400 km · h^-1速度条件下高速铁路钢轨适应性研究

Research on Adaptability of High-Speed Railway Rails under 400 km · h^-1 Conditions

摘要

针对高速铁路钢轨在动车组400 km · h^-1运行速度条件下的适应性问题，从钢轨材质、廓形和轨面平顺性3个方面梳理高速铁路钢轨相关技术标准，依据长期跟踪测试及400 km · h^-1速度下现场试验结果分析高速铁路钢轨服役现状及其在400 km · h^-1速度条件下的变化情况，利用仿真手段研究在该速度条件下钢轨廓形偏差及平顺性变化对动车组运行性能的影响规律。结果表明：高速铁路钢轨长期保持良好且稳定的出厂质量，钢轨磨耗小、疲劳伤损少、钢轨廓形及轨面平顺性状态总体控制良好；既有U71MnG钢轨、60N廓形及打磨验收要求、钢轨轨面平顺性控制标准基本适应动车组以400 km · h^-1速度运行的条件；为保障400 km · h^-1长期运营速度条件下良好的动车组运行性能及钢轨服役状态，400 km · h^-1速度条件下钢轨焊接接头平直度和轨面局部低塌不平顺的幅值应控制在0.2 mm以内，并需持续跟踪钢轨磨耗和伤损规律，分析服役钢轨廓形偏差和轨面不平顺的运用边界。

Abstract

Addressing rail adaptability of high-speed railway to EMU operation at 400 km · h^-1, this study reviews technical standards for rail material, profile and surface regularity. Through long-term tracking tests and 400 km · h^-1 field trials, rail service conditions and their variations at this speed are analyzed, and the influence of rail profile deviation and surface regularity changes on EMU performance are studied by simulation. The results show that high-speed rails maintain good and stable factory quality with minimal wear, rare fatigue damage, and well-control of profile and surface regularity. Existing U71MnG rails, 60 N profile with grinding requirements, and surface regularity standards are fundamentally compatible with 400 km · h^-1 operation. To ensure long-term EMU performance and rail service integrity at 400 km · h^-1, rail welded joints flatness and local depression irregularity amplitudes should remain within the 0.2 mm limit; the patterns of rail wear and damage should be continuously tracked, and the application boundary of rail profile deviation and rail surface irregularity should be studied.

Graphical abstract

关键词

高速铁路 / 钢轨材质 / 钢轨廓形 / 轨面平顺性 / 适应性

Key words

High-speed railway / Rail material / Rail profile / Rail surface regularity / Adaptability

社会发展和百姓出行对高速动车组运营速度提升需求日渐迫切，我国已有京沪高铁、京津城际、京张高铁、成渝高铁、京广高铁成功实现常态化按350 km · h^-1速度运营，总里程超过4 200 km。随着“CR450科技创新工程”稳步推进，高速铁路技术也将向更高速度迈进，CR450试验列车在郑渝高铁和福厦高铁分别以435和453 km · h^-1速度运行，CR450动车组样车于2024年年底发布，成渝中线高铁将预留未来进一步提速（至400 km · h^-1）条件^［1-2］。钢轨作为直接与动车组车轮接触的基础设施关键部件，其服役状态的稳定性及其与车轮的匹配性对保障动车组安全平稳运行至关重要，更高速度的发展需求也对高速铁路钢轨的适应性提出了更高要求。

钢轨材质性能是保证钢轨服役状态长期稳定的基本要素，主要影响钢轨服役过程中出现的磨耗、伤损。目前，我国高速铁路主要铺设U71MnG钢轨，钢轨服役情况总体良好，母材质量稳定可靠，不同速度级高速铁路钢轨磨耗及伤损情况未见明显差异^［3］。

钢轨廓形与车轮的匹配关系主要影响轮轨系统横向动力学性能和动车组运行品质，既有研究表明，磨耗车轮与轨距角突出的钢轨匹配时等效锥度较大，易产生构架横向振动加速度超限报警或抖车^［4-5］；新车轮与轨距角被过度打磨的钢轨匹配时，等效锥度较小，易产生晃车^［6］；动车组运行速度越高，构架横向振动加速度对钢轨廓形偏差变化越敏感，更易出现构架横向失稳风险^［7］。

