Шлифование рельсов — один из эффективных методов ремонта и технического обслуживания железнодорожных путей. В этой статье рассказывается о практике шлифования рельсов.

Железнодорожные рельсы направляют поезд вперед и одновременно выдерживают нагрузку. Ровность рельсов является залогом безопасного, комфортного и высокоскоростного движения. Трение между рельсом и колесом поезда вызывает дефекты (отслоение, сколы, трещины, гофрирование рельсов) и оставляет неровную поверхность. Все эти дефекты рельсов усугубляются, если не проводится своевременная шлифовка. Шлифовка рельсов — эффективный метод ремонта и технического обслуживания железнодорожных путей. С помощью шлифовальных машин удаляются дефекты рельсов и восстанавливается их профиль. Таким образом, продлевается срок службы железнодорожных путей.

Дефекты рельсов

При обсуждении шлифования рельсов необходимо сначала рассказать о дефектах рельсов. Рельсы подвергаются чрезвычайным нагрузкам и уплотняются колесами поездов. Повреждения поверхности рельсов неизбежно появляются. К распространенным дефектам рельсов относятся вертикальный износ, боковой износ, гофрирование рельсов, износ от контактной усталости (отслоение, сколы, трещины), пластическая деформация и т. д.

Эти независимые дефекты рельса будут вызывать удар каждый раз, когда мимо проходит колесо поезда, и затем создавать нагрузку, которая в несколько раз превышает нормальную. Поэтому рельсы находятся под высоким давлением. В нормальных условиях эти повреждения будут расширяться, а в некоторых серьезных случаях могут привести к выходу железной дороги из строя.

Это касается не только рельсов. Рельсы не могут поглотить всю энергию, возникающую при ударе. Эти удары будут передаваться другим конструкциям пути, таким как рельсовые подкладки и шпалы. В результате путевое полотно локально опустится, и железная дорога утратит свою устойчивость.

Оптимальный профиль рельса

Дефекты рельсов приводят к изменению их профиля, что вызывает нестабильность контакта рельса с колесом. Шлифование рельсов фактически заключается в срезке поверхности рельса, удалении дефектов и восстановлении оптимального профиля рельса. Оптимальный профиль рельса показан ниже на рисунке.

Когда поезд движется по прямой линии или по кривой с большим радиусом, протектор колеса соприкасается с областью B головки рельса. В этом состоянии контактное напряжение и поперечная сила ползания являются наименьшими; когда ребро колеса находится близко к углу рельсового калибра, то есть в области C на рисунке, когда образуется конформный контакт, контактное напряжение является наименьшим.

Профиль головки рельса похож на дугу, но фактическая шлифовка (тип шлифовального круга) заключается в разделении головки рельса на различные области в соответствии с углом, то есть профиль головки рельса рассматривается как состоящий из отрезков линий, разделенных углами, а положение, которое необходимо отшлифовать, соответствует определенному углу.

Чем серьезнее повреждение рельса, тем больше объем шлифования и резки, тем больше рабочая нагрузка, тем выше сложность и тем короче срок службы рельса. Поэтому профилактическое шлифование и корректирующее шлифование подобны “лечению болезней”, и лучший способ — это не допускать “заболевания” рельсов. Регулярно проводите профилактическое шлифование, чтобы устранить повреждения на стадии зарождения.

Типы шлифования рельсов

Предварительное измельчение

Предварительная шлифовка нового рельса позволяет удалить обезуглероженный слой и устранить дефекты поверхности, возникшие в процессе производства, сварки, транспортировки и монтажа рельса. Кроме того, она позволяет оптимизировать профиль головки рельса и улучшить гладкость сварного соединения. Помимо этого, она позволяет устранить повреждения поверхности рельса, возникшие в процессе укладки пути. Износ рельсов развивается с течением времени, поэтому обеспечение хорошего контакта между колесами и рельсами с самого начала может ограничить первоначальные повреждения.

Профилактическая шлифовка

Профилактическая шлифовка означает регулярную шлифовку рельсов, восстановление профиля рельсов, чтобы устранить поверхностные трещины на рельсах на начальной стадии и хорошо контролировать распространение усталостных трещин, возникающих в результате контакта рельсов с колесами.

