時速200 km 明橋面鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的研制

馮毅

橋用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器(以下簡稱伸縮器)是大跨度鋼梁及鋪設(shè)無縫線路的高圬工橋上不可缺少的軌道設(shè)備，為適應(yīng)超長無縫線路的鋪設(shè)要求，用來調(diào)節(jié)因溫度變化、動載等因素作用所引起的鋼軌伸縮。南京長江大橋為公鐵兩用鋼桁梁結(jié)構(gòu)橋，按該橋的結(jié)構(gòu)形式(3孔×160 m連續(xù)鋼桁梁，1孔128 m簡支鋼桁梁)，于1990年5月～7月間共鋪設(shè)了8組鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，解決了“卡脖子”設(shè)備。該伸縮器設(shè)計年代早，經(jīng)過冬去夏來的嚴(yán)寒酷暑，經(jīng)過上億噸動量的檢驗，運行平穩(wěn)，伸縮正常，證明已達到了設(shè)計的主要性能。但在使用過程中，出現(xiàn)了尖軌爬行、尖軌及基本軌傷損等缺陷，截止2005年最高運行速度為120 km/h。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，原有伸縮調(diào)節(jié)器已不能適應(yīng)鐵路跨越式發(fā)展的需要，使列車行車速度與軸重受限，研制新型伸縮器勢在必行。

1 研制背景及現(xiàn)有伸縮器的病害分析

南京長江大橋鐵路橋線路繁忙，通過運量大，屬咽喉要道，為提高其通過速度，研制提速客車以200 km/h的速度、25 t軸重提速貨車以120 km/h的速度通過該伸縮器。中鐵寶橋集團公司受上海鐵路局委托，于2005年5月下旬到上海鐵路局、南京長江大橋引橋及明橋使用的伸縮器進行了現(xiàn)場調(diào)研，既有伸縮器存在以下問題:1)尖軌存在不同程度的縱向爬行，這主要是由于鋼桁梁橋在溫差變化下發(fā)生縱向位移，在超長無縫線路中鋼軌溫度力需要釋放的前提下，基本軌相對尖軌的伸縮對尖軌施加較大的縱向力所引起的。若尖軌防爬措施不力、養(yǎng)護不及時，則易出現(xiàn)尖軌跟端處軌距擴張，軌距千分頂達不到要求且不易調(diào)整的問題。2)原伸縮器尖軌跟端壓型段運行半年時間內(nèi)，即產(chǎn)生大于0.5 mm的“馬鞍型磨耗”，按維修驗收標(biāo)準(zhǔn)已屬超限。3)原伸縮器尖軌尖端部分有不均勻側(cè)磨，個別地方存在蠶豆、黃豆大小不同程度的掉塊，有一處鋪設(shè)位置在距尖端700 mm處有軋傷掉塊現(xiàn)象，軋傷長110 mm，最深處4 mm。這主要是由伸縮調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)特點及高速大軸重的運行條件引起的。伸縮器的設(shè)計，既應(yīng)保證尖軌位置固定，又要使基本軌在伸縮過程中與尖軌的摩擦阻力達到最小，在達到該性能要求的前提下，尖軌尖端處易出現(xiàn)一菱形有害空間，在較高速度、大軸重運行條件下，尖軌尖端處易出現(xiàn)不均勻磨耗。4)基本軌伸縮端1 m～2 m范圍內(nèi)有剝落掉塊現(xiàn)象。由于基本軌尖軌組件安裝在有1∶40斜度的整體大墊板上，基本軌的伸縮不可能在一個水平面上完成，另一方面，在基本軌該范圍內(nèi)，車輪已完全爬上尖軌，因此在磨耗型車輪作用的情況下，順向過車的磨耗型車輪將對基本軌末端造成一定程度的沖擊。

2 研制內(nèi)容

分析以上既有伸縮器出現(xiàn)的病害原因及高速、大軸重的技術(shù)要求，新型伸縮器在設(shè)計研制過程中，有針對性地采取了以下方案及措施。

2.1 平面線型設(shè)計

伸縮調(diào)節(jié)量為±500 mm，軌頭刨切采用復(fù)合曲線，從1 mm斷面至5 mm斷面為正弦型曲線，5 mm斷面至71 mm斷面為二次曲線。一方面保證了尖軌的粗壯度，另一方面相對于圓曲線型尖軌線型而言，在較短范圍內(nèi)減少了因基本軌相對于尖軌在伸縮過程中由于撓曲變形形成的伸縮阻力，見圖1。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