钢轨轨面的平顺性状态主要影响轮轨系统垂向动力性能，既有研究表明，钢轨母材及其焊接接头平直度不良可能导致轨道冲击指数、轴箱垂向振动加速度偏高且呈现百米周期性特征，某线路冲击指数达到8时对应的钢轨焊接接头平直度幅值为0.362 mm^［8］，接近其维修限值0.4 mm；钢轨波磨易对轮轨系统产生高频激励作用，波磨波长、波深与动车组运行速度耦合时可能导致扣件弹条断裂^［9］；钢轨轨面伤损引起的局部短波不平顺会对轮轨系统产生瞬时垂向冲击，增大轮轨间作用力和轴箱垂向加速度的同时也会加剧钢轨表面伤损劣化^［10］；随着动车组运行速度提高，钢轨不平顺激励下的轮轨垂向力、轴箱垂向振动加速度等指标均呈现明显增长趋势^［11-12］。动车组运行速度提升后，其运行性能对轮轨匹配关系、钢轨平顺性的细微变化越敏感。

本文从钢轨材质、廓形及平顺性等方面，分析既有时速350 km高速铁路钢轨技术标准及服役状态现状，并结合现场试验和仿真分析结果，研究400 km · h^-1速度条件下高速铁路钢轨的适应性。

1 高速铁路钢轨技术标准

1.1　钢轨材质

我国速度350 km · h^-1的高速铁路主要选用U71MnG钢轨，标准TB/T 2344.1—2020《钢轨 第1部分：43 kg · m^-1~75 kg · m^-1钢轨》对其化学成分和力学性能的规定见表1。此外，TB/T 2344.1—2020还对高速铁路钢轨成分及性能的检验检测和质量监督提出了严格要求，有效保证了钢轨出厂质量。

1.2　钢轨廓形

高速铁路铺设60 kg · m^-1钢轨，有TB60和60N这2种钢轨初始廓形^［13］，标准TG/GW 115—2023《高速铁路线路维修规则》对钢轨打磨的目标廓形有如下规定：①直线及大半径曲线地段一般采用60N廓形；②设计速度350 km · h^-1线路曲线半径小于或等于7 000 m地段可采用60N廓形或根据轮轨匹配关系单独设计打磨廓形。打磨后钢轨廓形偏差限制要求^［14］见表2。表中：偏差的＋和-分别表示实测廓形高于和低于目标廓形。

1.3　钢轨轨面平顺性

高速铁路钢轨轨面平顺性关注的重点为短波不平顺，主要包括钢轨及其焊接接头平直度不良、钢轨波磨及轨面擦伤、硌伤引起的局部不平顺。

1）钢轨及其焊接接头平直度

TB/T 2344.1—2020中对高速铁路钢轨轨端和轨身的平直度要求^［13］见表3。与国外钢轨平直度标准控制最为严格的EN标准相比，我国标准中距轨端0~1.5 m和距轨端1.0~2.5 m的钢轨垂向平直度限值均更为严格^［15］。

维修标准方面，标准TG/GW 115—2023《高速铁路线路维修规则》中钢轨几何尺寸相关控制标准与TB/T 2344.1—2020相同。当距钢轨焊接接头1~3 m区域钢轨轨顶面平直度≤-0.2mm或≥＋0.4 mm、轨头内侧工作边平直度≤-0.6 mm或≥＋0.6 mm时，需及时打磨整治。

我国高速铁路钢轨焊接工艺有闪光焊接、气压焊接和铝热焊接3种类型，标准TB/T 1632.1—2014《钢轨焊接 第1部分：通用技术条件》对焊接接头轨顶面和工作边平直度提出的要求^［16］详见表4。

维修标准方面，TG/GW 115—2023中钢轨焊接接头平直度的控制标准与TB/T 1632.1—2014相同。当焊接接头顶面平直度≤-0.2 mm·（1 m）^－1或≥＋0.4 mm·（1 m）^－1、轨头内侧工作边平直度≤-0.6 mm·（1 m）^－1或≥＋0.6 mm时，需及时打磨整治。

2）钢轨波磨

对于钢轨波磨，TG/GW 115—2023规定了钢轨表面有周期性波磨，当波长为10~100（不含）mm时的平均谷深超过0.03 mm，波长为100~300（不含）mm时的平均谷深超过0.04 mm时，需及时打磨整治。波磨钢轨打磨后的验收标准^［14］详见表5。

