1）钢轨表面伤损形式及其危害
（1）钢轨表面伤损形式
在运营过程中，轮轨作用及钢轨材质、线路条件和人员操作等原因，在钢轨轮轨接触的表面或次表面产生接触疲劳裂纹、变形、剥离、磨耗和擦伤等伤损。
（2）钢轨纵向变形
①钢轨焊接接头不平顺是指钢轨焊接后焊缝处轨顶面金属的强度、硬度的差异及接头原始不平顺引起的过大的轨道附加动荷载所产生的磨耗、变形，如图5.1所示。
图5.1 钢轨焊接接头不平顺
②钢轨波浪形磨耗（周期性纵向变形），如图5.2所示。轮轨接触的黏滑现象是解释钢轨波浪形磨耗的典型理论。当轮轨接触时，产生黏着和滑动交替、往而复始的过程。在这个过程中表面摩擦力出现大小交替变化，磨耗量在这个过程中也不一样，出现了波浪形磨耗。
波浪形磨耗依波长长度分为波纹（波长30～80 mm）、短波波浪（波长80～300 mm）、长波波浪（波长300～1 000 mm）。波纹多发生于直线线路上，短波波浪常发生在铁路的曲线下股钢轨上，长波波浪通常是由线路上只有单一型号的车辆运行造成的。在现场，几种波浪往往同时出现在钢轨同一部位。
由钢轨轧制工艺问题造成的周期性纵向变形称为波浪弯曲，波长为3 000 mm左右。
（3）表面疲劳钢轨波浪形磨耗
根据著名的赫兹理论，当两个滑动体在高应力作用下发生接触时，接触体表面或次表面会产生极高的接触剪应力。这种接触剪应力是产生钢轨轮轨接触表面疲劳的原因。钢轨轮轨接触表面疲劳主要表现形式如下：
图5.2 钢轨波浪形磨耗
①鱼鳞裂纹。如图5.3所示为鱼鳞裂纹的发生前期，它的发展结果会出现剥离（图5.4）或掉块（图5.5），剥离裂纹和剥离坑底部的残余裂纹有可能向深度方向疲劳扩展，导致形成轨头横向疲劳核伤而导致断轨。
图5.3 鱼鳞裂纹前期
图5.4 鱼鳞裂纹剥离
图5.5 鱼鳞裂纹掉块
②轨头肥边，如图5.6所示，肥边处的细裂纹可扩展为横向裂纹而断轨。
图5.6 轨头肥边
③塌陷（蠕变、黑色斑点），如图5.7所示为一种典型的接触疲劳的表现形式，发展结果是严重剥离掉块。
图5.7 塌陷
④擦伤。在长大坡道、信号机前后线路上，列车爬坡、制动、启动或司机操作不当，轮轨产生剧烈的滑动摩擦，使钢轨踏面表层产生淬火马氏体金相组织，马氏体金相组织高硬度低强度的机械性能决定了它在轮轨接触应力作用下的金属破碎，产生龟裂和剥离。剥离裂纹的尖端极有可能成为疲劳源，扩展成轨头核伤。
（4）钢轨表面伤损的危害(www.xing528.com)
①动态过载。周期性的长波变形会产生低频高能量的振动，这种振动向下延伸到次级频率，会给轨道和车辆带来永久性的损坏。
②振动危害。钢轨周期性的变形会产生有规律的振动。这就存在着共振的危险。当振动频率与系统构件的固有频率相同时，就会发生共振。振动的振幅得到加强，释放出巨大的能量，铁路构件会因此而迅速损坏。
钢轨的振动还会导致构件承受过多的载荷，造成紧定螺栓断裂、枕木伤损、道砟过度粉化等，从而加大轨道部件的修理和道砟的消筛工作量。
③能量损耗。试验表明，钢轨周期性变形会明显增加机车的燃料消耗。研究表明，在0.8 mm深波纹的钢轨上，机车需要付出大于3倍的牵引力。对无波浪变形的轨面，可以减少能耗到30%左右。
