朔黃鐵路75 kg/m鋼軌12號嵌入式組合高錳鋼轍叉設計

孫立彬

(中鐵寶橋集團有限公司,陜西寶雞 721006)

朔黃鐵路75 kg/m鋼軌12號嵌入式組合高錳鋼轍叉設計

孫立彬

(中鐵寶橋集團有限公司,陜西寶雞 721006)

朔黃鐵路是我國“西煤東運”第二條大通道的重要組成部分,隨著擴能改造工程的完成,鐵路運輸能力提升至3.5億t,既有線路中的轍叉已不能滿足運輸發展的需求。為此研發設計了75 kg/m鋼軌12號嵌入式組合高錳鋼轍叉,并進行上道驗證。嵌入式組合高錳鋼轍叉結構緊湊,質量穩定可靠,與既有固定型高錳鋼整鑄轍叉可互換使用。運營實踐證明,該固定型轍叉使用狀態良好,心軌、翼軌磨耗均勻,壽命顯著提高,且養護維修工作量小,滿足了重載鐵路運輸的需要,市場前景非常廣闊。

重載鐵路;轍叉;固定型;結構設計

1 概述

朔黃鐵路是我國“西煤東運”第二條大通道的重要組成部分,2012年經擴能改造工程完成后,鐵路運輸能力由規劃的2億t提升至3.5億t,既有線路中的轍叉已不能滿足運輸發展的需求。為此研發設計了75 kg/m鋼軌12號嵌入式組合高錳鋼轍叉,提高行車表面初始硬度,充分發揮高錳鋼良好的沖擊韌性,增強轍叉整體穩定性及耐磨性,較既有固定型高錳鋼整鑄轍叉使用壽命提高2.5倍以上,滿足重載鐵路需求。

2 設計原則

(1)本次設計的嵌入式組合高錳鋼轍叉與既有道岔中的固定型高錳鋼整鑄轍叉、合金鋼組合轍叉可直接互換使用。

(2)轍叉位置的混凝土岔枕可以通用。

(3)轍叉趾跟端設置1∶40軌底坡。

(4)扣件為彈條Ⅱ型扣件。

(5)適應跨區間無縫線路。

3 結構設計

75 kg/m鋼軌12號嵌入式組合高錳鋼轍叉以高錳鋼材質為主體,由嵌入式整鑄高錳鋼叉心(以下簡稱錳叉心)、叉跟軌、翼軌、間隔鐵通過高強螺栓連接而成,見圖1。

圖1 嵌入式組合高錳鋼轍叉結構示意

(1)錳叉心(圖2)

圖2 錳叉心結構示意

①錳叉心的軌頂、軌墻和輪緣槽壁厚為35～45 mm,較既有固定型高錳鋼整鑄轍叉的22～25 mm提高50%以上,增強了轍叉的整體強度及剛性,適應了重載鐵路大軸重的要求[6]。

②為保護心軌小斷面,減少其上道使用初期所受車輪的沖擊,對心軌及翼軌頂面的垂直高差進行最優設計(圖3),即心軌實際尖端15 mm斷面為9.5 mm,心軌35 mm斷面為4.4 mm。

圖3 心軌及翼軌頂面垂直高差(單位:mm)

圖4 心軌加寬示意(單位:mm)

圖5 雙咽喉結構示意(單位:mm)

圖6 車輪傳動區軌頂面等寬結構(單位:mm)

⑥高錳鋼轍叉在使用初期,其優異的沖擊硬化特性未能有效發揮,強度較低,耐磨性較差,受到車輪的沖擊和摩擦,轍叉行車表面易出現磨損和塑性變形[10]。為提高轍叉初期抗磨損和抗變形能力,對轍叉行車表面采用了爆炸預硬化處理技術,表面硬度達到350HB以上。

(2)叉跟軌、翼軌、間隔鐵及其聯結方式(圖7)

①叉跟軌、翼軌采用75 kg/m在線熱處理鋼軌制造,鋼軌材質U78CrV;翼軌的趾端和叉跟軌的跟端設置1∶40軌底坡,扭轉過渡長度為280 mm。

②間隔鐵采用全斷面接觸結構,材質為鑄鋼,提高了轍叉整體框架剛度,保證轍叉整體穩定性。

③組裝采用扭矩為900～990 N·m的grade8/ SAEJ995 JUL99標準φ35 mm方頭螺栓及螺母,包括與其相配套的防轉鋼軌墊圈和彈簧墊圈。

圖7 錳叉心與叉跟軌、翼軌的聯結

(3)墊板

墊板厚度26 mm,寬190 mm,長度722 mm,與原道岔相同,鐵座焊接位置根據轍叉軌底寬度發生變化,但岔枕螺栓孔的位置不變,從而保證混凝土岔枕的通用性。

(4)扣件

扣件采用彈條Ⅱ型扣件。

(5)橡膠墊板

鋼軌下設5 mm厚橡膠墊板,鐵墊板下設10 mm厚橡膠墊板。

4 嵌入式組合高錳鋼轍叉的特點

(1)轍叉采用錳叉心和鋼軌栓接主體結構,適用于無縫線路;且螺栓位置接近等距離分布,使得轍叉剛度均勻化[11-12]。

(2)轍叉車輪傳動區實現整體錳鋼化,同材料、同強度、同壽命。

(3)嵌入式錳叉心結構緊湊,壁厚均勻,有利于鑄造工藝的實施和內部質量的提高。

(4)轍叉采用心軌加寬技術,增加心軌接觸面積,提高心軌的耐磨性和抗沖擊性。

(5)轍叉采用雙咽喉結構,縮短轍叉有害空間距離,提高翼軌耐磨性。

(6)轍叉車輪傳動區軌頂接觸面等寬設計,增強列車過叉時的平穩性。

(7)轍叉采用爆炸預硬化技術,表面硬度達到350HB以上,硬化層深度≥30 mm。

(8)轍叉養護維修簡單,互換性好,具有較高的性價比。

5 結語

圖8 轍叉線路上道使用狀況

朔黃鐵路75 kg/m鋼軌12號嵌入式組合高錳鋼轍叉已通過專家評審,并于2013年7月2日進行上道試鋪驗證,截止2013年10月29日通過運量總重超過0.8億t,轍叉整體狀態良好(圖8),心軌、翼軌磨耗均勻,磨耗深度1.4 mm,無掉塊、螺栓松動等現象,預計使用壽命達3億t以上。目前,我公司每月進行質量跟蹤,及時掌握其使用狀況,便于產品的持續優化

Design of No.12 Embedded Rail-bound High Manganese Steel Frog with 75 kg/m Rails Used in Shuozhou-Huanghua Railway

SUN Li-bin
(China Railway BaoJi Bridge Group Co.,Ltd.,Baoji 721006,Shaanxi Province,China)

U213.6

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.08.012

1004-2954(2014)08-0053-02

2013-11-18;

2013-12-02

孫立彬(1981—),男,工程師,2004年畢業于石家莊鐵道學院,工學學士,E-mail:slb30014@163.com。