状改变等问题。尤其是在长期重复的载荷作用下，钢轨表面往往会形成大量的细小裂纹，这些裂纹随着时间的不断推移，会相互连接并进一步的拓展，最终导致钢轨表层材料成片的脱落。另外，如果钢轨轨道表面聚积了大量的污染物，而且润滑效果不够理想，实际上也会导致轮轨之间的摩擦系数不断增加，导致这一种损伤的进一步加剧。钢轨表面出现剥落缺损问题会对轨道的平整度产生直接的威胁，使得轨道列车在运行时产生异常震动，这不但会影响到乘客的乘车舒适度，长远看来还会对地铁轮轴与转向架等部件造成额外的伤害。更需要注意的是钢轨表面一旦受损，在遇到雨水侵蚀或者空气潮湿等问题时，会导致自身氧化腐蚀进程进一步加快，从而不断缩短轨道的使用寿命。

二、地铁钢轨病害防治措施

（一）加强钢轨制造与检验

在钢轨制造的过程中，需要对生产工艺进行严格的把控，钢铁企业必须采取更为先进的冶炼技术保证钢材具有更高的纯净度，尽可能减少内部存在的气孔与杂质等缺陷，不断提高钢轨的整体质量。例如，可以采用精炼工艺对钢材中含有的有害元素进行有效去除，使得钢材更为致密、均匀。与此同时，还需要对工艺参数进行优化，保证钢材轧质的几何尺寸、精度及其表面质量。在钢材出厂之前，需要使用先进的无损检测技术针对钢轨进行全方面的检测。例如使用超声波探伤技术能够对钢轨内部存在的裂缝等缺陷进行有效检测，而使用磁粉探伤技术则能对其表面与近表面的裂纹进行有效发现，对于最终检测结果不合格的钢轨，坚决不予以出厂处理。如此一来，能够从源头上杜绝存在质量问题的钢轨进入到地铁轨道铺设与使用中。除此之外，还需要建立起更为完善的钢轨质量追溯管理工作体系，一旦发现存在问题，能够在第一时间对当前钢轨的生产批次以及具体的相关责任人进行追溯，保证钢轨质量能够具有更高的可靠性及可追溯性。

（二）定期维护与保养

为了保证地铁轨道能够实现长期稳定的安全运行，需要进行一套科学合理的维护方案制定与应用。在此过程中，需要定期针对地铁轨道进行多方面检查。例如使用肉眼对钢轨表面情况进行观察，用专业设备对内部损伤情况进行探测等，通过表面检查能够及时的发现表面裂纹以及轨道磨损和材料脱落等表面问题，而通过内部检测则能对肉眼看不出来的隐患进行准确发现。尤其是轨道表面出现轻微磨损问题时，通过对其进行及时的打磨处理，能够使得轨道表面变得更为平整，减少轮轨道与车轮之间的摩擦力，避免小问题逐渐发展造成更为严重的后果。与此同时，还需要对轨道上存在的脏污进行及时处理，包括碎石子以及油渍等一些会对车辆车轮正常滚动造成影响的东西。另外，对于轨道下的支撑结构，类似道床与轨枕之类的部件，也需要进行经常性的维护与检查，如此一来，能够保证整个轨道系统足够稳固，并为上方的钢轨提供更为可靠的运行支撑条件。

（三）优化列车运行管理

在地铁列车运行的过程中，需要对车速以及载重情况进行着重把控，不能让车辆开的过快或装载过重，速度过高会导致轨道与大车轮之间的摩擦碰撞不断增加，使得轨道磨损速度加快，而装载过重的车辆则会导致钢轨承受的压力超过额定标准，出现裂缝等问题。为了能够达到上述目标，需要对调度系统设置进行不断的优化，使得列车运行更为平顺。例如可以减少频繁的起步、停车，以及在转弯路段不要贸然加速或减速等。如此一来，能够有效减少轨道所受到的来自于不同方向的力，进一步降低钢轨损耗的速度。另外，还需要对车轮状态进行定期的维护检查，保证车轮的接触面、其形状与尺寸都符合设计标准，避免因为车轮问题对轨道造成额外损伤。比如说发现车轮不圆了就要及时修复，这样可以防止车轮跳动导致轨道出现波浪状的磨损痕迹。

三、结束语

地铁钢轨病害的出现是由多种因素共同作用的最终结果，其病害原理涉及到材料学、力学、环境因素等多个不同的领域。钢轨病害问题的存在不但会对地铁的正常运营造成不良影响，还可能会造成严重的安全隐患问题。为此，针对地铁钢轨病害进行科学高效的防治工作是地铁运营管理中的一项重要工作任务。
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