减磨技术研究
梁旭1，刘兴平2，周韶博1，刘佳朋1，李英奇1，邱鸿辉3
（1.中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所，北京100081；
2.中国铁路广州局集团有限公司工务部，广东广州510000；
3.中国铁路广州局集团有限公司广州动车段，广东广州510000）
摘要：针对我国高速铁路小半径曲线钢轨及车轮轮缘磨耗突出的问题，采用轮轨固体润滑技术，在广珠城际铁路进行轮轨减磨试验。通过对钢轨和车轮廓形变化的长期跟踪，研究固体润滑前后轮轨磨耗速率变化，得出主要结论：（1）更换在线热处理钢轨后，小半径曲线上股钢轨寿命可延长1倍以上；（2）固体润滑对钢轨减磨效果显著，润滑试验期间，试验曲线上行上股钢轨的侧磨速率平均值显著降低至0.022mm/月，仅为试验前侧磨速率平均值（0.105mm/月）的21%，为同期未润滑下行上股钢轨侧磨速率平均值（0.122mm/月）的18%，润滑试验停止后，钢轨侧磨速率上升至去年同期水平；（3）固体润滑对动车组车轮轮缘减磨效果显著，试验期间，某动车组偏磨侧车轮轮缘磨耗速率平均值由试验前的0.210mm/万km降至0.042mm/万km，降幅达80%，轮缘QR值未降反升，润滑试验停止后，轮缘QR值下 降，偏磨侧车轮轮缘磨耗速率上升。
关键词：高速铁路；小半径曲线；轮轨减磨；固体润滑；磨耗速率
中图分类号：U216.9文献标识码：A文章编号：1001-683X（2021）01-0039-07 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2021.01.039
0引言
我国高速铁路因受地形条件限制而存在大量小半径曲线。小半径曲线钢轨不同程度地存在侧磨、波磨等伤损，严重影响了高铁钢轨的使用寿命［1-5］。粗脉石仙桃
截至2018年底，我国高速铁路小半径曲线共有1486条［6］，其中正线430条、到发线803条、联络线134条、动车走行线108条、段管线11条。将430条正
线小半径曲线按曲线半径分：400m及以下（300、350、400m）共有113条，400~500m（含）（450、
基金项目：中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所科技研究开发计划项目（2018SJ02）
第一作者：梁旭（1987—），男，助理研究员。
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高速铁路小半径曲线轮轨减磨技术研究梁旭等
500m）共有40条，500~600m（含）（550、600m）共有99条，600~800m（含）（650、700、800m）共有178条。高速铁路小半径曲线分布统计见图1。
广珠城际铁路小半径曲线轮轨磨耗较严重，明珠—珠海区间线路存在3条轮轨磨耗较严重的小半径曲线：位于珠海站前的K116曲线，半径350m；位于前山站前的K113曲线，半径450m；位于明珠站前的K109曲线，半径400m。
1润滑试验前钢轨磨耗分析
广珠城际铁路主要铺设U71MnG热轧钢轨。2015年10月，珠海站前的K116曲线上、下行上股钢轨磨耗到限，更换为攀钢集团有限公司（简称攀钢）生产的60kg/m U71Mn在线热处理钢轨。2019年10月，由于钢轨磨耗到限，分别将K116曲线上、下行下股，K113曲线上、下行上股和K109曲线上、下行上股钢轨更换为攀钢60N U71Mn在线热处理钢轨。
