27 t軸重重載道岔60 kg/m鋼軌18號(hào)單開道岔設(shè)計(jì)研究

姚 棋，盧仁光，李 婷，衣愛麗，冷 冰

(北京特冶工貿(mào)有限責(zé)任公司，北京 100043)

27 t軸重重載道岔60 kg/m鋼軌18號(hào)單開道岔設(shè)計(jì)研究

姚 棋，盧仁光，李 婷，衣愛麗，冷 冰

(北京特冶工貿(mào)有限責(zé)任公司，北京 100043)

介紹一種從選材至結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均進(jìn)行優(yōu)化的60 kg/m鋼軌18號(hào)單開道岔。該道岔設(shè)計(jì)曲線半徑為1 000 m，增強(qiáng)了車輛曲股運(yùn)行的平穩(wěn)性。轉(zhuǎn)轍器部分基本軌扣壓方式采用結(jié)構(gòu)更為合理的無銷釘彈片式取代彈性夾式，并增設(shè)輥輪滑床板裝置，既降低了轉(zhuǎn)轍機(jī)的扳動(dòng)阻力，又簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，在保證使用性能的同時(shí)降低了制造成本。該道岔在選材上，軌件優(yōu)先選用貝氏體鋼，有效延長(zhǎng)了道岔的使用壽命。在重載道岔生產(chǎn)的過程中，結(jié)合傳統(tǒng)道岔技術(shù)特點(diǎn)，將工藝改進(jìn)并優(yōu)化，顯著提高了重載道岔的使用性能。

重載道岔 單開道岔 貝氏體鋼 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

1 概述

隨著鐵路行業(yè)的飛速發(fā)展，國(guó)家對(duì)重載鐵路運(yùn)輸?shù)囊蟛粩嗵岣摺５啦礓佋O(shè)受地理環(huán)境影響且條件簡(jiǎn)陋，難以按照該道岔的設(shè)計(jì)要求完成鋪設(shè)，加之輪軌關(guān)系復(fù)雜，尖軌、心軌很少能達(dá)到理論使用壽命。在轍叉組裝過程中，無法達(dá)到心軌間隔鐵與鋼軌滿軌腰接觸的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而在線路使用過程中由于間隔鐵、軌件之間受力情況復(fù)雜不可控，從而導(dǎo)致部分螺栓失效，嚴(yán)重影響運(yùn)輸安全。引用國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，增加了制造成本。高錳鋼轍叉在重載線路運(yùn)行中仍然滿足不了線路高運(yùn)量的要求。上述問題制約著現(xiàn)有重載鐵路的發(fā)展。為此北京特冶工貿(mào)有限責(zé)任公司依據(jù)中國(guó)鐵路總公司《重載鐵路技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)深化研究——延長(zhǎng)60 kg/m和75 kg/m鋼軌18號(hào)道岔使用壽命關(guān)鍵技術(shù)》的要求，對(duì)重載鐵路運(yùn)行情況進(jìn)行了多年的實(shí)地觀測(cè)，收集數(shù)據(jù)，分析重載鐵路輪軌關(guān)系，對(duì)既有27 t軸重重載道岔60 kg/m鋼軌18號(hào)單開道岔結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

2 技術(shù)要求及特點(diǎn)

2.1 主要技術(shù)參數(shù)

直向容許速度:重載貨物列車(27 t軸重)100 km/h，其他貨物列車120 km/h，客車160 km/h。

側(cè)向容許速度:80 km/h。

道岔全長(zhǎng)60 m，前長(zhǎng)28.6 m，后長(zhǎng)31.4 m，如圖1所示。

圖1 道岔平面形式(單位:mm)

尖軌為相離單圓曲線線型，半徑1 000 m，相離值為26 mm。

軌距除基本軌軌頭刨切段外其余均為1 435 mm。

2.2 主要技術(shù)特點(diǎn)

道岔主要技術(shù)特點(diǎn):①道岔區(qū)設(shè)置1∶40的軌頂坡或軌底坡;②岔枕垂直于道岔直股;③平墊板采用鑄造墊板或者鍛造墊板;④尖軌設(shè)計(jì)采用加寬技術(shù)，在基本軌工作邊刨削5 mm，以增加尖軌厚度;⑤道岔的絕緣接頭為膠接絕緣接頭;⑥曲尖軌對(duì)應(yīng)的沖擊角為0°24'33″;⑦尖軌跟端限位結(jié)構(gòu)為大位移雙限位器式，子母塊之間的間隙為15 mm;⑧轉(zhuǎn)轍器設(shè)置限位防跳裝置，防止尖軌劇烈震動(dòng)。

