摘要：为满足城市轨道交通快捷、高效等运营需求，随着其行车间隔的缩短，运能的增加，轮轨动力作用也随线路服役时间而加剧，尤其在小半径曲线上钢轨磨耗的现象尤为突出，随之而产生的列车振动和噪声也严重降低了市民出行乘坐地铁的舒适性。
关键词：小半径曲线 波磨 涂覆装置
0 轨道交通小半径曲线磨耗的现状
受制于城市规划、地形条件等因素，地铁小半径曲线（半径≦450mm）在勘察设计过程中被较多运用，但在后期运营维护方面存在较多不便。特别在城市规划先于地铁线网规划的老城区，小半径曲线占总曲线数量的比例相对较高，同时由于线路运营期时间较长，小半径曲线引起的钢轨磨耗较为严重，波磨情况也比较普遍。波磨的产生导致钢轨和车轮上的不平顺，在地铁运行时会对车辆和轨道造成诸多伤害，比如钢轨振动加剧，噪音增大，加大对轨道结构的冲击而损坏结构、扣件，且严重影响车辆运行平稳性及舒适度。因此，在运营方面除了加强对小半径曲线的检测维护，还急需对钢轨波磨病害进行研究、处理。
1 缓解小半径曲线磨耗的方式
减缓轨面波磨的发展、降低噪声是地铁线路轮轨关系中亟需解决的一项难题。通常，应对波形磨耗的措施主要有轨形轮廓打磨、轮缘润滑、涂油器、调整轨底坡等改变轮轨接触匹配的方式。目前，地铁在治理波形磨耗方面主要采用轨侧涂油及钢轨打磨的方法。一方面实现减缓磨耗，另一方面对已出现波磨地段进行消除。但实际运用中涂油器缓解磨耗作用不明显，甚至涂油导致的高蠕滑率在一定程度上反而契合钢轨波磨产生的机理。而钢轨廓形打磨可有效去除波磨和改善轮轨接触的动力学状态，暂时减缓波磨对线路、车辆的损伤，但并不能从根本上解决波磨产生，经过一段时间，病害依然再现，不得不持续打磨。同时，钢轨打磨去除波磨恢复廓形自身费用不菲，也会缩短钢轨使用寿命。
除以上措施，在钢轨轨顶涂覆摩擦剂是应对曲线磨耗尝试较多的一种方法。在轨顶涂覆摩擦剂，车轮碾过时将摩擦剂携带转移，在轨顶与轮缘踏面间的接触面生成一层功能性薄状膜，控制摩擦系数，改善轮轨关系，避免了使用传统油脂类材料涂抹在轨顶导致降低轨顶黏着力的发生；进而降低车辆通过曲线时的横向力，抑制轨顶磨耗和噪声产生。
2 轨顶涂覆装置工作原理
轨顶摩擦控制装置主要由感应器、控制器、储剂罐、电机、柱塞泵、压力表、绝缘棒、过滤器、强制性分配器、出剂板等几部分组成。感应器安装在主机上方，储剂罐、控制器、电机、柱塞泵、压力表、压力开关集中于主机两端和内部，绝缘棒、过滤器、强制性分配器安装在主机与出剂板之间的总油管上，出剂板安装在钢轨外侧轨腰处。
当列车通过时，感应器感应到信号并传输到控制器，控制器根据现场环境预设的运行频率和运行时间等参数控制电机转动，电机驱动柱塞泵做往复式运动，将摩擦控制剂经过油管、绝缘棒、过滤器、强制性分配器输送到出剂板，摩擦剂经出剂板汇聚于轨顶靠外一侧，车辆经过时粘在轮缘上，通过车轮的滚动再均匀的涂抹到列车将要经过的轨顶面，使轮缘踏面和轨顶面之间产生一层膜，从而使轮缘与钢轨踏面由干摩擦变为有摩擦控制剂摩擦；通过控制摩擦系数，以达到减小车辆径向剪切力，延缓钢轨波磨的出现和增长，降低行车噪音及震动目的。
摩擦调节剂是一种能够在轮轨界面上形成第三介质薄膜并提供独特的摩擦特性的复合材料：其控制轨顶摩擦系数在一适中的范围（0.3-0.4），一般的润滑油脂在轨顶使用时会将摩擦系数降低到 0.2 之下；摩擦调节剂在轮轨界面上所形成的干性薄膜可以维持摩擦系数在一中等的水平，从而保证列车正常运行时所需的牵引和制动要求。
3 轨顶涂覆装置应用情况
轨顶涂覆装置通过可控、有效的摩擦控制剂，来进一步降低轮轨磨耗，降低轨道横向力、噪音和振动，延长轮轨打磨、更换周期。
目前轨顶涂覆装置在部分路局（如济南局津浦线、德徐线及胶济全线，太原局大秦线等曲线段已经应用；同时在北京地铁5号线、14号线、广州3号线、武汉4号线、苏州地铁1号线等地实验及应用。以苏州轨道交通1号线及广州地铁3号线厦滘车辆段相关实验、研究资料为例，分析轨顶涂覆前后与波磨发展程度、列车制动之间的关系。
（1）轨顶涂覆装置对苏州地铁1号线波磨段影响的测试主要数据如下：
由上述图表的相关实验数据可以得出，涂覆摩擦剂后波磨病害得到较明显改善。同时，伴随波磨矢度发展的缓解，轮轨作用产生的振动噪声也明显降低[1]。
表2 制动实验数据
（2）广州地铁3号线厦滘车辆段开展的轨顶涂覆装置列车制动实验数
据分析：
通过在车辆段试车线对轨顶涂覆装置采用的摩擦调节剂进行车辆制动性能测试，均达到电客车制动要求；选取车辆段试车线10m线路，并在轨顶均匀涂覆摩擦调节剂；在整列车完全通过涂覆区后施加制动，保证车辆在制动时全部轮缘踏面粘上摩擦调节剂，制动实验如表2：
实验过程中，由于紧急制动与常用制动的制动方式不一样，且紧急制动的响应时间稍长于常用制动的响应时间，所以造成紧急制动距离稍大于常用制动距离，这种情况不影响制动性能[2]；从图表数据分析可知：正常喷涂摩擦剂的情况下，不会对车辆的制动性能产生不良影响。不过在使用轨顶涂覆摩擦调节剂后，少量实验车次出现打滑现象。
4 结论
通过以上探讨，轨顶涂覆装置的使用在一定程度上改善了小半径曲线轮轨之间的作用关系，对小半径曲线波磨的发展、列车乘坐舒适度等方面起到积极作用。结合目前轨顶涂覆装置在各城市轨道交通的实验推广及使用情况，在轨道交通既有线路中可根据实际情况，对减震降噪要求高、波磨严重地段进行打磨后试装，并跟踪测试其实际效果；同时也可以对既有钢轨涂油器进行局部改造，达到轨顶涂覆功能，以实现处理曲线波磨病害方式的多元化。
参考文献
[1]王二中.延长钢轨波磨发展与降低噪声的实验研究[J].北京:铁道建筑, 2015.
[2]于美玲.轨顶涂覆装置在广州地铁3号线的应用情况[R].广州，2013
论文作者:许大伟,何剑
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/28
标签：钢轨论文; 磨耗论文; 摩擦论文; 涂覆论文; 曲线论文; 半径论文; 轮缘论文; 《基层建设》2019年第6期论文;