3）轨面局部不平顺

对于钢轨轨面伤损引起的局部不平顺，TG/GW 115—2023规定钢轨擦伤、硌伤深度大于0.3 mm时需及时整治。

2 高速铁路钢轨服役现状

2.1　钢轨材质性能

钢轨的强度和硬度与钢轨磨耗和疲劳伤损密切相关，2008年—2024年钢轨出厂质量批检验中，U71MnG钢轨抗拉强度和顶面硬度的统计结果如图1所示。从图1可以看出：U71MnG钢轨的抗拉强度平均值保持在940 MPa左右、波动不超过10 MPa；顶面硬度平均值保持在270 HB左右、波动不超过8 HB；2项指标均满足表1的要求，且长期保持稳定。

钢轨顶面硬度是反映钢轨表面状态的重要参数之一，若顶面发生明显加工硬化，轨面可能出现接触疲劳伤损。我国6条高速铁路钢轨状态5年的长期跟踪测试中^［17］，京沪、京广高铁不同里程位置钢轨顶面硬度结果如图2所示。从图2可以看出：各测点钢轨顶面硬度均在280 HB左右，仍在表1给出的U71MnG钢轨初始硬度范围内，钢轨表面加工硬化十分轻微。

钢轨轨面的加工硬化情况与钢轨承受的循环载荷大小密切相关，由于高速铁路动车组轴重相对较轻，钢轨所受车辆载荷相对较小，钢轨表层金属材料不易发生弹塑性转变而发生加工硬化；同时，即使出现加工硬化，高速铁路钢轨预防性打磨策略也会及时去除掉钢轨顶面的部分硬化层，因此，高速铁路钢轨不易产生滚动接触疲劳损伤。

由此可见，出厂的高速铁路钢轨长期保持良好且稳定的质量，钢轨总体服役状态良好，轨面加工硬化轻微，结合预防性维修策略，则轨面不易产生滚动接触疲劳。

2.2　钢轨廓形

我国早期开通运营的京沪、京广、哈大等铺设TB60廓形钢轨的高速铁路，钢轨打磨的目标廓形为设计廓形60D^［14］；兰新、宝兰、丹大等铺设TB60廓形钢轨的高速铁路，钢轨打磨的目标廓形为60N廓形；2015年及以后开通的西成、京沈、京张、郑万、福厦等高速铁路均直接铺设60N廓形钢轨，钢轨打磨的目标廓形为60N廓形；2023年开始，随着TG/GW 115—2023发布实施，高速铁路钢轨打磨目标廓形将逐渐统一为60N廓形。

我国京沪高速铁路某测点在不同时间的2次测试得到的钢轨廓形对比情况如图3所示。2次测试的时间间隔约18个月、累计通过总质量约60 Mt。从图3可以看出：2次测试得到的钢轨廓形几乎重合，仅在轨顶中心区域（-20~＋20 mm）存在一定差异，这表明直线区段钢轨主要为垂向磨耗，磨耗量约0.07 mm。结合其他高速铁路钢轨长期跟踪测试结果可知^［17］，钢轨磨耗每年不超过0.1 mm。

该测点钢轨打磨前后的钢轨廓形及其变化量如图4所示。从图4可以看出：钢轨打磨对于钢轨廓形的影响相对更为明显；钢轨打磨主要影响钢轨工作边一侧区域（＋10~＋32 mm）的廓形，对非工作边一侧（主要为-20~-10 mm）廓形也有一定影响，廓形最大变化量达到0.6 mm。

由此可见，高速铁路钢轨磨耗总体较小，钢轨磨耗对于钢轨廓形的影响也较小，打磨对钢轨廓形的影响更为明显。

2.3　钢轨轨面平顺性

1）钢轨及其焊接接头平直度

近10年钢轨出厂质量检验大数据中，钢轨轨端平直度的统计分析结果如图5所示。从图5可以看出：98%的高速铁路钢轨轨端平直度幅值不超过0.3 mm，可见钢轨出厂平直度总体控制情况良好。

既有速度350 km · h^-1的高速铁路钢轨焊接接头平直度按照表4的要求进行验收，焊接接头平直度的维护管理依据TG/GW 115中的相关规定。选取某高速铁路出现轨道冲击指数大于6（限值：8）次数较多的区段^［8］，抽测了173个钢轨焊接接头平直度，其幅值统计分布情况和轨道冲击指数6.8时对应的焊接接头平直度幅值及不平顺波形特征如图6所示。

从图6可以看出：测试区段约14%的钢轨焊接接头平直度超过0.3 mm，47%的接头平直度幅值在0.2 mm以上，焊接接头平直度幅值总体偏高；轨道冲击指数大值点的焊接接头呈现单峰高点的形貌特征，平直度幅值为0.38 mm。