Корректирующее шлифование

Корректирующее шлифование — это операция шлифования рельсов после появления дефектов на их поверхности. Корректирующее шлифование было широко распространено на этапе зарождения технологии шлифования рельсов. Оно в основном проводится для ремонта рельсов путем удаления серьезных повреждений на их поверхности, таких как усталостные трещины, гофрирование, отслоение, пластическая деформация и другие дефекты.

На рисунке ниже показано влияние профилактической и корректирующей шлифовки на срок службы рельса. Жёлтая линия обозначает профилактическую шлифовку. Каждая шлифовка задерживает развитие повреждений и увеличивает срок службы рельса. Профилактическая шлифовка до того, как микротрещины превысят 0,2 мм, является лучшим способом остановить тенденцию ускоренного повреждения рельса.

Практика шлифования рельсов

Как шлифуются рельсы? Существует три основных способа.

• Шлифование скользящих башмаков

Шлифование скользящим башмаком заключается в шлифовании поверхности рельса путем прижимания шлифовального круга к рельсу с выполнением возвратно-поступательного движения. Этот метод шлифования позволяет шлифовать только головку рельса в продольном направлении, но не позволяет регулировать профиль рельса или шлифовать стрелку. Кроме того, скорость шлифования низкая. Этот метод постепенно выходит из употребления.

• Шлифовальный круг

При шлифовании шлифовальным кругом обычно используется высокоскоростной вращающийся шлифовальный круг, приводимый в движение электродвигателем или гидравлическим двигателем, для шлифования рельса. Это активный метод шлифования, который в настоящее время является основным методом шлифования. Рельс шлифуется по вертикали и горизонтали.

Существует также пассивная шлифовка. Положение шлифовального круга наклонено под определенным углом по отношению к направлению движения поезда. Высокоскоростная работа силового трактора приводит шлифовальный круг во вращение с высокой скоростью по рельсу. Относительное движение между шлифовальным кругом и рельсом достигает требуемой скорости шлифования материала. Шлифуется вся головка рельса от рабочей кромки рельса до рабочей поверхности. Этот метод шлифования называется высокоскоростным шлифованием рельсов из-за высокой скорости шлифования.

• Фрезерование

Фрезерование — это новый тип ремонта профиля рельсов. Фреза устанавливается на радиальной поверхности фрезерного колеса. Каждая фрезерная секция оснащена несколькими фрезами. На каждом фрезерном колесе имеется несколько фрезерных секций. Таким образом, все фрезы формируют профиль головки рельса, который должен быть выполнен.

Преимущества шлифования рельсов

• Улучшить взаимодействие колесо-рельс путем изменения профиля рельса, тем самым снижая напряжение и износ при контакте колеса с рельсом.
• Исправьте или контролируйте гофрирование рельсов. Эти дефекты усиливают шум колес и рельсов, ускоряют износ компонентов транспортных средств и путевых сооружений, а также приводят к ограничению скорости движения поездов.
• Контролируйте дефекты, вызванные усталостью от контакта при качении. Эти дефекты повышают риск повреждения рельсов и даже снижают эффективность ультразвукового контроля рельсов.
• Исправление или контроль других дефектов рельсов (таких как прокатывание колес, деформация, вертикальные и продольные трещины головки рельса)
• Уменьшить негативное воздействие движения колес и тележек.
• Уменьшить шум и вибрацию, уменьшить вертикальные неровности общих соединений и сварных соединений, а также контролировать гофрирование рельсов.
• Смягчить негативное воздействие колес с большой нагрузкой на ось и улучшить условия контакта колеса с рельсом.
• Обеспечьте правильный контакт рельсов и колес, уменьшая боковую нестабильность транспортного средства (боковое скольжение).

Экономический эффект от шлифования рельсов

• Профилактическая шлифовка может продлить срок службы железнодорожных путей. Регулярная шлифовка рельсов в соответствии с планом может продлить их срок службы на 5–8 лет.
• Сократите ремонт и техническое обслуживание крепежных элементов.
• Сократите расход топлива локомотива и затраты на ремонт колес.