高速道岔制造與應用常見問題分析及措施

馮 毅

(中鐵寶橋集團有限公司，陜西 寶雞 721006)

1 概述

道岔是鐵路線路的交叉點及薄弱環節，因其結構與輪軌界面的關系復雜，是影響行車平穩性與安全性的關鍵基礎設施。同時，道岔集成了軌道系統的各類結構部件與技術特征，也集中體現了一個國家鐵道工程行業的技術水平。自主研發高速道岔通過十余年來的安全運營，驗證了其在關鍵結構、制造工藝、維護技術等方面的合理性，為進一步在制造與維護方面的優化提升積累了寶貴經驗，但在細節方面還存在一定的提升空間。本文結合高速道岔多年來上道運營的常見問題，針對其形成的原理進行了分析論證并提出優化措施。

2 高速道岔影響列車通過平順性的常見問題及措施

高速鐵路必須有高平順性的軌道和道岔，分析高速道岔平順性的影響類型并制定控制措施,是工務工作始終面對的關鍵技術問題，也是貫穿于高速道岔設計、制造、鋪設、養護等各個環節中的最為重要的指導思想。自主研發高速道岔自投入運營以來，通過現場調研發現岔區存在多類型的不平順，主要有幾下幾個方面。

2.1 尖軌或心軌的軌頂輪廓不良造成接觸不平順

列車通過道岔區過程中，因鋼軌輪廓不良而引起接觸點的變化，形成了輪軌接觸不平順，也是造成行車過程“蛇行運動”的激勵源，其最直觀的反應就是軌頂光帶異常。

部分高速道岔上道運營后出現局部晃車，軌頂面出現光帶的反復變化或形成了雙光帶(如圖1,圖2所示)，尤其在轉轍器尖軌或轍叉心軌范圍內較為常見，這是由于軌頂輪廓不良，導致輪軌接觸點的反復變化造成的。

造成高速道岔尖軌或心軌軌頂輪軌接觸不良，是多方面因素共同作用形成的，主要從以下幾個方面分析其成因及措施：

1)尖軌與心軌在制造和檢驗過程中，未正確理解軌頂輪廓的設計要求。

在自主研發高速道岔的研制初期，國內部分道岔制造企業未正確理解道岔設置“軌頂坡”的設計要求，錯誤地認為尖軌與心軌的軌頂坡是1∶40的斜平面與軌頂面多段圓弧相切而形成的軌頂“帽形”，進而設計了不合理的軌頂輪廓仿形銑刀刀具進行加工(見圖3)，雖然后期逐步演化為通長60AT2鋼軌的軌冠輪廓，但仍與理論設計要求存在差異。由此造成了行車過程中列車輪對通過道岔尖軌與心軌范圍時，形成了輪軌的接觸不良，造成光帶異常和晃車。

解決的措施：高速道岔的尖軌、心軌均采用60AT2鋼軌加工，其軌頭輪廓與基本軌的60 kg/m鋼軌軌頭輪廓存在一定差異，為保證列車輪對通過轉轍器尖軌或轍叉心軌過程中同一輪對的兩輪具有相同的行車條件，即理論狀態下輪對的兩側輪軌接觸的軌面“廓形”相同(如圖4所示)，從刀具設計與制造檢驗方面確保軌頂接觸輪廓的合理性。

2)軌頂輪廓的加工與制造工藝不合理，形成了輪廓加工的接刀不平順。

高速道岔研制初期，尖軌與長心軌的軌頂輪廓加工采取“先數控銑削，后刨削接刀”的方式，即在跟端范圍之前的軌頂輪廓采用成形銑刀機加工成形，跟端鍛壓段軌頂則采用刨削方式進行二次接刀的方式加工。此工藝由于同一軌頂面前后段分兩工序生產，降低了廢品率，但易在跟端鍛壓段軌頂面輪廓形成兩工序的接刀不平順，現已被廣泛采用的“先跟端扭斜1∶40，后一次性通長輪廓銑削”的工藝方式代替，但后者仍存在如下問題：

尖軌跟端軌頂輪廓通長銑削的工藝受跟端鍛壓段1∶40扭斜工藝的效率及精度影響嚴重，扭斜偏差較大則易造成軌頭銑削加工切削過量形成廢品。因此在銑床加工前，必須預先控制好跟端斜度及直線度，并在銑床設置斜度復檢和調整措施。

對于尖軌跟端扭斜1∶40并完成軌頂輪廓通長銑削后的制成品，因跟端范圍采用冷態扭斜，在靜置一段時間后易出現扭斜的斜度回彈，由此形成了尖軌成品的跟端軌頂輪廓不平順，進而形成了上道后如圖5所示的光帶異常現象。

解決的措施主要考慮以下兩個方面：

1)優化AT鋼軌跟端鍛壓工藝，采用先將跟端成形段在鍛壓過程中直接鍛出1∶40斜度、后采用頂彎機進行冷態局部精調的方式，簡化了工藝過程的同時減少了扭斜回彈量，從而確保軌頂輪廓通長一次性加工成形的精度并可穩定保持。

2)設計應用軌頂輪廓“修復”銑刀，在完成跟端鍛壓段精調后，分別自尖軌或心軌的0 mm降低值斷面(一般為40 mm斷面或50 mm斷面)起，向跟端方向一次性完成非工作邊“帽形”銑削、工作邊“帽形”銑削(如圖6,圖7所示)，采用機加工的方式使得尖軌或心軌的軌頂接刀輪廓與基本軌吻合，從而確保輪對的兩側輪軌接觸條件相同。

