专利名称：地铁钢轨波磨的整治方法
技术领域：
本发明涉及一种地铁钢轨波磨的整治方法。
背景技术：
地铁作为一种新的公交系统，除了能够避免城市地面的拥堵以外还具有非常的大运输能力以及明显高于地面交通的速度。因此，随着城市规模的扩大，为完成更大的乘客运输任务，许多城市开始新建地铁或增加新的营运线路。在地铁的运营中，一个非常重要的问题是地铁线路的钢轨波磨现象。其全称为波浪形磨损，指的是钢轨投入运行后在钢轨表面上出现的有一定规律的周期性磨损和塑性变形。波磨现象一般出现在曲线地段，在半径从300m至4500m的曲线上都可能发生波磨。由
于已经具有了多种测量波磨的现有技术，因此，本文对于如何测量波磨不再赘述。波磨现象给地铁的运营安全和服务质量(波磨同时还产生噪音)造成很大压力。因此，自从波磨现象出现以来，对其成因的研究就未停止过。然而，波磨的成因十分复杂，涉及钢轨材质、列车车辆动力性能、轮轨相互作用、线路特点等。因此，虽然本领域人员对波磨的成因一直在进行理论上的研究，但仍未将其机理研究清楚，也自然无法找出应对方案使新的地铁波磨现象减轻或者整治已出现波磨现象的地铁。目前，典型的处理波磨的手段为打磨。在60年代Speno公司制成了第一列打磨车。此后，美国、加拿大、澳大利亚及西欧一些国家也使用此类打磨车对钢轨进行定期打磨。我国则是在1989年引进了第一列打磨车。从国外的经验看，对地铁钢轨打磨可具有较好的波磨消除效果，但由于波磨现象的复杂性，如何打磨(选择何种打磨模式、是否进行非对称打磨等)才能消除波磨现象仍需要摸索。并且，国内也有研究表明波深在O. 8mm以上的波磨难以通过打磨来消除。作为一种新的思路，本申请的发明人提出工程类比和参数等效化的地铁钢轨波磨整治方法。具体地说，发明人通过将出现波磨的波磨病害区段与未发生波磨现象的标准区段对比，而归纳性地确定与波磨现象相关性较高的钢轨参数(成因参数)。然后通过工程手段使待波磨病害区段的上述参数等效于标准区段的上述参数，从而减轻或消除波磨病害区段上的波磨现象。
发明内容
鉴于此，本发明旨在提供一种地铁钢轨波磨的整治方法，其用工程手段，针对通过归纳方法而确定的钢轨的与波磨现象具有明显相关性的成因参数，而使波磨病害区段相对于标准区段等效化。根据本发明的地铁钢轨波磨的整治方法，包括根据有波磨现象的波磨病害区段选择无波磨的标准区段，其中列车在目标区段和标准区段具有基本一致的运行参数；在波磨病害区段上确定第一测量点，在所述标准区段选择第二测量点，使得所述第二测量点处的曲率半径与所述第一测量点处的曲率半径基本相同；在所述第一测量点和所述第二测量点处分别测量钢轨的多个工程参数；通过对比在第一测量点和第二测量点测得的所述多个工程参数，确定导致钢轨波磨发生的成因参数；针对所述成因参数，使波磨病害区段相对于标准区段等效化。通过参数等效化，使整治后的波磨病害区段工程上类比于标准区段，从而减轻或消除波磨现象。
图I为根据本发明的地铁钢轨波磨的整治方法的框图，示出所述方法的各个步骤。图2为根据本发明的测量钢轨的横向刚度的方法的框图，示出所述测量方法的各个步骤。 图3为现有技术一种钢轨扣件的截面图。
图4A-11B示出有关钢轨刚度的测量结果。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同的标号表示相同或相似的元件。下面参考附图描述的实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能解释为对本发明的一种限制。参考图1，示出本发明地铁钢轨波磨的整治方法的框图，所述方法包括下述步骤步骤110，根据有波磨现象的波磨病害区段选择无波磨的标准区段，其中列车在目标区段和标准区段具有基本一致的运行参数；步骤120，在波磨病害区段上确定第一测量点，在所述标准区段选择第二测量点，使得所述第二测量点处的曲率半径与所述第一测量点处的曲率半径基本相同；步骤130，在所述第一测量点和所述第二测量点处分别测量钢轨的多个工程参数；步骤140，通过对比在第一测量点和第二测量点测得的所述多个工程参数，确定导致钢轨波磨发生的成因参数。步骤150，针对所述成因参数，使所述波磨病害区段相对于标准区段等效化。参考表1，其为从本发明的图4A-11B(将在后面说明)中选出的用于确定成因参数的典型数据。表I
