時(shí)速 350km客運(yùn)專線鐵路 60kg/m鋼軌42號(hào)單開道岔的制造

王阿利,費(fèi)維周

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司,陜西寶雞 721006)

1 概述

時(shí)速 350km客運(yùn)專線 60kg/m鋼軌 42號(hào)單開道岔是在鐵道部領(lǐng)導(dǎo)的統(tǒng)一指揮和聯(lián)合設(shè)計(jì)組分工負(fù)責(zé)、團(tuán)結(jié)協(xié)作下,在總結(jié)了 2007年自主研發(fā)的時(shí)速250km客運(yùn)專線鐵路 60kg/m鋼軌 42號(hào)試驗(yàn)道岔設(shè)計(jì)、制造和轉(zhuǎn)換、伸縮試驗(yàn)成果基礎(chǔ)上,進(jìn)一步吸收了國(guó)外高速道岔的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念,進(jìn)行了技術(shù)論證、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、理論分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)比選、廠內(nèi)試制試鋪各個(gè)階段完成的產(chǎn)、學(xué)、研、用相結(jié)合的客運(yùn)專線鐵路用大號(hào)碼高端道岔。該道岔直向容許通過速度為 350 km/h,側(cè)向容許通過速度為 160km/h,是我國(guó)目前為止制造、鋪設(shè)上道的號(hào)碼最大、側(cè)向通過速度最高的道岔,也是我國(guó)首次采用雙肢彈性可彎心軌技術(shù)并獲得成功的大號(hào)碼道岔。

2 制造難點(diǎn)及攻關(guān)

客運(yùn)專線 42號(hào)道岔是目前國(guó)內(nèi)號(hào)碼最大的道岔,直向、側(cè)向均高速行車,所用軌件長(zhǎng)大,基本軌 46.19 m、尖軌 44.24m、長(zhǎng)心軌 25.09m,如此長(zhǎng)大的軌件增大了加工、組裝、吊裝、運(yùn)輸難度。2007年 3月中鐵寶橋集團(tuán)按鐵道部工管中心要求試制了 1組客運(yùn)專線42號(hào)試驗(yàn)道岔,因首次制造如此長(zhǎng)的大號(hào)碼道岔,加之當(dāng)時(shí)試驗(yàn)工期緊張,缺乏控制大號(hào)碼道岔制造關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn),在道岔組裝中產(chǎn)生了較大的累積誤差,導(dǎo)致尖軌與基本軌密貼縫隙、尖軌軌底與臺(tái)板面間隙等超過允許偏差,為了達(dá)到技術(shù)條件要求,進(jìn)行反復(fù)調(diào)整,加大了組裝工作量。客運(yùn)專線 42號(hào)試驗(yàn)道岔的制造為該道岔制造積累了很多寶貴經(jīng)驗(yàn),而且近兩年中鐵寶橋集團(tuán)在批量生產(chǎn)客運(yùn)專線道岔的過程中,已形成了一套成熟的工藝,使該道岔的制造具備了良好的工藝技術(shù)基礎(chǔ)。

客運(yùn)專線 42號(hào)道岔制造的關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)是長(zhǎng)大軌件加工精度的保證和吊裝變形的控制、板件及連接件加工精度的保證,避免組裝中誤差累積,為攻關(guān)此類問題設(shè)計(jì)了專用刀具、工裝胎型、檢測(cè)樣板等,開展了工藝研究和試驗(yàn),總結(jié)出如下的質(zhì)量保證措施。

(1)長(zhǎng)大軌件下料中選料、配料,增加溫度修正系數(shù)

鋼軌下料前進(jìn)行選料、配料,選用同一公差帶的鋼軌,以滿足尖軌與基本軌、翼軌與心軌高度偏差 ±0.5 mm的要求。

下料中考慮不同溫度對(duì)長(zhǎng)大軌件長(zhǎng)度尺寸的影響,以設(shè)計(jì)溫度 20℃為基準(zhǔn),增加溫度修正系數(shù)。當(dāng)溫度變化 ±10℃時(shí),基本軌長(zhǎng)度變化量 ΔL=11.2×10-6×46190×20=10.35mm(11.2×10-6為鋼軌的線膨脹系數(shù)),如果下料中不考慮溫度的影響,則無法保證軌件的長(zhǎng)度公差(軌件長(zhǎng)度 ＞25m時(shí),公差為 -5～0mm)。