由此可见，轨道冲击指数偏高与焊接接头平直度幅值偏大的情况密切关联。

2）钢轨波磨

根据表5的验收标准，铁路工务部门运用波磨指数加强钢轨波磨排查、科学应用周期性打磨策略、严控钢轨打磨质量，高速铁路钢轨波磨整体控制良好，在个别区段如曲线、打磨衔接区段等仍存在不同程度钢轨波磨情况。某线路出现波磨的区段钢轨光带及轨面平顺性测试结果如图7所示。从图7可以看出：轨面光带呈现明显的周期性宽窄变化；该区段波磨波长70 mm，最大谷深0.18 mm，已超出TG/GW 115中钢轨波磨的整治限度，应及时通过打磨整治消除。

需要注意的是，钢轨打磨车砂轮起落位置可能残留周期性磨痕，部分磨痕会发展成波磨，须严格按表5的规定进行钢轨打磨质量验收。

3）轨面局部不平顺

当轨面出现擦伤、硌伤等伤损^［3］时产生的局部不平顺，也对轮轨系统动力响应产生不利影响^［10］。

某线路钢轨擦伤外观及轨面平顺性特征如图8所示。从图8可以看出：伤损位置钢轨光带出现突然变宽的情况，伤损长度约40 mm，与伤损位置对应的轨面也出现幅值约0.23 mm的局部凹坑，需要及时打磨整治。

3 400 km · h^-1速度条件下钢轨适应性分析

3.1　现场试验结果

2022年4月和2023年6月，国铁集团组织在济郑高铁和福厦高铁开展新技术部件性能试验，动车组最高试验速度分别达到435和453 km · h^-1。

济郑高铁和福厦高铁高速试验区段均铺设廓形为60N的U71MnG钢轨，其钢轨表面状态如图9所示。从图9可以看出：试验后钢轨光带分布居中，宽度正常，为20 mm左右，轨面未见伤损，仅残留打磨磨痕；经测试，轨面硬度在260~270 HB之间；由于试验期间动车组通过列次较少，区间累计通过总质量很低，钢轨未见明显磨耗。

济郑高铁和福厦高铁铺设60N钢轨，钢轨预打磨的目标廓形为60N。2条线路试验速度400 km · h^-1及以上的区段钢轨实测廓形与标准60N廓形的对比情况如图10所示。图中：红色为钢轨实测廓形；蓝色为标准60N廓形。从图10可以看出：实测廓形与标准60N廓形基本重合，廓形状态良好；试验期间，未有动车组异常振动情况出现，钢轨磨耗、表面状态正常。从现场试验的情况来看，60N钢轨廓形适应动车组400 km · h^-1运行条件。

济郑高铁和福厦高铁试验段钢轨焊接接头平直度抽测结果见表6。从表6可以看出：济郑高铁试验段抽测的145个焊接接头中，81%的平直度幅值在0~0.2 mm，97%的平直度幅值在0~0.3 mm；福厦高铁抽测了117个焊接接头中，所有接头平直度幅值均控制在0~0.3 mm，90%的接头平直度控制在0~0.2 mm；试验期间未出现轨道冲击指数大值或轴箱垂向加速度明显百米周期性特征的情况。由此可见，当焊接接头平直度整体水平控制在表4的要求范围内时，可保障动车组以400 km · h^-1速度运行时的良好动力学性能。

福厦高铁高速试验段出现钢轨波磨的情况如图11所示。从图11可以看出：钢轨轨面出现光带极小的交替变化情况，光带变化不超过1 mm；轨面不平顺幅值总体在0.05 mm以内，进一步分析不同波长范围波磨谷深的情况发现，该处波磨对应的波长为30~100 mm时谷深平均值为0.003 mm，波长为100~300 mm时谷深平均值为0.03 mm，均满足表5中的标准要求；此类波磨主要与线路钢轨预打磨时打磨砂轮起落位置产生的周期性磨痕有关，打磨后谷深满足验收标准的波磨将逐渐随着轮轨磨耗被消除，不会进一步劣化^［18］；此外，试验期间动车组轴箱垂向振动加速度未出现明显的高频振动特征，也未出现波磨指数超限^［8］、扣件弹条断裂^［9］情况。

从既有试验结果来看，U71MnG钢轨、60N钢轨廓形及钢轨轨面平顺性控制标准能够较好地适应动车组以400 km · h^-1速度运行。但动车组长期以400 km · h^-1速度运营时，U71MnG钢轨磨耗和伤损规律还有待进一步跟踪测试及研究，同时，400 km · h^-1速度长期服役条件下钢轨廓形及轨面平顺性状态变化对轮轨系统动力性能的影响也需要结合仿真分析进一步明确。