1)尖軌采用60AT軌設(shè)計，基本軌采用與既有線路相同的60標(biāo)準(zhǔn)軌。

2)為解決基本軌伸縮端1 m～2 m范圍內(nèi)剝落掉塊現(xiàn)象，基本軌自尖軌20 mm斷面起到伸縮端作軌頂面1∶3斜度刨切，同時伸縮端作300 mm范圍內(nèi)加工12 mm垂直刨切。

3)針對無碴明橋面木橋枕的鋪設(shè)條件，為加強尖軌基本軌的整體性及穩(wěn)定性，在尖軌基本軌組件下設(shè)置整體大墊板，尖軌與基本軌采用與橋面軌道相同的軌頂坡。軌頂坡由大墊板上設(shè)置相應(yīng)斜坡來實現(xiàn)。由于大墊板上焊件較多，考慮到加工工藝的可行性，大底板設(shè)置為鉸接分開式。尖軌跟端設(shè)置鉸接軌撐，通過軌撐聯(lián)結(jié)尖軌與大底板為一體，以消除尖軌的縱向爬行。兩塊大墊板接頭采用高強螺栓摩擦副連接成伸縮器尖軌范圍內(nèi)的整體式軌下墊板，大底板接頭處剖面結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4)在尖軌尖端前岔枕處，基本軌開始被軌撐導(dǎo)向彎折，此處岔枕間距及軌距易隨基本軌伸縮發(fā)生變化，為保證尖軌尖端處的密貼，大墊板上尖軌前端處設(shè)置兩塊導(dǎo)向軌撐，另一方面，基本軌不設(shè)置預(yù)彎，以消除伸縮器尖軌尖端處菱形有害空間。

5)在基本軌側(cè)設(shè)置減摩導(dǎo)向軌撐，裝配后的結(jié)構(gòu)如圖3所示，減摩導(dǎo)向軌撐如圖4所示。

該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是:a.垂直鋼軌方向設(shè)置兩個螺栓扣壓，防止基本軌伸縮過程中產(chǎn)生的橫向力對軌撐造成側(cè)傾而形成軌撐失效。b.軌撐與基本軌采用圓弧面接觸，減小了摩擦阻力。

6)配合減摩導(dǎo)向軌撐，在無軌撐扣壓側(cè)采用Ⅱ型彈條扣件進行彈性扣壓，軌距塊設(shè)置為減摩軌距塊，結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3 鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器在橋上無縫線路中的應(yīng)用適應(yīng)性

1)伸縮器尖軌不宜位于橋梁伸縮軌縫之上，因該處為橋梁剛度變化及沉降變化較劇烈處，與列車在伸縮器上的振動疊加之后，宜造成尖軌的傷損加劇。2)伸縮器基本軌一端(即伸縮端)宜布置100 m～200 m小阻力扣件，因伸縮器基本軌端阻力較小，一般只有50 kN左右，鋼軌的伸縮位移較大，若扣件阻力大于道床阻力，則鋼軌將帶動橋枕發(fā)生較大的縱向位移，宜造成道床破壞，影響軌道平順性。3)在有條件的情況下，盡量采用雙向伸縮器，因為兩組單向伸縮調(diào)節(jié)器成尾部對向布置時，尖軌所受縱向力較小，因而伸縮位移較小，不會造成伸縮調(diào)節(jié)器的幾何形位大的變化。

4 結(jié)語

60 kg/m鋼軌±500mm鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器自2005年10月起鋪設(shè)于南京長江大橋、淮河大橋明橋面后，至2008年5月、2010年10月兩次鋪設(shè)現(xiàn)場調(diào)研，仍正常使用，根據(jù)工務(wù)部門信息反饋，完全可以達到預(yù)期設(shè)計的提速客車以200 km/h的速度、25 t軸重提速貨車以120 km/h的速度通過的技術(shù)要求，設(shè)計成功，效果理想。