按TB/T2344—2020《钢轨第1部分：43kg/m~ 75kg/m钢轨》规定［7］，U71Mn在线热处理钢轨抗拉强度1080MPa，轨面布氏硬度320~380HBW；U71Mn热轧钢轨抗拉强度880MPa，轨面布氏硬度260~
300HBW。根据中国铁道科学研究院集团有限公司（简称铁科院集团公司）批检验的数据统计［8-9］：我国钢厂生产的U71Mn在线热处理钢轨抗拉强度平均值约1190MPa，轨面布氏硬度平均值约334HBW；生产的U71Mn热轧钢轨抗拉强度平均值约938MPa，轨面布氏硬度平均值约272HBW。
（1）U71Mn热轧钢轨磨耗：K116（R350m）曲线上、下行上股钢轨下道时，使用寿命约34个月（通过总质量约45Mt）。推测其磨耗严重位置的侧磨速率约为0.353mm/月。
（2）U71Mn在线热处理钢轨磨耗：K116曲线上行上股钢轨上道54个月之后（通过总质量约72Mt），曲线缓圆点最大磨耗量6.86mm，侧磨速率约为0.127mm/月（见图2）
。
（a
）廓形对比
（b）轨面不同位置磨耗分布
（c
）上股钢轨侧磨量随时间变化统计
图2K116曲线上行上股钢轨缓圆点磨耗图1高速铁路小半径曲线分布统计
高速铁路小半径曲线轮轨减磨技术研究梁旭等
2润滑试验
由于曾经发生过轨面遗撒的防冻液导致动车组冒
进事故，中国国家铁路集团有限公司（简称国铁集团）明文禁止在动车组列车行经的线路进行钢轨表面涂油［10］。铁科院集团公司金属及化学研究所自主知识产权的固体润滑技术通过了中国铁路广州
局集团有限公司组织的技术评审，并在香港铁路有限公司（简称港铁公司）管内的广深港高铁香港段开展应用。
2020年5月7日—8月6日，采用自行式钢轨润滑
机器人在K116曲线上行钢轨进行为期3个月的固体润
滑试验。试验期间平均每周上线润滑3次，每次涂2遍以上，润滑材料涂抹位置见图3，固体润滑前后轨面状态对比见图4。
3润滑试验后钢轨磨耗分析
3.1钢轨廓形变化
3条曲线上行上股钢轨圆曲线特征点（缓圆，简写
为HY ；圆缓，简写为YH ）廓形变化见图5—图7。由图可知：对于标准60钢轨，磨耗最大位置位于R13圆弧处（钢轨上道约12个月后轨距测量点开始出现侧磨）；对于60N 钢轨，磨耗最大位置位于R8圆弧处（钢
轨上道约1个月后轨距测量点开始出现侧磨）。试验后，3条曲线上行上股钢轨廓形变化很小。
3.2
上股钢轨侧磨量对比
小半径曲线钢轨通常由于曲线上股钢轨侧磨量到
达维修限度而整体下道，因此，上股钢轨的侧磨量是制约小半径曲线钢轨使用寿命的关键。3条曲线上、下行上股钢轨侧磨量对比见图8—图10。由图8—图10
可知：
（a ）润滑作业
（b ）轨面状态
图3
润滑材料涂抹位置
（a ）润滑前轨距角
（
b ）润滑后轨距角
图4
固体润滑前后轨面状态对比
图
5
K116曲线上行上股钢轨HY 廓形变化摩托车下乡补贴
图
6
K113曲线上行上股钢轨YH 点廓形变化
图7K109曲线上行上股钢轨HY 廓形变化
高速铁路小半径曲线轮轨减磨技术研究梁旭等
（1）润滑试验期间，K116曲线上、下行上股钢轨的侧磨量出现显著差异。有润滑的上行钢轨，圆曲线特征点处侧磨量不到0.1mm ；未润滑的下行钢轨，圆曲线特征点处侧磨量约0.4mm 。润滑试验停止后，上行曲线3个圆曲线特征点的侧磨量均明显增加。
（2）K113和K109曲线上、下行上股钢轨未润滑，侧磨量出现差异。上行上股钢轨圆曲线特征点处侧磨量不到0.1mm ；下行上股钢轨圆曲线特征点处侧磨量超过0.1mm 。润滑试验停止后，曲线上行上股钢轨3个圆曲线特征点的侧磨量均增加。
3.3上股钢轨侧磨速率对比
