川藏鐵路道岔關(guān)鍵技術(shù)的研究

王 阿 利

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

1 研究背景

川藏鐵路由成都平原經(jīng)川西高原、藏東高原至拉薩，海拔由500 m急劇攀升至近5 000 m，所經(jīng)過地區(qū)地質(zhì)及氣候條件極其復(fù)雜，氣候寒冷、缺氧、晝夜溫差可達(dá)30 ℃以上，常年凍土、崩塌、滑坡、泥石流、地震頻發(fā)等災(zāi)害嚴(yán)重，與我國(guó)已建成的鐵路相比，具有地勢(shì)起伏大、地質(zhì)條件和氣候環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn)。道岔是直接影響行車安全性和平穩(wěn)性的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和鐵路技術(shù)裝備，是整個(gè)軌道系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)之一，它的設(shè)計(jì)、制造及鋪設(shè)技術(shù)水平直接影響著列車運(yùn)行的安全性和旅客乘坐的舒適性。為此，很有必要研究川藏鐵路復(fù)雜環(huán)境及線路條件下道岔的關(guān)鍵技術(shù)，以確保道岔在惡劣環(huán)境下能夠安全運(yùn)行。

2 延長(zhǎng)關(guān)鍵零部件服役壽命的研究

2.1 延長(zhǎng)曲線尖軌服役壽命

列車逆向進(jìn)岔通過道岔側(cè)股時(shí)，由于慣性力及離心力作用，對(duì)曲線尖軌磨耗較為嚴(yán)重。為提高曲線尖軌的服役壽命，從四個(gè)方面采取優(yōu)化措施：第一，優(yōu)化道岔平面線型，盡可能采取較大的導(dǎo)曲線半徑，能有效降低列車對(duì)曲線尖軌的沖擊，減緩側(cè)向磨耗。第二，優(yōu)化曲線尖軌結(jié)構(gòu)，增大前端薄弱小截面的軌頭寬度，在直基本軌與曲線尖軌密貼范圍內(nèi)，對(duì)尖軌軌頭進(jìn)行加寬設(shè)計(jì)，采用水平藏尖式尖軌結(jié)構(gòu)(見圖1)，通過銑削基本軌工作邊，以加粗尖軌非工作邊，對(duì)延長(zhǎng)尖軌的服役壽命效果顯著。第三，從材質(zhì)上改善，曲線尖軌采用耐磨性能較好的合金鋼鋼軌或在線熱處理鋼軌，有利于減緩尖軌磨耗。第四，優(yōu)化制造工藝，對(duì)尖軌采用激光熔覆技術(shù)，能夠提高表面耐磨性，減小尖軌表面磨耗深度和接觸疲勞因子，并提高其表層的抗疲勞性能[1]。

2.2 延長(zhǎng)轍叉服役壽命

根據(jù)青藏線玉珠峰站高錳鋼轍叉心軌、翼軌剝落掉塊問題，對(duì)轍叉問題進(jìn)行了深刻的分析研究，主要原因是輪載轉(zhuǎn)移的復(fù)雜性、固定型轍叉受力條件的苛刻性等因素造成，從四個(gè)方面采取改進(jìn)措施：第一，優(yōu)化固定型轍叉結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)翼軌、心軌沖擊較大部位的結(jié)構(gòu)和材料強(qiáng)度，采用嵌入式高錳鋼組合轍叉、鑲嵌翼軌式合金鋼組合轍叉、鍛造高錳鋼組合轍叉等。第二，優(yōu)化固定型轍叉制造工藝，采用爆炸硬化方式提高轍叉關(guān)鍵部位硬度。第三，優(yōu)化高錳鋼轍叉材料成分，增加微量合金元素，增大材料強(qiáng)度。第四，采用可動(dòng)心軌轍叉，為列車過岔提供連續(xù)的運(yùn)行條件，避免固定型轍叉因有害空間而加劇輪軌的沖擊。

3 扣件穩(wěn)定性的研究

3.1 岔區(qū)采用彈性扣件

為提高扣件的扣壓力、防爬阻力，確保電務(wù)轉(zhuǎn)換設(shè)備在溫度變化幅度較大情況下能夠正常伸縮和轉(zhuǎn)換，一方面采用加強(qiáng)型Ⅱ型彈條(見圖2)，該彈條采用φ15 mm熱軋彈簧鋼，單個(gè)彈條扣壓力不小于12 kN，相對(duì)普通Ⅱ型彈條增大扣壓力，能夠增強(qiáng)道岔零部件的穩(wěn)定性和抗衡溫度變化能力。另一方面，在尖軌跟端空間狹小部位采用窄型彈條(如圖3所示)扣壓基本軌內(nèi)側(cè)，實(shí)現(xiàn)岔區(qū)內(nèi)全部彈性扣壓，較剛性扣壓更加穩(wěn)定可靠[2]。