波磨病害区段标准
车速(km/h)__60__60_
曲率半径On)~ 350350
测得垂向力 Fy(kN)31.0424. 76
测得垂向位移Dy (mm~O. 24O. 09
垂向刚度=Fy/Dy 一129.3284.6
测得横向力 Fx(kN)31.0424.76 _测得横向位移Dx (mm) O. 59O. 17
横向刚度=Fx/Dx52 6145.6
I磨情况I中度基本无如表I所示，其中波磨病害区段为4号线某一区段(具体位置参考图9A、9B)，其具有中度波磨现象；根据该波磨病害区段所选择的标准区段为I号线某一区段(具体位置参考图4A、4B)，其无波磨现象发生并且与波磨病害区段具有基本一致的运行参数。在所述波磨病害区段的第一测量点和标准区段的第二测量点处曲率半径均为350m。如表I所述，优选地，所述基本相同的运行参数包括车速相同，同为60km/h。如表I所述，优选地，所述多个工程参数包括横向刚度。参考图2，优选地，在第一测量点和第二测量点测量钢轨的横向刚度包括下述步骤·步骤132，以液压装置(例如液压千斤顶)向钢轨施加横向力。步骤134，测量作用于钢轨上的横向力；如表I所示，在4号线的第一测量点测得的横向力Fx(kN)等于31.04kN，在I号线的第二测量点测得的横向力Fx(kN)等于24. 76kN。步骤136，测量钢轨产生的横向位移；如表I所示，在4号线的第一测量点测得的横向位移Dx (mm)等于O. 59mm,在I号线的第二测量点测得的横向位移Dx (mm)等于O. 17mm。步骤138，通过用测得的力除以测得的位移而得出钢轨的横向跨行总刚度；如表I所示，在波磨病害区段的第一测量点处算得横向刚度等于52. 6kN/mm，在标准区段的第二测量点处算得横向刚度等于145. 6kN/mm。从表I中可以看出，在波磨病害区段和标准区段的运行参数大致相同并且第一测量点与第二测量点处曲率半径相同的情况下，测得的第一测量点处钢轨的横向刚度仅约为第二测量点处的钢轨横向刚度的三分之一。相对于标准区段的第二测量点处几乎没有波磨现象的情况，在波磨病害区段的第一测量点处钢轨发生了中度的波磨。因此，发明人归纳出，在其他方面因素相同的情况下，钢轨的横向刚度越大，钢轨的波磨现象越小。因此，通过归纳，发明人将钢轨横向刚度作为与波磨现象有明显相关性的成因参数。比对表I中的垂向刚度数据，发明人归纳出垂向刚度同样与波磨现象相关，但其相关度要低于横向刚度与波磨现象的相关度。图4A-11B示出更多的有关钢轨刚度(包括横向刚度和纵向刚度，并且既包括跨中刚度也包括支承点刚度)的测量结果。首先参考图4A和4B，其测量包括在I号线的特定地点使用液压千斤顶向钢轨施加5-40KN的力，通过使用反力架及压力表测量液压千斤顶施加至钢轨上的力，以及通过百分表来测量钢轨由于所述力而产生的位移。其中图4A对应垂向刚度，图4B对应横向刚度。在测量位移时，既测量跨中位移也测量支承点位移，并据此算出跨中刚度和支承点刚度。类似地，图5A、5B、6A、6B也是在I号线的特定地点的实测数据，而图7A-11B则是在4号线的特定地点的实测数据。在图4A-11B这些数据中，图4A和4B中序号4所对应的跨中数据以及图9A和9B中序号5所对应的跨中数据被选入表I中。如上所述，选择这两组数据的原因是它们均对应曲率半径350m( S卩，曲率半径相同)。因此，上述两组数据的比较，能够较好地反映出在运行参数相同且曲率半径相同的情况下，钢轨的横向刚度与波磨现象的相关性。
