高速鐵路特殊岔枕模具設計

段兆慧

(中鐵十四局集團房橋有限公司，北京 102400)

1 概述

道岔是一種使機車車輛從一股道轉入另一股道的線路連接設備，也是軌道的薄弱環節之一，道岔結構的質量和狀態直接影響著整個高速鐵路列車運行的安全性、平穩性和舒適性。高速岔枕是高速鐵路道岔結構的重要組成部分，其尺寸精度以及預埋件定位精度對整個道岔系統的質量以及系統功能的發揮影響較大[1]。高速鐵路無砟軌道埋入式岔枕生產采用長線模臺法，其模具長度通常為70～100 m，生產工藝相對成熟[2]，模具精度能達到產品生產要求；但是對于特殊位置岔枕，比如牽引點部位岔枕及安裝密貼檢查器岔枕，由于側模殼體為全線封閉整體設計，對于側面預埋件的定位難以控制，費時費力，且精度不能完全保證。為滿足特殊部位岔枕側面預埋件精確定位需求，需要進行高速鐵路特殊岔枕模具設計。

2 模具設計過程

結合特殊岔枕預埋件位置以及岔枕張拉力值大小和張拉工藝要求，分別從模具預埋預留方式、張拉力承載方式和預應力放松方式方面進行特殊模具結構設計。由于特殊岔枕總體數量少，該岔枕專用模具選用短模具形式。

2.1 預埋件定位形式

特殊岔枕包括牽引點部位岔枕和安裝密貼檢查器岔枕，其特殊在于預埋件位置設置在岔枕側面，預埋結構均為預埋螺母形式。根據側面預埋件位置，在模具殼體側面開設預留定位孔，通過定位螺栓定位方式，進行預埋螺母精確定位。同時通過調位墊片調整預埋螺母定位螺栓方向，以保證預埋件的位置和方向準確定位。

根據岔枕長度和預埋螺母間距特點，模具總長度約為10 m，采用可換底模形式，每條模具內可生產2根4 m以上長岔枕或者3根3 m以下短岔枕。根據岔枕側面預埋件位置模具設計可分為單截面和雙截面兩種(如圖1所示)。為便于岔枕側面預埋螺母的安裝與拆卸，雙截面模具預埋件定位裝置設于模具外側；單截面形式預埋件定位裝置可設于模具兩側。

圖1 岔枕模具及反力架斷面圖(單位：mm)

2.2 張拉力承載方式

2.2.1 結構設計

長線法預應力由張拉臺座承擔[3]，反力臺座基礎施工難度大、投入高且所用生產線位置固定；而采用機組流水法由模具本身承載張拉力，模具容易變形，使得岔枕質量控制難度增大，因此特殊模具設計為內部模具殼體與外部受力框架分離、由反力柱框架承載張拉力的張拉承載結構形式，其具體布置見圖1。

2.2.2 結構受力檢算

為考慮與無側孔預埋件的雙截面無砟岔枕模具共用反立柱結構，張拉反力柱框架承載能力要滿足最大張拉力要求。

通過結構檢算，可見采用整體框架反立柱受力模式，可以滿足岔枕生產張拉受力要求。

2.3 預應力放松方式

為適用于特殊岔枕單根張拉和整體放張工藝要求，同時便于放張設備在短模之間可以靈活移動的需求，應進行模具的放張結構設計。

2.3.1 張拉反力框架端梁結構

如果放張方式采取活動端梁結構如圖2所示，需要在活動端梁與張拉反力柱之間設機械鎖緊螺母，放張時，人工采用機械扳手放松機械鎖緊螺母方式，使活動端梁回縮移動至預應力筋放松。但是，對于張拉力較大的岔枕無法采用人工放張，因此張拉反力框架采用固定端梁結構，如圖3所示。

固定端梁張拉反力框架結構，采用固定端梁與張拉盒相結合的模式，在放張端，將張拉盒與機械鎖緊螺母分別設置在框架固定端梁的內外兩側，通過張拉絲杠連接。放張時，通過張拉放張機或者液壓扭力扳手放松張拉盒進行預應力放張操作。

圖2 活動端梁與機械鎖緊螺母放張結構

圖3 固定端梁與張拉盒及機械鎖緊螺母

2.3.2 放張設備選擇

采用機組流水放張方式的放張機，雖然通過張拉放張機的千斤頂張拉到不大于設計張拉力的某值，進行機械螺母的放松，可以實現大力值的放張，但是由于放張機體積大占用空間，而且短模之間移動需要行車吊運不夠便捷且存在安全隱患。液壓扭力扳手進行岔枕放張時，通過扭力扳手直接使螺母反向旋轉達到放松預應力鋼絲的目的，放張過程不需要再次張拉，不但滿足大力值的放張需求，同時由于其尺寸小巧，無須大型設備吊運便可以在模具間靈活移動，可大大降低安全隱患，因此，選擇液壓扭力扳手放張設備。

2.4 模具總體結構

綜上所述，帶側孔預埋件的專用岔枕模具由保證岔枕尺寸的模具殼體，與殼體分離單獨承載張拉力的反力柱框架以及張拉和放張裝置組成，根據需要殼體可為單截面和雙截面兩種不同形式，在殼體側面增加預埋件定位裝置，如圖4所示。

圖4 模具總體結構示意圖

3 專用模具試制產品檢驗

模具設計制作后，進行了產品試制，并且對產品進行了全面質量檢查。檢測項目包括外觀質量、各部尺寸、鋼筋焊接質量、缺絲、表面裂紋、混凝土28 d抗壓強度、混凝土28 d彈性模量、預埋套管抗拔力、桁架筋鋼筋焊接點抗拉強度、靜載抗裂強度，所檢項目均符合《鐵路岔區軌枕埋入式無砟軌道混凝土岔枕》(TB/T3297-2013)的要求，所檢產品均滿足設計要求。

4 結束語

通過對模具結構進行特殊設計，不僅岔枕預埋件精確定位問題得以解決，同時可以實現單根張拉和整體放張的工藝要求，避免模具受力變形，產品質量得到更好保障，為同類型產品生產積累了經驗。