3.2 滑床板、護(hù)軌墊板采用楔形調(diào)整彈片式扣件

滑床板(如圖4所示)、護(hù)軌墊板(如圖5所示)采用楔形調(diào)整彈片式扣件，屬專利技術(shù)，它解決了國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期困擾鐵路提速后軌道扣壓的彈性扣壓元件長(zhǎng)期持續(xù)受壓、易疲勞斷裂的共性技術(shù)難題，近年在我國(guó)時(shí)速200 km道岔中大面積應(yīng)用，其基本軌外側(cè)采用彈條扣壓，內(nèi)側(cè)采用楔形調(diào)整彈片式扣件，使得基本軌內(nèi)、外側(cè)軌肢均實(shí)現(xiàn)了彈性可靠扣壓，提高列車過岔的安全性。

楔形調(diào)整彈片式扣件的滑床臺(tái)內(nèi)腔設(shè)計(jì)有支撐凸臺(tái)和限位凸臺(tái)(見圖6)，從尾部槽口裝入彈片、楔形定位塊后，彈片中部與支撐凸臺(tái)接觸受壓彎曲，在軌肢產(chǎn)生扣壓力，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)下彈性扣壓功能；列車通過時(shí)，在輪軌橫向力作用下，鋼軌外翻帶動(dòng)彈片與限位凸臺(tái)接觸，限位凸臺(tái)在限制彈片產(chǎn)生過大變形量的同時(shí)，再次增加對(duì)軌肢的扣壓力，防止軌件爬行；列車通過后，橫向力消失，鋼軌恢復(fù)原狀，彈片與限位凸臺(tái)不再接觸，彈片承受的壓力減小，間接增加彈片強(qiáng)度儲(chǔ)備，延長(zhǎng)其壽命，解決了彈性元件一直處于受壓狀態(tài)、動(dòng)態(tài)下過變形易疲勞斷裂的共性技術(shù)難題。

3.3 設(shè)置防爬軌撐

為抵御基本軌因溫度力引起的縱向爬行和外傾，基本軌外側(cè)間隔設(shè)置防爬軌撐(見圖7)，通過螺栓與基本軌連接，并通過兩側(cè)板限制墊板移動(dòng)，墊板通過岔枕螺栓與岔枕連接，從而使得基本軌、墊板和岔枕組成一個(gè)整體，限制了基本軌的縱向滑移，保證了道岔的穩(wěn)定性。

3.4 軌下、板下彈性墊板采用三元乙丙橡膠

三元乙丙橡膠(EPDM)是乙烯、丙烯以及非共軛二烯烴的三元共聚物，屬于聚烯烴家族，在所有橡膠當(dāng)中EPDM具有最低的比重、極好的硫化特性，有耐氧化、抗臭氧和抗侵蝕的能力，而且具有較高的拉伸強(qiáng)度、良好的耐候性能，應(yīng)用于鐵路道岔的軌下、板下彈性墊板的生產(chǎn)制造，能夠在嚴(yán)寒地區(qū)軌道扣件系統(tǒng)中仍具有良好的彈性性能。

4 減小尖軌電務(wù)轉(zhuǎn)換力的研究

從四個(gè)方面采取措施：第一，尖軌盡可能選取剛度較小的軌型，如60AT2鋼軌。第二，尖軌跟端采用彈性可彎式，將固定端前部的軌肢銑削一定長(zhǎng)度，降低尖軌自身剛度。第三，在尖軌轉(zhuǎn)換扳動(dòng)區(qū)段間隔設(shè)置帶偏心輥軸的輥輪滑床板(見圖8)，通過旋轉(zhuǎn)輥軸調(diào)整輥輪高度，將電務(wù)轉(zhuǎn)換過程中尖軌軌底與滑床臺(tái)表面的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，充分發(fā)揮輥輪優(yōu)勢(shì)，較大程度減小轉(zhuǎn)換阻力，提高了轉(zhuǎn)換的安全可靠性[3]。第四，滑床臺(tái)表面進(jìn)行減摩處理，避免日常在滑床臺(tái)表面涂油，較大幅度減小了線路維護(hù)人員的工作量，同時(shí)避免涂油加快非金屬?gòu)椥詨|板的老化和對(duì)線路環(huán)境的污染問題。

5 道岔工電接口防護(hù)的研究

針對(duì)牽引點(diǎn)處電務(wù)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)因外露而存在尖軌、心軌轉(zhuǎn)換卡阻的安全問題，開發(fā)防護(hù)電務(wù)的整體式岔枕系統(tǒng)(見圖9)，將常規(guī)的牽引點(diǎn)前、后2根電務(wù)混凝土岔枕合并為1根帶底部結(jié)構(gòu)的整體式電務(wù)專用混凝土岔枕，以增大岔枕自身的剛度及與道砟的摩擦力，同時(shí)能夠?qū)⒌理呐欧旁跔恳c(diǎn)以外的區(qū)域，避免了牽引點(diǎn)處道砟日常搗固，能夠?yàn)榈啦磙D(zhuǎn)換提供較好的穩(wěn)定性；同時(shí)在電務(wù)岔枕上設(shè)置防護(hù)裝置，為電務(wù)轉(zhuǎn)換桿件提供一個(gè)整潔、寬敞、溫暖的工作環(huán)境，避免異物堵塞和高寒氣候環(huán)境下冰雪封凍轉(zhuǎn)換桿件，確保電務(wù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)正常工作，提高道岔電務(wù)轉(zhuǎn)換的安全可靠性。