虽然未在本申请中说明，但对于钢轨的测量还涉及多个工程参数，例如长度、截面形状及尺寸、重量、钢轨材质如抗拉强度等。这些参数同样被发明人所了解或测得，例如在上述表一中第一和第二测量点处的钢轨长度相同，并具有基本相同的截面形状，和相同的钢轨材质。而重量上的不同(例如60kg/m规格钢轨与75kg/m规格钢轨相比)虽然对波磨现象的发生也表现出一定的相关性，但发明人注意到上述不同规格的钢轨的横向刚度的不同与波磨现象的相关性更高。因此，75kg/m规格钢轨相对于60kg/m规格钢轨具有更高横向刚度才是决定其钢轨波磨现象较轻的主要原因。其他的钢轨参数，例如惯性矩等，表现出的与波磨现象的轻重程度的相关性同样远低于横向刚度与波磨现象的相关性。因此，在本发明的后续整治中，将针对横向刚度这一参数，完成波磨病害区段相对于标准区段的等效化。但是，可以想到的是，依照上述确定成因的步骤，如果选入其他的工程参数进行对比，也可能选择出与波磨现象相关性更高的另一种参数。因此，本发明实施例中所选择的横向刚度并非唯一可用于波磨整治的参数，依照本发明上述步骤所发现的其他的与波磨现象相关度更高的参数同样可用于钢轨波磨的整治。
下面将描述针对横向刚度参数，如何实现波磨病害区段相对于标准区段等效化。首先，如前面所述，钢轨的横向刚度越大，钢轨的波磨现象越小。因此，以标准区段为基准，需要将波磨病害区段中的钢轨的横向刚度提高到与标准区段的横向刚度相当的水平。以表I为例，波磨病害区段的第一测量点处的横向刚度为52. 6，而无波磨现象的标准区段的第二测量点处的横向刚度为145. 6。此处，与标准区段的横向刚度相当的水平设定为其刚度值的80%，S卩，116. 6kN/mm。当标准区段无波磨现象时，达到上述刚度水平使得整治后的波磨病害区段基本无波磨现象。优选地，提高波磨病害区段的横向刚度包括更换波磨病害区段的钢轨。例如，75kg/m规格的钢轨本身的刚度要高于60kg/m规格的钢轨，在其他条件(例如钢轨安装到轨枕上的方式)不变的情况下，用75kg/m钢轨替换60kg/m钢轨使安装到轨枕上的钢轨的横向刚度提高例如大约10 %或更多。因此，对于波磨现象较轻的波磨病害区段，将其钢轨更换为更重的刚度更大的钢轨可以提高其横向刚度，从而消除原有的较轻的波磨现象。优选地，提高所述波磨病害区段的横向刚度可包括调整所述波磨病害区段的钢轨扣件。作为联结钢轨和轨枕的零件，钢轨扣件本身的刚度水平对于安装好的钢轨在各个位置处的刚度表现有明显的影响。例如，通常的轨枕间距小于70厘米，而钢轨的长度为
12.5或25米。因此，当钢轨扣件本身具有较高刚度时，可以通过这样的钢轨扣件对钢轨本身的刚度提供明显的补充。例如，在均采用25米长的65kg/m的钢轨，且轨枕间距62厘米的情况下，使用具有较高刚度的钢轨扣件，与使用刚度较低的钢轨扣件相比，可明显增强钢轨在预定位置处的刚度。除了整体更换钢轨扣件以外，还可以通过在钢轨扣件中加入垫片和紧固件(例如螺栓)以及更换钢轨扣件的力施加部件来提高轨底和道床之间的靠压力来提高摩擦力。下面以图3示出的一种现有技术的钢轨扣件(CN1138883的图2a)为例，说明提高钢轨扣件横向刚度的方法。在图3中，嵌入件I被锚固在混凝土枕木T中，侧向绝缘横撑31布置在嵌入件I和钢轨R之间，弹性变形固定件2由其一侧端部间接通过竖直绝缘横撑32对钢轨R施加垂直支承力，而紧固件4将固定件2固定在嵌入件I上。为了提高波磨病害区段的横向刚度，可以在竖直横撑32的下部320和钢轨R的表面之间插入垫片，从而造成固定件2的变形加大而向钢轨R施加更大的垂直支承力。此时，为保持垫片不脱落，可以额外设置紧固件如螺栓将垫片固定到扣件和/或钢轨上。此外，由于弹性变形固定件2的弹力直接影响扣件对钢轨的紧固能力。可以用弹性模量更大的材料来制造弹性变形固定件2。此外，针对所使用的钢轨扣件的不同，垫片也可设置在扣件与轨枕接触的那一侧。例如，对于某些钢轨扣件，其一侧压在轨枕上，另一侧压在钢轨上，将垫片插入到扣件与轨枕之间(轨枕一侧)同样通过杠杆作用而增大在钢轨一侧的压力。