(2)長(zhǎng)大軌件加工精度的保證

長(zhǎng)大軌件在制造時(shí)除鋸切、頂彎工序外,機(jī)加工均在數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床上完成,對(duì)其所使用的工裝進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和布置,避免多次裝卡帶來的定位誤差和加工變形;同時(shí)制作軌件斷面檢測(cè)專用樣板,保證了長(zhǎng)大軌件的加工精度。在工藝編制時(shí)重點(diǎn)考慮了以下問題:

①考慮各工序的順序,保證尺寸精度;

②避免工藝往復(fù),減少吊裝變形;

③每個(gè)工序均要考慮軌件加工的方向性,否則長(zhǎng)大軌件無法在車間調(diào)頭,增大生產(chǎn)組織難度。

數(shù)控鉆床避免了以往先劃線后鉆孔產(chǎn)生的累積誤差,增加號(hào)孔工序主要是檢查孔位尺寸,以防程序有誤,避免長(zhǎng)大軌件報(bào)廢。

(3)長(zhǎng)大軌件吊裝變形的控制

長(zhǎng)大鋼軌剛度小,吊裝變形大,為此制做了長(zhǎng)大桿件專用吊具,此吊具將鋼軌隔段多點(diǎn)裝卡,使鋼軌與吊具成為一體,避免鋼軌起吊中扭轉(zhuǎn)、傾翻,確保長(zhǎng)大軌件平穩(wěn)吊運(yùn),控制了吊運(yùn)變形。

(4)墊板焊接變形控制及調(diào)平工藝攻關(guān)

該道岔墊板采用整體硫化形式,對(duì)墊板平面度要求很高,墊板為焊接結(jié)構(gòu),焊接變形影響平面度,為此對(duì)墊板焊接變形及調(diào)平工藝進(jìn)行了研究和工藝試驗(yàn)。

①試驗(yàn)不同工況和工藝下墊板焊接變形的一般規(guī)律和變形量。

②試驗(yàn)墊板加工進(jìn)給量、焊接電流等因素對(duì)墊板平面度、平行度的影響。

③試驗(yàn)墊板冷調(diào)變形的精度。

由上述試驗(yàn)可知目前墊板的焊前冷調(diào)、機(jī)加工精度均可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,主要是焊接變形大。為此,對(duì)焊接工藝上進(jìn)行了改進(jìn),有效地控制了焊接對(duì)墊板平面度的影響。

3 主要零件加工工藝

3.1 基本軌的加工

基本軌采用長(zhǎng) 46.19m的 60kg/m鋼軌制造,與尖軌密貼段銑削 1∶4.47斜面,曲線密貼邊圓順無硬彎,加工與客運(yùn)專線 18號(hào)道岔相同。

工藝過程:選料→下料→鋸切→調(diào)直→鉆孔→銑藏尖段→調(diào)直直基本軌(頂彎曲基本軌)→軌肢、軌腰、軌頂面通長(zhǎng)打磨除銹→組裝。

質(zhì)量控制重點(diǎn):長(zhǎng)大軌件孔系的加工精度、鋼軌直線度。

3.2 尖軌的加工

尖軌采用長(zhǎng) 44.24m的 60D40鋼軌制造,為彈性可彎尖軌,尖軌尖端為藏尖式,跟端壓型為 60kg/m鋼軌,直線尖軌為了消除構(gòu)造加寬,非工作邊加工成曲線線形。

工藝流程:選料→下料→鋸切→調(diào)直→壓型→正火→二次下料→銑壓型段軌底→打磨、探傷→調(diào)直→鉆孔→銑可彎段→銑軌頭→銑軌腰→銑軌頂降低值→調(diào)直直線尖軌(曲線尖軌頂彎)→軌肢、軌腰、軌頂面通長(zhǎng)打磨除銹→組裝。

質(zhì)量控制重點(diǎn):

(1)60D40鋼軌跟端熱鍛成型;

(2)各斷面尺寸、電務(wù)各安裝部位斷面精度的控制;

(3)各安裝孔系精度的控制;

(4)頂面平順性的控制。

3.3 翼軌的加工(圖1)

翼軌采用軋制的特種斷面鋼軌與 60kg/m鋼軌焊接制造,兩翼軌咽喉前工作邊均采用機(jī)加工方式將軋制的特種斷面鋼軌逐漸加工過渡到 60kg/m鋼軌斷面,序號(hào) 1翼軌咽喉前工作邊、序號(hào) 2翼軌與長(zhǎng)心軌密貼段均加工成緩和曲線,是試制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

圖1 翼軌與心軌組裝示意

工藝流程:選料→下料→鋸切→調(diào)直→鉆孔→銑軌頭→銑軌底→銑軌腰→扭轉(zhuǎn)趾端 1∶40斜→與后段對(duì)焊→鋸切→鉆孔→銑軌底→銑藏尖段→頂彎→軌肢、軌腰、軌頂面通長(zhǎng)打磨除銹→組裝

