道岔尖/心軌加工廓形檢驗基準及偏差取值

趙振華 王樹國 王璞

（1.鐵科（北京）軌道裝備技術有限公司，北京 102200；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081）

道岔區輪軌關系直接影響高速行車平穩性，道岔尖/心軌機加工廓形決定了輪載過渡范圍的輪軌匹配關系，是道岔設計、制造和鋪設過程中的關鍵控制參數［1］。因此，TB/T 3307.1—2014《高速鐵路道岔制造技術條件第1 部分：制造與組裝》［2］對道岔尖/心軌廓形偏差進行了較為嚴格的規定，要求在道岔生產過程中對尖/心軌廓形進行詳細檢查與控制。由于未規定廓形檢測基準和檢測范圍，廓形檢測在實踐過程中仍存在較大爭議，廓形極限偏差也有待進一步商榷。

針對此問題，本文開展了系統的廓形測試，基于大量廓形檢測數據的統計、對比和趨勢分析，對高速鐵路道岔尖/心軌廓形檢測方法及極限偏差進行了研究，為標準條款的制定和修訂提供參考，為不同速度等級的尖/心軌廓形加工提供更合理的指導。

1 既有廓形檢驗方法及存在的問題

在高速鐵路道岔生產過程中，軌件廓形檢測屬于過程檢驗。采用抽檢方式，軌件抽樣比例約占各類型軌件總量的5%。目前廓形檢測主要針對處于輪載轉換區域的尖/心軌特征斷面進行。以客運專線系列道岔為例，尖/心軌廓形檢測特征斷面見表1。

表1 不同型號的客運專線道岔尖/心軌廓形檢測特征斷面

采集廓形數據時，根據圖紙所示尺寸，利用卷尺確定軌件上特征斷面的位置，用鋼軌廓形測量儀進行數據采集。基于尖/心軌在工廠內的存儲條件，不能保證所有采集斷面的y軸與水平面處于垂直狀態。因此，后期數據處理時，部分廓形要進行旋轉才能具備檢測條件。此外，各制造企業和質量監督單位對廓形檢測基準、檢測范圍的理解也存在差異［3］。

2 廓形檢測基準及檢測范圍

2.1 廓形檢測基準

針對廓形檢測中存在的問題，提出了中點基準和工作邊基準2 種廓形偏差檢測基準，并分別確定了采用這2種基準進行廓形檢測的方法，見圖1、圖2。

1）中點基準

首先確定實測廓形最高點并過最高點做水平線，將水平線向下偏移16 mm；將水平線用實測廓形剪切并保留實測廓形工作邊和非工作邊的部分，得到實測廓形參考線。采用相同的方法得到設計廓形參考線。

圖1 廓形檢測基準（單位：mm）

圖2 廓形檢測方法（單位：mm）

將實測廓形參考線與設計廓形參考線的中點對齊，檢測實測廓形和設計廓形的最大偏差值。實測廓形凸出設計廓形時偏差為正，反之為負。

2）工作邊基準

采用上述方法得到實測廓形參考線和設計廓形參考線后，將參考線與工作邊的交點對齊，檢測實測廓形和設計廓形的最大偏差值。

2.2 廓形檢測范圍

文獻［4-5］規定，高速鐵路鋼軌廓形打磨面的最大寬度為軌頂圓弧范圍。文獻［6］規定，鋼軌打磨廓形和目標廓形的分析比對方法為：在y-z坐標系內以軌頂切線為基準（實測廓形不旋轉），實際廓形與目標廓形在軌頂最高點處上下對齊、在Z-16處左右對齊（Z-16為最高點向下16 mm 處），廓形驗收范圍為鋼軌軌頭橫向-25～32 mm。

綜上，建議將道岔尖/心軌廓形檢測范圍定義為廓形最高點至軌肩R13 圓弧終點。考慮到各特征斷面R13圓弧終點與廓形最高點距離不同，為便于檢測，將廓形檢測范圍終點與最高點距離確定為16 mm，即實測廓形與設計廓形參考線位置處，見圖3。

圖3 廓形檢測范圍（單位：mm）

3 尖/心軌廓形偏差分布及分析

尖/心軌前端呈尖型，分別與相應的基本軌/翼軌配合，引導車輪從基本軌/翼軌過渡至尖/心軌，需要進行軌頭加工的區域為尖/心軌尖端到尖/心軌整軌頭斷面。以尖軌為例，加工區域如圖4 所示。軌頭加工采用分步驟加工的方式，一般按照非工作邊→工作邊→軌頂的順序，其中工作邊加工和軌頂加工的工序會在尖軌工作面接刀。