3 優(yōu)化內(nèi)容

優(yōu)化主要內(nèi)容:①所有鋼軌件材質(zhì)均為貝氏體鋼。②尖軌設(shè)計(jì)采用加寬技術(shù)，加大尖軌的軌頭寬度，有效提高道岔的使用壽命;同時(shí)基本軌與尖軌之間的密貼面由折線改為直線，降低現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)難度。③轉(zhuǎn)轍器部分基本軌扣壓方式采用結(jié)構(gòu)更為合理的無銷釘彈片式代替彈性夾式，并增設(shè)輥輪滑床板裝置，既降低了轉(zhuǎn)轍機(jī)的扳動(dòng)阻力，又簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，在保證使用性能的同時(shí)降低了制造成本。

3.1 道岔用鋼軌材質(zhì)

在綜合比較目前鋼軌幾種材質(zhì)的優(yōu)劣之后(見表1)，優(yōu)先選用貝氏體鋼，此材質(zhì)采用全斷面熱處理方式。與U75V和U71Mn相比，該鋼軌變形小，內(nèi)應(yīng)力均勻，同時(shí)貝氏體鋼為低碳鋼，焊接性能優(yōu)越于其他材質(zhì)。

3.2 采用尖軌加寬技術(shù)

尖軌長(zhǎng)度不變，改變其刨削方式，保證尖軌、基本軌密貼要求，降低裝配難度。如圖2所示，原設(shè)計(jì)尖軌非工作邊存在補(bǔ)充刨削段，密貼面由兩平面交叉形成，與基本軌組裝時(shí)，尖軌兩平面交叉處與基本軌兩平面交叉處必須位置精準(zhǔn)，才能相互匹配，該設(shè)計(jì)導(dǎo)致裝配難度增大。優(yōu)化后，尖軌、基本軌密貼面為兩平行平面接觸，降低了組裝難度，同時(shí)又可保證尖軌、基本軌密貼面之間的縫隙滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 貝氏體鋼與常規(guī)鋼軌材質(zhì)性能對(duì)比

圖2 尖軌刨削示意(單位:mm)

3.3 采用無銷釘彈片扣壓方式

轉(zhuǎn)轍器部分基本軌扣壓方式采用結(jié)構(gòu)更為合理的無銷釘彈片式取代彈性夾式，見圖3。

圖3 無銷釘滑床板結(jié)構(gòu)

該扣壓方式設(shè)有2個(gè)支點(diǎn)，使用彈片后，通過楔形調(diào)整塊調(diào)整使得支點(diǎn)1與彈片接觸并形成一定弧度的曲面。當(dāng)車輛行駛過程中鋼軌存在外翻趨勢(shì)時(shí)，支點(diǎn)2與彈片接觸，產(chǎn)生的橫向力可增強(qiáng)彈片的扣壓作用，并防止過度形變使彈片失效。

采用無銷釘扣壓式結(jié)構(gòu)代替彈性夾扣壓式結(jié)構(gòu)，既能保證基本軌的穩(wěn)定性，又能降低成本。

3.4 采用輥輪滑床板

增設(shè)輥輪滑床板(圖4)，通過減少尖軌與滑床板之間的摩擦力，從而降低轉(zhuǎn)轍機(jī)的扳動(dòng)阻力。

圖4 輥輪滑床板結(jié)構(gòu)

3.5 采用合金鋼轍叉的結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)中采用合金鋼轍叉代替高錳鋼轍叉。優(yōu)點(diǎn)為:①可以避免高錳鋼整鑄轍叉由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝難度大所帶來的局部鑄造性能不穩(wěn)定;②合金鋼組合轍叉尺寸設(shè)計(jì)靈活，可以根據(jù)實(shí)際情況加長(zhǎng);③由貝氏體鋼制造叉心，經(jīng)過全斷面熱處理等工藝后，轍叉整體性能穩(wěn)定均勻，更適合重載道岔的運(yùn)行條件。

轍叉及護(hù)軌結(jié)構(gòu)特點(diǎn):①叉跟軌、護(hù)軌、翼軌、心軌采用貝氏體鋼制造。叉跟軌、翼軌均為60 kg/m標(biāo)準(zhǔn)斷面鋼軌，道岔中使用的護(hù)軌由33 kg/m標(biāo)準(zhǔn)槽型鋼制造。②翼軌采用垂直頂彎方法局部抬高6 mm，以改善列車行駛穩(wěn)定性;③心軌與叉跟軌采用V型連接，有利于阻止心軌和叉跟軌在溫度力作用下產(chǎn)生縱向相對(duì)位移;④為最大程度減少心軌側(cè)磨，護(hù)軌軌頂要求高于基本軌12 mm，護(hù)軌基本結(jié)構(gòu)為可調(diào)式分開結(jié)構(gòu)。