将曲线上股钢轨侧磨速率分不同阶段统计：（1）2019年6月25日—10月19日，日常运营；（2）2019年10月20日—2020年1月6日，春运运营；（3）2020年1月7日—5月8日，运营受疫情影响；（4）2020年5月9日—8月5日，开展润滑试验；（5）2020年8月6日—9月16日，停止润滑试验，
钢轨打磨。
3条曲线上、下行上股钢轨不同阶段侧磨速率对比
见图11。由图11可知：
（1）润滑试验期间，K116曲线上行上股钢轨的侧磨速率平均值显著降低至0.026mm/月，为下行上股钢轨同期侧磨速率平均值（0.122mm/月）的21%；为上
行上股钢轨2020年1月—4月侧磨速率平均值（0.120mm/月）的22%；为上行上股钢轨2020年8月—9月侧磨速率平均值（0.109mm/月）的24%。若以润滑试验期间的磨耗速率估算，K116曲线新钢轨的理论寿命可能达到37年以上（通过总质量约607Mt ）。
（2）K113和K109曲线上行上股钢轨虽未被直接润滑，其侧磨速率也出现了一定程度降低，平均值约0.022mm/月，为下行上股钢轨同期侧磨速率平均值
（0.05mm/月）的44%；为上行上股钢轨2020年1月—4月侧磨速率平均值（0.064mm/月）的34%；为上行上股钢轨2020年8月—9月侧磨速率平均值（0.076mm/月
）的29%。
图
8K116曲线上、下行上股钢轨侧磨量对比
图9
K113曲线上、下行上股钢轨侧磨量对比
图10K109曲线上、下行上股钢轨侧磨量对比
高速铁路小半径曲线轮轨减磨技术研究梁旭等
（3）润滑试验结束后，K116曲线上行上股钢轨的磨耗速率上升，与去年同期接近。
（4）以未润滑的下行上股钢轨磨耗速率估算，广珠城际铁路小半径曲线使用U71Mn 在线热处理钢轨之后，K116曲线上股钢轨寿命约为7年，K113和K109曲线上股钢轨寿命约为9~11年。
4车轮磨耗分析
广珠城际铁路设计速度为200km/h ，开通初期主要
运行CRH1型动车组，后期运行CRH6型动车组，该型动车组采用LMA 型车轮踏面。对广珠动车运用所配属的CRH6A-0618动车组车轮磨耗开展跟踪测量（该动车组于2020年1月1日更换新轮）。
CRH6A-0618动车组试验前后的车轮轮缘厚度Sd
和QR 平均值见表1。CRH6A-0618动车组车轮轮缘厚度Sd 和QR 平均值随里程变化情况见图12。
天下名站
由图12和表1可知，1月1日更换新轮至5月16日测量时，2位车轮轮缘厚度磨耗速率平均值和QR 平均值减少速率分别为0.210mm/万km 和0.171mm/万km ，显著大于1位车轮轮缘厚度磨耗速率平均值的0.085mm/万km 和QR 平均值减少速率的0.089mm/万km ，车轮存在偏磨。
谷物大脑
5月份开展润滑试验后，5月—7月的2位车轮轮缘
厚度磨耗速率平均值为0.042mm/万km ，车轮轮缘QR 值的平均值有所增加；1位车轮轮缘厚度磨耗速率平均值和QR 平均值减少速率分别为0.016mm/万km 和0.006mm/万km ，QR 值几乎保持不变。可见固体润滑对车轮的减磨效果非常显著。
5车1轴2位车轮为
1月1日新更换，其廓形变化见
图113条曲线上、下行上股钢轨不同阶段侧磨速率对比
图12CRH6A-0618动车组车轮轮缘厚度Sd 和QR 平均值随里程变化统计
表1
生态学杂志
CRH6A-0618动车组试验前后车轮轮缘厚度Sd 和QR
平均值
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