3.2　仿真结果

1）仿真分析模型

建立的车辆-轨道系统刚柔耦合动力学模型如图12所示。模型中，车辆系统考虑车体、转向架构架、轮对等关键部件，轮对与构架之间、构架与车体之间均以空间弹簧阻尼力元模拟悬挂系统，并考虑垂向减振器、横向减振器、抗蛇行减振器等卸荷速度的非线性特征；轨道系统考虑钢轨、扣件及无砟轨道板，扣件采用空间弹簧阻尼力元模拟；轮轨接触模型方面，轮轨法向接触采用赫兹弹性接触理论进行计算，切向接触采用Kalker简化算法FASTSIM计算；为了准确反映轨面短波不平顺对轮轨系统的高频激励作用，还对轮轨、钢轨进行弹性化建模处理，部件的截止模态频率为1 000 Hz。

仿真模型中典型的结构及悬挂参数见表7，详细参数及模型验证过程见文献［19］。

仿真采用的车轮型面为标准LM_B-10踏面及临近镟修的磨耗车轮踏面（踏面磨耗最大0.91 mm），与标准60N钢轨廓形匹配的等效锥度分别为0.11和0.21。

2）钢轨廓形的影响

由前文的分析可知，磨耗对钢轨廓形的影响较小，打磨对廓形的影响更为明显，打磨不到位引起的偏差对动车组横向动力学性能影响明显^［6-7］。选取现场测试得到的不同偏差钢轨廓形（偏差-0.4~＋0.8 mm，0为标准60N廓形）分别与新车轮和磨耗车轮匹配，350和400 km · h^-1速度条件下构架横向振动加速度（简称“构架横加”）的计算结果如图13所示。

从图13可以看出：多种轮轨匹配工况下，相对350 km · h^-1，400 km · h^-1速度对应的构架横加增大20%左右，同时，400 km · h^-1速度条件下构架横加的增幅也随钢轨偏差量增大而增大，可见速度越高，动车组横向动力学性能对钢轨廓形偏差变化更为敏感；400 km · h^-1速度条件下，与新车轮匹配时，构架横加受钢轨廓形负偏差变化影响更为明显，偏差-0.4 mm钢轨廓形对应的构架横加比无偏差时增大1.5倍；与磨耗车轮匹配时，构架横加受钢轨廓形正偏差变化影响更为明显，偏差0.8 mm钢轨廓形对应的构架横加比无偏差时增大5倍，偏差0.6 mm对应的构架横加已超出限值8 m · s^-2的要求；当钢轨廓形偏差控制在表2的要求（-0.2~＋0.2 mm）内时，与新车轮、磨耗车轮匹配时的构架横加均不超过4 m · s^-2，可见标准60N廓形和既有钢轨廓形打磨质量验收标准适应400 km · h^-1速度条件。

鉴于400 km · h^-1速度条件下构架横向振动加速度有随钢轨廓形偏差增大而明显增大的趋势，还需要跟踪掌握400 km · h^-1速度条件下轮轨匹配状态演变特征，研究400 km · h^-1速度条件下钢轨廓形偏差的运用边界，科学制定轮轨运维策略，保障动车组长期以400 km · h^-1速度运行的平稳性。

3）钢轨平顺性的影响

钢轨不平顺对动车组垂向动力学性能的影响及运行速度强相关，随着列车运行速度升高，钢轨不平顺引起的垂向冲击作用会明显增长^［20-23］，影响轮轨部件服役性能和旅客乘车体验；同时，速度提升带来的轮轨附加动力效应也会加速钢轨平顺性或轨面伤损劣化，影响钢轨服役状态和使用寿命。

依据图6所示焊接接头平直度不良和图8所示轨面局部不平顺的形貌特征，利用单峰余弦函数描述钢轨不平顺波形，即

z(x)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{A}_{\mathrm{r}}\left[\mathrm{1}-\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\left(\frac{\mathrm{2}\mathrm{\pi }}{{\lambda }_{\mathrm{r}}}x\right)\right]（1）

式中：x为沿车辆前进方向的距离，mm；z（x）为垂向位移，mm；A_r为钢轨轨面不平顺幅值，mm，取值范围为-0.8~0.8 mm，其中，正值表示钢轨及焊接接头平直度不良引起的高点不平顺，负值表示轨面引起的局部低塌不平顺；λ_r为焊接接头不平顺的波长，mm，取值范围为200~1 000 mm。