3.6 采用非全斷面接觸的間隔鐵設(shè)計(jì)

原設(shè)計(jì)中間隔鐵與翼軌、心軌配合，采用全斷面接觸，此設(shè)計(jì)要求鋼軌軌腰、間隔鐵配合面幾何尺寸精度極高，然而無論是鋼軌的軋制，還是間隔鐵的鑄造精度，都無法控制到理論要求，而且主要受力位置無法判斷，使用過程中如果單點(diǎn)受力容易松動(dòng)，危害行車安全。優(yōu)化后為非全斷面接觸，受力點(diǎn)合理、可控，使叉心整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，保證行車安全。優(yōu)化前后的間隔鐵見圖5。

圖5 優(yōu)化前后的間隔鐵

4 道岔實(shí)用性能分析

本道岔現(xiàn)服役于大秦線及其他貨運(yùn)專線或客貨共線鐵路，正應(yīng)用于京廣線西平站、焦莊站等多個(gè)站場(chǎng)。

4.1 道岔設(shè)計(jì)的可行性

①道岔線形采用原始設(shè)計(jì)，經(jīng)過多年實(shí)踐驗(yàn)證，線路運(yùn)行平順。

②貝氏體鋼具有良好的綜合機(jī)械性能，合理的熱處理工藝保證了材料性能的充分發(fā)揮，其抗拉強(qiáng)度1 280～1 440 MPa、屈服強(qiáng)度980～1 180 MPa，延伸率＞10%、斷面收縮率＞30%、沖擊韌性 ＞75 J/cm2，優(yōu)越的性能能夠克服惡劣環(huán)境給道岔帶來的損害，保證行車安全。貝氏體鋼鋼軌組合轍叉在石太、豐沙、大秦等線路使用，得到鐵道部運(yùn)輸局、沈陽、太原、北京等多個(gè)鐵路局的認(rèn)可。

③無銷釘滑床板技術(shù)在時(shí)速200 km及以上客運(yùn)專線道岔上得到廣泛推廣，在使用過程中得到廣大用戶的認(rèn)可，這為該技術(shù)在重載道岔中推廣提供了強(qiáng)有力的依據(jù)。

4.2 道岔設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性

轉(zhuǎn)轍器部分基本軌扣壓方式采用無銷釘彈片式取代彈性夾式，不僅可以達(dá)到同樣的扣壓效果，而且相比彈性夾式，彈片式的成本投入少，費(fèi)用低。貝氏體鋼在同等條件下使用壽命長(zhǎng)、成本投入少，見表2。

表2幾種材質(zhì)道岔使用壽命對(duì)比

5 結(jié)語

60 kg/m鋼軌18號(hào)貝氏體鋼固定型轍叉單開道岔結(jié)合傳統(tǒng)道岔技術(shù)特點(diǎn)，并將工藝改進(jìn)、設(shè)計(jì)優(yōu)化引入到道岔產(chǎn)品的生產(chǎn)中，提高了整組道岔的安全性和舒適性，同時(shí)采用合金鋼組合轍叉代替高錳鋼整鑄轍叉，在材質(zhì)上優(yōu)先選用貝氏體鋼，提高了道岔的整體性能，延長(zhǎng)了道岔的使用壽命，降低了成本。即從鐵路道岔及其部件的選材、設(shè)計(jì)、加工制造等多方面著手，大幅度提高道岔使用性能。

［1］國(guó)家鐵路局.TB/T 412—2014 標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路道岔技術(shù)條件［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2015.

［2］中國(guó)鐵路總公司.鐵總科技［2013］143號(hào) U20Mn2SiGrNiMo貝氏體鋼軌暫行技術(shù)條件［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2013.

［3］中國(guó)鐵路總公司.TJ/GW 107—2013 30噸軸重重載道岔技術(shù)條件(暫行)［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2013.

［4］中國(guó)鐵路總公司.TJ/GW 108—2013 30噸軸重合金鋼組合轍叉技術(shù)條件(暫行)［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2013.

［5］王樹國(guó)，葛晶，王猛.重載鐵路道岔現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.中國(guó)鐵路，2013(11):16-30.

［6］黃振宇，費(fèi)維周.新型重載道岔研制［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2015，59(1):42-46.

［7］江荷燕，張軍，張鐵.貨車車輪與重載道岔曲尖軌的接觸分析［J］.武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，38(1):41-45.

(責(zé)任審編 葛全紅)

U213.6

:BDOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2015.11.34

2015-08-10;

:2015-09-25

姚棋(1987— )，男，助理工程師。

1003-1995(2015)11-0121-04