④噪声危害。线路纵向周期性变形的影响结果就是噪声，它可以使噪声升高12 dB。路基的振动也能产生较高级别的噪声。极端情况下（如在砖砌的隧道中），振动能导致结构的损伤。
2）钢轨打磨的作用和作业手段
（1）钢轨打磨的作用
世界各国铁路轨道修理的理论和实践表明，钢轨打磨是整治钢轨表明伤损的有效措施。随着我国铁路提速达200～250 km/h，达到和保持钢轨表面的高平顺性十分重要，钢轨打磨已引起我国铁路线路维修人员的高度重视，钢轨打磨的作用及其技术经济性被逐步认识。
①消除或减少钢轨表面的微细裂纹和塑性变形层，提高材料的抗疲劳性能。
②改善轮轨接触条件，从而减少轮轨接触应力，减少钢轨的接触疲劳伤损。
③通过优化轮轨接触表面，提高轮轨接触的几何性能，提高轮对的导向作用，减少列车运行时的轮缘力。
④提高钢轨表面平顺度，减少轮轨间附加动力，减少钢轨及联结零件的伤损率。
⑤减小轮轨噪声，有利于环境保护。
钢轨打磨改善了钢轨的技术性能，延长了钢轨的使用寿命，降低了轨道的维修成本。研究和实践还表明，实施新钢轨的预打磨和钢轨的预防性打磨，有着更好的技术经济效果。
对新钢轨进行有计划的预打磨，可以清除钢轨表面的脱碳层，矫正微小的钢轨轮廓形变，修复在钢轨铺设过程中所产生的轨道表面损坏，提高钢轨表面接触疲劳强度，并从一开始就保证车轮和钢轨的良好接触，可推迟初期钢轨接触疲劳的萌生。
等待钢轨接触疲劳伤损发展严重再进行打磨，意味着增加轨道维修的总费用。打磨间隔过于频繁，意味着要额外增加打磨费用。有关研究显示，在钢轨接触疲劳伤损产生的初期实施预防性打磨，即“少切削量和频繁打磨”，其经济效益更为显著。
（2）钢轨打磨的作业手段
钢轨打磨作业分小型钢轨打磨机打磨和大型钢轨打磨列车打磨。
①小型钢轨打磨机打磨。小型钢轨打磨机是一种常见的小型养路作业机械，它的种类、型号很多，目前使用较普遍、性能较理想的是仿型打磨机。小型钢轨打磨机的特点是作业灵活、携带方便，其作业对象主要是零星的、非连续性钢轨不平顺和钢轨表面伤损，适用于钢轨接头、道岔基本轨、尖轨、心轨及翼轨肥边和不平顺的打磨。
小型钢轨打磨机打磨作业靠人工操作，作业质量的优劣基本依赖于操作人员的技能水平。一个一般技能水平的操作人员操作小型钢轨打磨机打磨钢轨焊缝接头，平顺性的作业质量基本可达到0.2～0.3 mm。
②大型钢轨打磨列车打磨。大型钢轨打磨列车是一种具有先进技术装备的大型养路机械，其作业对象主要是连续性的钢轨不平顺和钢轨表面伤损，适用于钢轨波浪形磨耗、鱼鳞裂纹等的打磨。大型钢轨打磨列车所具备的波浪形磨耗及轨廓测量系统和打磨控制系统能保证较高的作业质量。
大型钢轨打磨列车作业控制原理：砂轮成对地和一个中心圆轴安装在一起，砂轮悬挂于两个转轴上：一个转轴允许这对砂轮纵向移动，移动可以被控制，以便在长波形上工作；另一个转轴是横向移动的，转轴和支架能被控制，使砂轮以不同的角度作用在钢轨上，以此得到一组打磨小平面围成的钢轨轮轨接触轮廓。
3）钢轨打磨标准
我国制订的钢轨打磨病害整治状态标准见表5.1，钢轨打磨作业验收标准见表5.2。
表5.1 钢轨打磨病害整治状态标准
表5.2 钢轨打磨作业验收标准
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