6 道岔少維護(hù)的研究

川藏鐵路的高原缺氧環(huán)境，使得道岔維護(hù)人員工作特別艱難，因此在道岔設(shè)計(jì)和制造中應(yīng)能夠減少零部件的維護(hù)頻次，采用先進(jìn)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，降低維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

6.1 頂鐵、間隔鐵、防跳卡鐵等零件預(yù)留融雪接口

考慮川藏鐵路氣候嚴(yán)寒，道岔鋼軌軌腰需要安裝加強(qiáng)型融雪加熱條，必要時(shí)通過電加熱融化消除道岔零部件中的積雪、冰塊等雜物，避免人工清理。為此，與鋼軌加強(qiáng)型融雪加熱條裝配的頂鐵、間隔鐵、防跳卡鐵等零件需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中預(yù)留加熱條安裝空間，確保道岔融雪系統(tǒng)能夠安裝應(yīng)用。

6.2 螺栓設(shè)置機(jī)械防松機(jī)構(gòu)

道岔長(zhǎng)期受列車過岔的沖擊振動(dòng)，螺栓、螺母在使用過程中因劇烈振動(dòng)而松動(dòng)或脫落，給線路養(yǎng)護(hù)維修帶來很大的工作量，并影響到行車安全。為減少維護(hù)人員養(yǎng)護(hù)連接件的勞動(dòng)量，岔區(qū)垂直螺栓采用具有防松功能的施必牢蓋型全螺紋鎖緊螺母；限位器、間隔鐵的水平螺栓設(shè)置帶有內(nèi)十二邊形的機(jī)械防松機(jī)構(gòu)(見圖10)，與螺栓或螺母通過安裝配合關(guān)系，限制螺栓或螺母松動(dòng)，提高了道岔零部件的安全性。頂鐵用水平螺栓采用鋼軌墊圈+防轉(zhuǎn)片+開口銷的防松機(jī)構(gòu)(見圖11)，便于頂鐵在裝配和使用過程中拆解、安裝。對(duì)于單獨(dú)的螺栓，在螺栓處增加單孔防轉(zhuǎn)鋼軌墊圈(見圖12)，安裝簡(jiǎn)單，防轉(zhuǎn)安全可靠，易于操作。

6.3 零部件采取防銹蝕措施

為避免或減少零部件的銹蝕損壞，減少道岔養(yǎng)護(hù)維修工作量，有必要對(duì)道岔零部件采取防銹蝕處理，鋼軌件外表面均勻涂覆防銹漆，墊板采用靜電噴涂或石墨烯復(fù)合材料涂覆，螺栓、螺母、彈條等緊固件采用多元滲層防銹處理或“達(dá)克羅+封閉”處理,彈片采用電泳防銹處理，軌距塊、拉桿、連桿、接頭鐵、銷釘、銷軸采用電鍍鋅處理。

6.4 遠(yuǎn)程監(jiān)控

川藏鐵路大多處于高原缺氧環(huán)境，沿途人員稀少，很多道岔處于無人值守站，如果道岔能夠利用高科技智能產(chǎn)品，通過安裝遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備，可以隨時(shí)遠(yuǎn)程查重道岔應(yīng)用狀況，一旦出現(xiàn)質(zhì)量隱患，監(jiān)控設(shè)備就會(huì)在第一時(shí)間報(bào)警顯示故障信息，那么道岔的維護(hù)就科學(xué)先進(jìn)許多、便捷許多。

7 結(jié)語(yǔ)

本文研究了川藏鐵路道岔的關(guān)鍵技術(shù)，為延長(zhǎng)關(guān)鍵零部件服役壽命，對(duì)曲線尖軌優(yōu)化道岔平面線型和尖軌小斷面結(jié)構(gòu)、選用耐磨鋼軌、采用激光熔覆技術(shù)，對(duì)轍叉優(yōu)化結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、制造工藝；為增強(qiáng)扣件穩(wěn)定性，岔區(qū)采用彈性扣件，滑床板和護(hù)軌墊板采用楔形調(diào)整彈片式扣件，基本軌設(shè)置防爬軌撐裝置，彈性墊板采用三元乙丙橡膠高分子材料；為減小尖軌轉(zhuǎn)換力，選取剛度較小的軌型、跟端采用彈性可彎結(jié)構(gòu)，設(shè)置輥輪滑床板、滑床臺(tái)減摩處理；為減小道岔日常維護(hù)，頂鐵、間隔鐵、防跳卡鐵預(yù)留融雪加熱條安裝空間，螺栓設(shè)置防松功能，零部件防銹蝕處理，道岔設(shè)置遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備。期望通過該研究，能對(duì)川藏鐵路道岔研制提供參考，能為減小川藏鐵路道岔維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度盡綿薄之力。