圖4 尖軌加工區域

為確定既有尖/心軌廓形偏差分布，以客運專線道岔為例，采用國內4 家主要的道岔制造企業（分別用A 廠—D 廠表示）近期生產的尖/心軌實測廓形數據進行統計分析。

3.1 尖/心軌廓形偏差分布

采集尖軌廓形共329 個，分別以中點基準和工作邊基準進行檢測，得到廓形偏差分布見表2。

表2 4家制造企業尖軌廓形偏差分布

心軌左右側均為工作邊，均須進行檢測。檢測完成后，取同一廓形兩側偏差中的較大值作為該廓形的偏差。采集心軌廓形335 個，分別以中點基準和工作邊基準進行檢測，得到廓形偏差分布見表3。

表3 4家制造企業心軌廓形偏差分布

3.2 尖/心軌廓形合格率

根據TB/T 3307.1—2014進行評估，得出4家制造企業的尖/心軌廓形合格率，見表4。可以看出，各制造企業生產的尖/心軌廓形合格率普遍較低。分步加工的工藝是尖/心軌廓形合格率低的原因之一［7］，但目前行業內尚無更好的加工工藝。

表4 4家制造企業尖/心軌廓形合格率

4 尖/心軌廓形合理公差取值及檢測基準探討

4.1 廓形公差取值探討

TB/T 3307.1—2014 規定，尖/心軌機加工區域廓形和設計廓形的偏差不應大于0.2 mm。尖/心軌非機加工區域與廓形相關的形狀公差為軌冠飽滿度。TB/T 3109—2013《鐵路道岔用非對稱斷面鋼軌》［8］按線路速度等級對軌頭飽滿度公差值進行了規定：運行速度小于200 km/h 時為±0.6 mm；運行速度大于等于200 km/h時為+0.6，-0.3 mm。其中正公差為凸出，負公差為凹入。

現場調研表明，引起晃車的廓形偏差在15 mm 斷面為+1.6 mm，在35 mm 斷面為+1.9 mm，在40 mm 斷面為+2.7 mm，均遠大于0.2 mm。

根據現場調研情況和生產現狀，建議參考尖/心軌非機加工區域軌冠飽滿度公差，按線路速度等級對尖/心軌機加工區域廓形公差進行規定：運行速度小于200 km/h 時取0.6 mm；運行速度大于等于200 km/h 時取0.3 mm。

4.2 廓形檢測基準選取

對廓形公差值取0.20，0.25，0.30，0.35，0.40 mm時的尖/心軌廓形合格率進行統計，見圖5。

圖5 不同廓形檢測基準下尖/心軌廓形合格率

由圖5可知：在廓形公差取值較小的情況下，不同的檢測基準對尖軌廓形合格率有較大影響，以中點基準進行檢測時，軌頭寬度公差會對廓形公差產生影響；隨著公差取值的增加，2 種基準對應的尖軌合格率不斷接近；公差取值為0.3 mm 時，2 種基準下尖軌合格率僅相差6%，工作邊基準合格率高于中點基準；不同的檢測基準對心軌合格率無明顯影響。

綜上，為避免軌頭寬度尺寸對廓形檢測產生影響，建議尖軌廓形檢測時采用工作邊基準。為避免心軌加工偏中，建議心軌廓形檢測時采用中點基準。

5 結論與建議

本文提出了2 種道岔尖/心軌廓形檢驗基準，給出了2 種基準下的廓形檢測范圍，并對國內4 家道岔制造企業近期生產的客專線系列道岔進行了廓形偏差數據的統計分析。

結合現場調研情況和尖/心軌生產現狀，建議參考尖/心軌非機加工區域軌冠飽滿度公差，按線路速度等級規定尖/心軌機加工區域廓形公差：運行速度小于200 km/h 時取0.6 mm，運行速度大于等于200 km/h 時取0.3 mm。為避免軌頭寬度對廓形偏差產生影響，建議尖軌廓形檢測采用工作邊基準；為避免心軌加工偏中，建議心軌廓形檢測采用中點基準。

下一步工作擬針對不同速度等級的道岔尖/心軌廓形進行動力學仿真，根據仿真結果選取現場試驗道岔進行跟蹤觀測，根據觀測結果進一步優化廓形公差取值。