時速 350km客運專線鐵路 60kg/m鋼軌42號單開道岔的制造

王阿利,費維周

(中鐵寶橋集團有限公司,陜西寶雞 721006)

1 概述

時速 350km客運專線 60kg/m鋼軌 42號單開道岔是在鐵道部領導的統一指揮和聯合設計組分工負責、團結協作下,在總結了 2007年自主研發的時速250km客運專線鐵路 60kg/m鋼軌 42號試驗道岔設計、制造和轉換、伸縮試驗成果基礎上,進一步吸收了國外高速道岔的先進設計理念,進行了技術論證、現場調查、理論分析、系統設計、結構比選、廠內試制試鋪各個階段完成的產、學、研、用相結合的客運專線鐵路用大號碼高端道岔。該道岔直向容許通過速度為 350 km/h,側向容許通過速度為 160km/h,是我國目前為止制造、鋪設上道的號碼最大、側向通過速度最高的道岔,也是我國首次采用雙肢彈性可彎心軌技術并獲得成功的大號碼道岔。

2 制造難點及攻關

客運專線 42號道岔是目前國內號碼最大的道岔,直向、側向均高速行車,所用軌件長大,基本軌 46.19 m、尖軌 44.24m、長心軌 25.09m,如此長大的軌件增大了加工、組裝、吊裝、運輸難度。2007年 3月中鐵寶橋集團按鐵道部工管中心要求試制了 1組客運專線42號試驗道岔,因首次制造如此長的大號碼道岔,加之當時試驗工期緊張,缺乏控制大號碼道岔制造關鍵項點的經驗,在道岔組裝中產生了較大的累積誤差,導致尖軌與基本軌密貼縫隙、尖軌軌底與臺板面間隙等超過允許偏差,為了達到技術條件要求,進行反復調整,加大了組裝工作量。客運專線 42號試驗道岔的制造為該道岔制造積累了很多寶貴經驗,而且近兩年中鐵寶橋集團在批量生產客運專線道岔的過程中,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基礎。

客運專線 42號道岔制造的關鍵項點是長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,為攻關此類問題設計了專用刀具、工裝胎型、檢測樣板等,開展了工藝研究和試驗,總結出如下的質量保證措施。

(1)長大軌件下料中選料、配料,增加溫度修正系數

鋼軌下料前進行選料、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長大軌件長度尺寸的影響,以設計溫度 20℃為基準,增加溫度修正系數。當溫度變化 ±10℃時,基本軌長度變化量 ΔL=11.2×10-6×46190×20=10.35mm(11.2×10-6為鋼軌的線膨脹系數),如果下料中不考慮溫度的影響,則無法保證軌件的長度公差(軌件長度 ＞25m時,公差為 -5～0mm)。

(2)長大軌件加工精度的保證

長大軌件在制造時除鋸切、頂彎工序外,機加工均在數控銑床、數控鉆床上完成,對其所使用的工裝進行了重新設計和布置,避免多次裝卡帶來的定位誤差和加工變形;同時制作軌件斷面檢測專用樣板,保證了長大軌件的加工精度。在工藝編制時重點考慮了以下問題:

①考慮各工序的順序,保證尺寸精度;

②避免工藝往復,減少吊裝變形;

③每個工序均要考慮軌件加工的方向性,否則長大軌件無法在車間調頭,增大生產組織難度。

數控鉆床避免了以往先劃線后鉆孔產生的累積誤差,增加號孔工序主要是檢查孔位尺寸,以防程序有誤,避免長大軌件報廢。

(3)長大軌件吊裝變形的控制

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

(4)墊板焊接變形控制及調平工藝攻關

該道岔墊板采用整體硫化形式,對墊板平面度要求很高,墊板為焊接結構,焊接變形影響平面度,為此對墊板焊接變形及調平工藝進行了研究和工藝試驗。

①試驗不同工況和工藝下墊板焊接變形的一般規律和變形量。

②試驗墊板加工進給量、焊接電流等因素對墊板平面度、平行度的影響。

③試驗墊板冷調變形的精度。

由上述試驗可知目前墊板的焊前冷調、機加工精度均可以達到標準要求,主要是焊接變形大。為此,對焊接工藝上進行了改進,有效地控制了焊接對墊板平面度的影響。

3 主要零件加工工藝

3.1 基本軌的加工

基本軌采用長 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,加工與客運專線 18號道岔相同。

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

質量控制重點:長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 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→調直→壓型→正火→二次下料→銑壓型段軌底→打磨、探傷→調直→鉆孔→銑可彎段→銑軌頭→銑軌腰→銑軌頂降低值→調直直線尖軌(曲線尖軌頂彎)→軌肢、軌腰、軌頂面通長打磨除銹→組裝。

質量控制重點:

(1)60D40鋼軌跟端熱鍛成型;

(2)各斷面尺寸、電務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 1翼軌咽喉前工作邊、序號 2翼軌與長心軌密貼段均加工成緩和曲線,是試制的重點和難點。

圖1 翼軌與心軌組裝示意

工藝流程:選料→下料→鋸切→調直→鉆孔→銑軌頭→銑軌底→銑軌腰→扭轉趾端 1∶40斜→與后段對焊→鋸切→鉆孔→銑軌底→銑藏尖段→頂彎→軌肢、軌腰、軌頂面通長打磨除銹→組裝

質量控制重點:

(1)翼軌趾端軌腰加工及 1∶40斜扭轉;

(2)咽喉前軌頭工作邊輪廓及密貼段的加工;

(3)翼軌頂面機加工平順性的控制;

(4)頂彎支距控制。

3.4 長心軌的加工

長心軌采用長 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構,前端設置了防跳臺,側股工作邊加工為緩和曲線。長心軌前端防跳結構見圖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、軌頂面通長打磨除銹→與短心軌拼裝。

圖2 長心軌前端防跳結構

質量控制重點:

(1)軌底偏心的控制;

(2)機加工斷面對稱度的控制;

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

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→軌肢、軌腰、軌頂面通長打磨除銹→拼裝。

3.6 墊板的加工

墊板件工藝過程:下料→調平→銑底板周邊→劃機加工銑削線→銑表面及倒棱角 C3→劃線→鉆孔→打印標記→組焊→調平→滑床類墊板電刷鍍→硫化→組裝。

質量控制重點:

(1)墊板平面度的控制;

(2)滑床類墊板臺板與承軌槽相對高差的控制。

滑床板空吊板質量控制重點: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板面,保證滑床板 1∶40承軌面與臺板面尺寸公差為 -0.3～0 mm,并制作了其檢測樣板。

客運專線 42號道岔墊板件在本次試制中經過各部門的齊心協力,通過實施上述各項工藝措施,墊板件質量得到了很大改善,合格率達到 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、鐵座、軌距塊等鑄件采用精密鑄造,安裝配合面用機加工保證精度。

3.8 調整片、防轉片、墊片等制造

調整片、防轉片、墊片等易銹蝕件采用鍍鋅鈍化處理,增強道岔美觀度。

4 結語

時速 350km客運專線 60kg/m鋼軌 42號單開道岔已于 2009年 5月在遂渝線鋪設上道,它是我國自主研發聯合設計的大號碼高端產品,該道岔采用了許多新結構、新工藝,設計、制造難度大,在課題組及有關協作單位的密切合作下各項工作積極主動,保證了該道岔制造及上道順利完成。

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