質(zhì)量控制重點(diǎn):

(1)翼軌趾端軌腰加工及 1∶40斜扭轉(zhuǎn);

(2)咽喉前軌頭工作邊輪廓及密貼段的加工;

(3)翼軌頂面機(jī)加工平順性的控制;

(4)頂彎支距控制。

3.4 長(zhǎng)心軌的加工

長(zhǎng)心軌采用長(zhǎng) 25.09m的 60D40鋼軌制造,跟端壓型成 60kg/m鋼軌,采用了新型外鎖閉機(jī)構(gòu),前端設(shè)置了防跳臺(tái),側(cè)股工作邊加工為緩和曲線。長(zhǎng)心軌前端防跳結(jié)構(gòu)見圖2。

工藝流程:選料→下料→鋸切→壓型→正火→二次下料→鋸切→銑壓型段軌底→探傷→淬火→調(diào)直→鉆孔→銑軌肢→銑可彎段→銑軌底→銑軌頂降低值→銑軌頂 1∶40斜→軌肢、軌腰、軌頂面通長(zhǎng)打磨除銹→與短心軌拼裝。

圖2 長(zhǎng)心軌前端防跳結(jié)構(gòu)

質(zhì)量控制重點(diǎn):

(1)軌底偏心的控制;

(2)機(jī)加工斷面對(duì)稱度的控制;

(3)長(zhǎng)短心軌密貼段加工精度的控制。

3.5 短心軌的加工

短心軌采用長(zhǎng) 20.44m的 60D40鋼軌制造,整個(gè)工作邊為緩和曲線線形,與長(zhǎng)心軌密貼段軌底爬坡刨切,其余部位加工與長(zhǎng)心軌類似,也是通過增加控制支距完成緩和曲線線形加工。重點(diǎn)控制機(jī)加工斷面對(duì)稱度、長(zhǎng)短心軌拼接段軌底尺寸,以達(dá)到兩心軌組裝要求。

工藝流程:選料→下料→鋸切→壓型→正火→二次下料→鋸切→銑壓型段→探傷→淬火→鉆孔→銑軌肢→銑軌頭→銑軌頂面降低值→頂彎→刨軌肢 R25圓弧→刨軌肢 R5圓弧→刨軌頭→銑后段密貼段→精調(diào)→軌肢、軌腰、軌頂面通長(zhǎng)打磨除銹→拼裝。

3.6 墊板的加工

墊板件工藝過程:下料→調(diào)平→銑底板周邊→劃?rùn)C(jī)加工銑削線→銑表面及倒棱角 C3→劃線→鉆孔→打印標(biāo)記→組焊→調(diào)平→滑床類墊板電刷鍍→硫化→組裝。

質(zhì)量控制重點(diǎn):

(1)墊板平面度的控制;

(2)滑床類墊板臺(tái)板與承軌槽相對(duì)高差的控制。

滑床板空吊板質(zhì)量控制重點(diǎn):為了更好地控制滑床板空吊板問題,滑床板焊后再精加工臺(tái)板面,保證滑床板 1∶40承軌面與臺(tái)板面尺寸公差為 -0.3～0 mm,并制作了其檢測(cè)樣板。

客運(yùn)專線 42號(hào)道岔墊板件在本次試制中經(jīng)過各部門的齊心協(xié)力,通過實(shí)施上述各項(xiàng)工藝措施,墊板件質(zhì)量得到了很大改善,合格率達(dá)到 95.13%。

3.7 間隔鐵、限位器、頂鐵等鑄件制造

間隔鐵、限位器、頂鐵、滑床臺(tái)、鐵座、軌距塊等鑄件采用精密鑄造,安裝配合面用機(jī)加工保證精度。

3.8 調(diào)整片、防轉(zhuǎn)片、墊片等制造

調(diào)整片、防轉(zhuǎn)片、墊片等易銹蝕件采用鍍鋅鈍化處理,增強(qiáng)道岔美觀度。

4 結(jié)語

時(shí)速 350km客運(yùn)專線 60kg/m鋼軌 42號(hào)單開道岔已于 2009年 5月在遂渝線鋪設(shè)上道,它是我國(guó)自主研發(fā)聯(lián)合設(shè)計(jì)的大號(hào)碼高端產(chǎn)品,該道岔采用了許多新結(jié)構(gòu)、新工藝,設(shè)計(jì)、制造難度大,在課題組及有關(guān)協(xié)作單位的密切合作下各項(xiàng)工作積極主動(dòng),保證了該道岔制造及上道順利完成。

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