此外，可以在波磨病害区段中设置一个或更多的轨距拉杆以提高钢轨的横向刚度。此时，拉杆的使用方式可以和其通常的使用方式类似，即，在轨底将两根钢轨连接起来。优选地，提高所述波磨病害区段的横向刚度可包括在所述波磨病害区段中设置垫板以提供额外固定力。所述垫板设置为钢轨和轨枕之间，材料为例如硬橡胶。将垫板设置成与钢轨形成过盈配合，可提供更大的阻力，从而提高钢轨的横向刚度。另外，在波磨病害区段中设置支点以缩短钢轨支点间距(钢轨和道床的支撑点)同样可用于增强钢轨在预定位置处和预定范围内各位置处的刚度。最后，还可以想到的是，可以确定至少两种成因参数，并且针对所述两种成因参数，使所述波磨病害区段相对于标准区段等效化。例如，根据表I中所示的内容，将横向刚度与垂向刚度都作为成因参数，并针对它们使波磨病害区段相对于标准区段等效化。由此，在确定了影响波磨现象的钢轨工程参数以后，通过改变波磨病害区段的钢轨的上述工程参数至相当于标准区段中的水平(即，参数等效化)，可以基本消除或明显减轻波磨现象的发生。与现有的修补性的波磨整治方法(打磨钢轨)相比，以改变成因参数为基础的本发明是一种改造性的解决方案，可以永久解决波磨问题并且不需要采购昂贵的打磨车。虽然是改造性的方案，但如实施例中所述，其改造工程却限于较小的范围。无论是更换钢轨还是处理钢轨扣件或者增加垫板或缩短支点间距，针对所确定的成因参数进行的改造工程量并不大，相对于钢轨打磨而言，无论难度还是所耗费的人力都具有优势。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种地铁钢轨波磨的整治方法，包括 根据有波磨现象的波磨病害区段选择无波磨的标准区段，其中列车在目标区段和标准区段具有基本一致的运行参数； 在波磨病害区段上确定第一测量点，在所述标准区段选择第二测量点，使得所述第二测量点处的曲率半径与所述第一测量点处的曲率半径基本相同； 在所述第一测量点和所述第二测量点处分别测量钢轨的多个工程参数； 通过对比在第一测量点和第二测量点测得的所述多个工程参数，确定导致钢轨波磨发生的成因参数； 针对所述成因参数，使所述波磨病害区段相对于标准区段等效化。
2.根据权利要求I所述的方法，其中 所述成因参数为横向刚度，并且通过提高所述波磨病害区段的横向刚度使波磨病害区段相对于标准区段等效化。
3.根据权利要求2所述的方法，其中 提高所述波磨病害区段的横向刚度包括更换所述波磨病害区段的钢轨。
4.根据权利要求2所述的方法，其中 提高所述波磨病害区段的横向刚度包括调整所述波磨病害区段的钢轨扣件。
5.根据权利要求2所述的方法，其中 调整所述波磨病害区段的钢轨扣件包括更换所述钢轨扣件、在钢轨扣件中加入垫片。
6.根据权利要求2所述的方法，其中 提高所述波磨病害区段的横向刚度包括在所述波磨病害区段中设置拉杆。
7.根据权利要求2所述的方法，其中 提高所述波磨病害区段的横向刚度包括在所述波磨病害区段中设置垫板，在钢轨和轨枕之间或者设置支点在钢轨与道床之间。
8.根据权利要求7所述的方法，其中 其中所述垫板与钢轨构成过盈配合。
9.根据权利要求I所述的方法，其中 确定至少两种成因参数，并且针对所述两种成因参数，使所述波磨病害区段相对于标准区段等效化。
全文摘要
本发明公开了一种地铁钢轨波磨的整治方法，包括根据有波磨现象的波磨病害区段选择无波磨的标准区段，其中列车在目标区段和标准区段具有基本一致的运行参数；在波磨病害区段上确定第一测量点，在所述标准区段选择第二测量点，使得所述第二测量点处的曲率半径与所述第一测量点处的曲率半径基本相同；在所述第一测量点和所述第二测量点处分别测量钢轨的多个工程参数；通过对比在第一测量点和第二测量点测得的所述多个工程参数，确定导致钢轨波磨发生的成因参数；针对所述成因参数，使所述波磨病害区段相对于标准区段等效化。
文档编号E01B31/02GK102953303SQ201110240608
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月19日 优先权日2011年8月19日
发明者杨广武, 周正宇, 彭华, 王佳妮, 徐会杰, 黄建玲, 张大箭, 杨三资, 马振超 申请人:北京市重大项目建设指挥部办公室