60AT1做長心軌的固定型合金鋼轍叉設計

鄭 會 鋒

(中鐵寶橋集團有限公司，陜西 寶雞 721006)

1 概述

合金鋼轍叉以適應無縫線路、使用壽命長、維護方便、運營成本低等特點，成為鐵路轍叉產品發展的重要方向之一，普遍在鐵路軌道和城市軌道交通線路使用。隨著鐵路運輸事業快速發展的需求及目前國內外鐵路道岔市場的發展趨勢，60 kg/m，60AT1合金鋼鋼軌也得到了各大鋼廠的研制且已在鐵路線路使用，利用既有軌型新材料進行合金鋼轍叉設計，以減少加工難度，縮短生產制造周期，降低合金鋼轍叉生產制造成本，為用戶提供性價比高的鐵路軌道產品，成為軌道裝備研制企業追求的目標。

目前轍叉設計制造中，AT鋼軌主要作為可動心軌轍叉的長心軌和短心軌在使用，而未在固定型組合轍叉使用，目前研制出的60AT1合金鋼鋼軌其性能優于既有的U75 V在線熱處理鋼軌，隨著鋼軌性能的提升可考慮采用60AT1作為心軌在固定型轍叉上使用。

2 60 kg/m鋼軌12號合金鋼鋼軌組合轍叉的設計

2.1 設計原則

1)可直接與既有道岔的高錳鋼轍叉、合金鋼轍叉互換使用。

2)扣件采用60 kg/m鋼軌彈條Ⅱ型扣件。

3)適應無縫線路。

4)延長轍叉使用壽命、減少養護維修工作量，滿足運營要求。

2.2 結構設計

合金鋼鋼軌組合轍叉由長心軌、短心軌和翼軌等主要部件組成，通過間隔鐵和高強度螺栓連接而成，采用防轉鋼軌墊圈和防轉片防止螺栓松動。轍叉零部件結構如圖1所示。

1)長心軌采用60AT1合金鋼鋼軌制造，跟端壓型成60 kg/m標準鋼軌斷面，便于線路鋼軌連接。理論尖端借鑒工聯岔、客專道岔長心軌尖端結構的設計思路，在轍叉理論尖端處鋼軌軌頭中心線偏移理論尖端6 mm，避免非對稱斷面鋼軌偏心。2)優化了心軌頂面廓形和心翼軌高差，最大限度提高輪軌匹配性。3)長心軌與短心軌采用1∶8斜度配合，并采取藏尖式結構設計，避免撞尖及保持結構穩定性。4)短心軌采用60 kg/m在線熱處理鋼軌制造，避免跟端壓型。5)翼軌采用60 kg/m合金鋼鋼軌制造，實現翼軌易磨損部位合金化，提高翼軌性能和耐磨性。左右側翼軌對稱設計，翼軌跟端開口位置，滿足交叉渡線護軌設置。6)采用高強度螺栓將短心軌與長心軌連接在一起，連接螺栓的數量及緊固扭矩能保持部件處于穩定狀態，在溫度力作用下，確保轍叉在無縫線路使用時的結構穩定。7)60AT1長心軌理論尖端處設置橫向高強度螺栓連接，兩側均設置三孔間隔鐵提高轍叉心軌整體剛度，使車輪沖擊心軌時保持轍叉結構穩定，避免產生螺栓松動、剪斷等病害。8)螺栓采用鋼軌墊圈防轉片結構防止螺栓松動，且便于現場拆卸維護。

3 檢算分析

3.1 轍叉平順性分析

3.2 轍叉強度檢算

通過有限元計算模型，對轍叉輪軌接觸、長心軌、間隔鐵、螺栓等零部件檢算分析，轍叉和各零部件結構滿足線路使用要求。

3.3 長心軌前端穩定性分析

長心軌理論尖端處的間隔鐵與心軌軌腰接觸面為豎直平面，豎向力傳遞主要靠摩擦力，摩擦力不足逆向行車時，易使螺栓松動和受剪。通過計算，該處設置三根螺栓連接滿足心軌豎向承載的要求。

3.4 無縫線路適應性分析

通過建立無縫道岔的有限元計算模型，經過計算軌溫變化幅度55 ℃時各軌件的溫度力及位移，結果表明，60 kg/m鋼軌12號合金鋼鋼軌組合轍叉在溫度變化時結構穩定，可以滿足無縫道岔的使用要求。

4 結語

60AT1鋼軌做長心軌的合金鋼組合轍叉，采用了標準斷面和特種斷面的合金鋼鋼軌制造，結構較既有合金鋼組合轍叉結構簡單，零部件加工方便，轍叉生產制造周期短。通過設計、檢算、制造及試鋪，完成了轍叉研制，后續結合上道驗證情況，持續優化改進，提升轍叉品質，延長轍叉使用壽命。另外，合金鋼鋼軌與線路U75 V鋼軌焊接為異種材料焊接，需不斷進行焊接工藝的改進，提高合格率減少病害，更好的促進合金鋼鋼軌的應用。