400 km · h^-1速度条件下不同钢轨轨面不平顺波长、幅值对应的轮轨垂向力最大值计算结果如图14所示。从图14可以看出：轮轨垂向力总体与轨面不平顺幅值正相关、与轨面不平顺波长负相关；不同波长下，幅值0.3 mm时的轮轨垂向力相对幅值0.2 mm时提高20%左右，且波长小于400 mm时，轮轨垂向力超出170 kN限值；幅值超过0.3 mm时，多种波长-幅值组合工况对应的轮轨垂向力超限比例达到50%以上。

因此，鉴于仿真结果中存在的轮轨垂向力超限风险，400 km · h^-1速度条件下将钢轨焊接接头平直度幅值和轨面局部低塌不平顺幅值控制到0.2 mm，更有利于保障良好的钢轨平顺性及轮轨系统垂向动力学性能。

钢轨波磨对于轮轨垂向动力性能的影响与其波长、谷深和速度密切关联：波磨谷深0.08 mm时，400 km · h^-1与300 km · h^-1速度相比，轮轨垂向力增大约63%^［11］；400 km · h^-1时波磨谷深0.08 mm与0.02 mm相比，轮轨垂向力增大约96%；不同速度条件下轮轨垂向动力响应对波磨波长的敏感程度也存在差异^［12］。考虑不同波磨谷深和波长，计算400 km · h^-1速度条件下轮轨垂向力的变化情况。参考图4给出的形貌特征，钢轨波磨的数学模型由式（2）给出。

z_{\mathrm{1}}(x)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{A}_{\mathrm{c}}\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\frac{\mathrm{2}\mathrm{\pi }}{{\lambda }_{\mathrm{c}}}x（2）

式中：z₁ （x）为垂向位移，mm；A_c为钢轨波磨的谷深，mm，取值范围为0.02~0.08 mm；λ_c为钢轨波磨的波长，mm，取值范围为60~160 mm。

400 km · h^-1速度条件下不同钢轨波磨谷深和波长的轮轨垂向力最大值计算结果如图15所示。从图15可以看出：相同谷深条件下，轮轨垂向力变化在波长140 mm时存在拐点，当波长小于或大于140 mm时，轮轨垂向力随波长减小或增大而减小，可见400 km · h^-1速度条件对应的钢轨波磨敏感波长为140 mm；相同波长下，轮轨垂向力随谷深增大而增大；从轮轨垂向力随波磨谷深变化的变化规律可见，当波磨谷深在表5给出的限值范围内时，轮轨垂向力均未超限值170 kN，这与文献［23］的研究结果相符。由此可见，既有钢轨波磨的控制标准适应400 km · h^-1速度条件。

4 结 论

（1）在标准的严格要求下，2008年—2024年高速铁路用U71MnG钢轨出厂质量满足标准要求且长期保持稳定，从既有高速铁路钢轨服役情况及400 km · h^-1速度运行试验情况来看，钢轨磨耗小、疲劳伤损少，U71MnG钢轨适应400 km · h^-1速度运营条件。

（2）高速铁路钢轨主要采用60N廓形，400 km · h^-1速度条件下轮轨横向动力性能有随钢轨廓形偏差增大而明显增大的趋势，当钢轨廓形偏差控制在-0.2~＋0.2 mm时，构架横向振动加速度均不超过4 m · s^-2，标准60N廓形和既有高速铁路钢轨廓形打磨控制要求适应400 km · h^-1速度运营条件。

（3）高速铁路钢轨平顺性控制标准严格、现场状态良好，总体适应400 km · h^-1速度运营条件。考虑到随钢轨轨面不平顺幅值增大，轮轨垂向动力学指标存在超限风险，建议400 km · h^-1速度条件下钢轨焊接接头平直度和轨面局部低塌引起的轨面不平顺的幅值控制在0.2 mm以内。

（4）为了保障400 km · h^-1速度长期运营条件下良好的动车组运行性能和钢轨服役状态，还需要持续跟踪掌握400 km · h^-1速度运营条件下钢轨磨耗及伤损的长期演变规律，研究明确400 km · h^-1速度条件下服役钢轨廓形偏差及轨面不平顺的运用边界。

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基金资助

国家重点研发计划项目(2022YFB2603402)

中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划课题(N2023G028)

中国铁道科学研究院集团有限公司院基金课题(2022YJ165)