重載鐵路75 kg/m鋼軌12號合金鋼組合轍叉設計

張 春 雨

(中鐵寶橋集團有限公司,陜西 寶雞 721006)

重載鐵路75 kg/m鋼軌12號合金鋼組合轍叉設計

張 春 雨

(中鐵寶橋集團有限公司,陜西 寶雞 721006)

根據神朔重載鐵路的運營條件，從材料選擇，結構設計等方面提出了優化的關鍵技術，并采用了整體鑲嵌式合金鋼轍叉結構，提高了轍叉整體性能，滿足了重載線路使用要求。

重載鐵路，道岔，整體鑲嵌合金鋼，轍叉

1 概述

重載運輸是國際上公認的鐵路貨物運輸的有效方式之一。神朔鐵路是我國第二條西煤東運的大通道神黃線的一部分，主要承擔神府東勝煤田的煤炭外運任務。2014年，神朔鐵路煤炭外運完成2.556億t。

神朔鐵路開行萬噸重載列車，大量使用的高錳鋼轍叉通過總重為1.0億t～1.5億t，設備更換頻率高且養護維修工作量大。因此，結合其“大軸重、高密度和大運量”的運營特點，研制使用壽命長、養護維修量小的新型轍叉已成為當務之急。

基于既有重載鐵路使用的轍叉類型，結合合金鋼材料優越的機械性能，研制了整體鑲嵌式合金鋼組合轍叉結構，即：在心軌、翼軌的輪載過渡范圍內，采用高強度、高韌性、高耐磨性的合金鋼，改善心軌、翼軌局部受力狀況，實現延長轍叉整體使用壽命的目的。

2 設計原則

1)滿足27 t軸重貨物列車以直向不大于90 km/h的速度通過。

2)合金鋼組合轍叉可與高錳鋼整鑄轍叉互換使用。

3)轍叉趾、跟端不設軌底坡。

4)采用Ⅱ型彈條扣件系統。

5)能滿足無縫化線路要求。

3 結構設計

目前，常用的固定型轍叉主要有兩種類型：一種是高錳鋼整鑄轍叉；一種是合金鋼組合轍叉。

高錳鋼整鑄轍叉受鑄造工藝的影響較大，雖然目前鑄造工藝有了很大改進，但在重載鐵路上，其平均使用壽命僅在1億t左右(通過總重)，不利于重載鐵路的使用。而且，由于高錳鋼轍叉與普通鋼軌現場可焊性差、廠內焊接成本高，其表層強度與硬度和母材強度與硬度相差懸殊、表面易剝落掉塊等原因，難以適應列車提速以及無縫線路的應用要求。

而適用于重載鐵路的合金鋼有多種結構形式：合金鋼鋼軌拼裝式轍叉；翼軌鑲嵌式合金鋼轍叉(翼軌鑲嵌合金鋼鑲嵌塊)；心軌—翼軌整體鑲嵌式合金鋼轍叉。考慮到保證轍叉整體性能，本次采用的是后者。

1)合金鋼組合轍叉整體結構見圖1。

合金鋼組合轍叉主要包括以下部分：合金鋼心軌、翼軌、叉跟軌、間隔鐵、鐵墊板、高強螺栓、扣件系統、軌下及板下墊層等。

2)合金鋼鍛造心軌見圖2。

心軌采用高強度、高韌性、高耐磨性的合金鋼鍛造后機加工。由于采用了心軌—翼軌(關鍵受力部位)整體式結構，大大提高了轍叉的剛度及穩定性。

3)翼軌見圖3。

翼軌采用75 kg/m U75V在線熱處理鋼軌制造。翼軌不做縱向頂彎，翼軌堆高由整體式合金鋼心軌完成。對翼軌與心軌貼合部位軌頭進行刨切。

4)心軌與叉跟軌連接。

心軌與叉跟軌貼合部位采用鑲尖式結構。工藝上采用先將叉跟軌與心軌組裝后以心軌工作邊、頂面為基準加工叉跟軌工作邊和軌頂面。確保轍叉在該部位的平順性。

5)間隔鐵與螺栓的布置。

間隔鐵與高強度螺栓是各類型組合式轍叉的重要部件。由于采用了整體式合金鋼心軌，轍叉僅設置少量間隔鐵及少量10.9級φ27高強度螺栓，螺栓扭矩為1 100 N·s～1 200 N·s。

6)鐵墊板設計。

采用焊接墊板，墊板厚度26 mm，寬度190 mm。

7)軌下及板下橡膠墊板。

鋼軌下設5 mm厚橡膠墊板，鐵墊板下設10 mm厚橡膠墊板。

4 主要創新點

針對重載鐵路的運營特點，設計了新的結構形式。心軌—翼軌(關鍵受力部位)整體式結構的運用，大大提高了轍叉的整體剛度和穩定性，而其他一些關鍵技術的運用，為轍叉使用壽命的提高奠定了基礎。

1)采用雙咽喉結構(見圖4)，可增大翼軌承載面積5%，縮短轍叉有害空間距離50%，減輕或延緩轍叉的磨耗。另外，可減小逆向進岔沖擊角，提高轍叉的整體使用壽命。

2)輪載轉移低動力優化技術。

合理設置轍叉輪載轉移點位置，使其位于心軌頂寬20 mm～30 mm之間，使心、翼軌的受力更為合理。車輪踏面光帶良好，提高行車平順性，減少對轍叉的沖擊和磨耗(見圖5)。

3)轍叉咽喉部位作為合金鋼翼軌頂面堆高的起點，按單獨承受輪載考慮，該頂面寬度設計為40 mm(此寬度是比對心軌40 mm斷面已單獨開始承受輪載而定)，該設計雖增大了合金鋼材料的用量，但增強了轍叉有害空間部位翼軌的受力狀況，同時減小了翼軌的頂彎角度。該技術為國內鑲嵌式轍叉首次使用(如圖6所示)。

4)為增強心軌與叉跟軌結合部位的強度及穩定性，最大程度利用合金鋼材料良好的機械性能，本次設計該心軌間隔鐵和叉跟軌底面處于同一平面，大大增強了轍叉的穩定性(如圖7所示)。

5 上道使用情況

75-12合金鋼組合轍叉2014年5月22日鋪設于神華集團神朔鐵路分公司神木—朔州段的南坡底站15號岔位。該站僅用于冬季列車融雪用，平時列車以最高速度通過，轍叉運營環境惡劣。該轍叉到目前運營約8個月，通過總重約2億t，狀態良好。

6 結語

轍叉的上道使用，降低了設備更換頻率和養護維修工作量。由于轍叉上道時間較短，后期繼續關注其使用狀況，從結構和材料兩方面做好產品的優化改進工作，延長轍叉使用壽命。

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The heavy haul railway 75 kg/m rail No.12 alloy steel composite frog design

Zhang Chunyu

(ChinaRailwayBaojiBridgeGroupCo.,Ltd,Baoji721006,China)

According to the operation condition of the Shen-Shuo heavy haul railways, key technologies for optimization of material selection and structural design are presented, and the integral rail-bound alloy steel frog structure is used, to improve the overall performance of frog, to meet the use requirements of overload.

heavy haul railways， turnout， the integral rail-bound alloy steel， frog

2015-01-12

張春雨(1975- )，男，工程師

1009-6825(2015)09-0132-02

U239.4

A