2.2 尖軌、心軌不足位移引起的幾何不平順

扳動力和不足位移是道岔轉換及使用的兩個關鍵性問題，尖軌與心軌扳動是否到位直接影響到列車的過岔速度及行車安全。尖軌與心軌的不足位移主要表現為局部軌距偏小，軌向不良等病害現象[1]。不足位移與牽引點的設置位置、摩擦力等因素有關，在現有客專道岔牽引點位置一定的情況下，分析其尖軌與心軌不足位移的成因及措施主要考慮以下方面：

1)滑床臺板摩擦系數的影響。

滑床臺的摩擦力是產生不足位移的根源，扳動力和尖軌最大不足位移均隨摩擦系數的增加近似成正比增加。道岔制造廠通過11.2 m長60AT2尖軌進行了“一機一點”扳動轉換的廠內試驗，對比表1試驗數據，發現在僅通過間隔更換為輥輪滑床板且其他工況不變的情況下，尖軌扳動力與不足位移均出現顯著下降。

表1 試驗數據

因此，針對道岔在鋪設運營過程中存在的尖軌不足位移問題，應逐項排查。首先，檢查輥輪的安裝狀態是否滿足要求，滑床臺板有無生銹導致摩擦增大；其次，檢查輥輪是否工作正常且轉動靈活；第三，應檢查滑床板的空吊板，杜絕最后一個牽引點至固定端范圍內僅一至兩塊滑床板軌底密貼的情況，同時檢查此墊板的水平狀態，進行兩側的高低調整，避免出現局部摩擦力過大；第四，檢查存在不足位移范圍內的頂鐵間隙并適當調整。

2)尖軌線型不良形成不足位移。

針對尖軌后段易出現不足位移的情況，高速道岔尖軌出廠前在尖軌后段預設了反拱，用以抵消扳動后尖軌固定端之前出現的不足位移，但部分道岔由于安裝鉤鎖器后長期開通一股，或采用了已發生局部形變的庫存尖軌，導致鋪設后線型不良，形成了不足位移。針對此情況需采用彎軌器進行現場頂調，在不足位移的范圍內頂出反拱，以預防局部小軌距引發的行車不平順。目前，應用最為普遍的18號自主研發高速道岔直線尖軌和曲線尖軌設置反拱最大值分別為5.5 mm，6.1 mm。

2.3 鋼軌件不密貼引起的狀態不平順

高速道岔軌件密貼超差是現場最常見的道岔病害，排除線型與方向不良的問題外，還需從以下幾個方面著手分析與整治：

1)針對尖軌兩牽引點間不密貼的問題，除檢查輥輪是否卡死、滑床板的水平與高低造成局部摩擦力過大、尖軌非工作邊線型存在硬彎等問題外，還需關注并會同電務部門解決兩牽引點是否存在扳動動作不同步的問題。

2)心軌不密貼的問題常出現在18號可動心軌轍叉長心軌豎切點之前范圍，一般為心軌一動處密貼，但向后逐步增大的形成“楔形”不密貼空間。其形成原因主要分析以下幾個方面：

a.國產高速道岔的轍叉是由翼軌與墊板及軌撐拼裝形成的框架結構，長期行車過程中，翼軌在受車輪橫向力作用下，軌下橡膠墊板的外側部分先于內側部分加速老化壓潰，形成了翼軌外傾趨勢(如圖8所示)，進而使翼軌框架尺寸加大，造成了心軌與翼軌的密貼超差。

對比技術引進法國的CZ系列高速道岔，其翼軌框架為整鑄形式，整體結構穩定，不存在上述情況。針對圖8存在的問題，主要解決措施為更換翼軌下橡膠墊板，同時修整外側軌撐，并確保軌撐立墻上沿與翼軌外側軌頭下斜面頂實，收緊翼軌框架的同時，確保框架結構穩定保持。

b.開展工電聯合整治。心軌一動與二動均與電務拉桿脫鉤后，用撬棍撬撥心軌組件檢查密貼，如可宏觀密貼則說明軌件無硬彎造成密貼超差。另外檢查對比心軌與兩側翼軌的單側鎖閉力是否過大并進行調整，檢查并排查二動鎖閉框偏斜、鎖鉤卡阻等引起電務密貼調整難度大的問題。

c.檢查心軌前段防跳卡鐵有無落下后頂實心軌軌肢，造成轉換卡阻，同時查看心軌組件后段范圍內防跳頂鐵距離軌腰與軌肢間隙，查檢并調整其他影響密貼的頂鐵間隙。

2.4 尖軌降低值超差引起的結構不平順

1)尖軌降低值偏差過大是高速道岔晃車的主要原因，由于輪軌間作用面接觸不均勻、作用力不一致，導致輪軌關系非正常過渡，一般會表現為晃車且軌頂面出現雙光帶。

針對此問題，常見的調整方法是更換特制的不同厚度軌下橡膠墊板以及調高墊板(無砟道床)，調整尖軌相對基本軌的降低值。

2)降低值的測量方法不正確。部分道岔制造以及現場養護維修人員錯誤地認為：40 mm或50 mm斷面降低值檢測是基本軌的軌腰中心線與軌頂交點和尖軌軌腰中心線與軌頂交點間的豎向差值(見圖9)，而實際生產與檢測中，所有斷面均應以兩者間的最高點進行(見圖10)，兩者間存在較大差異，這一點在生產與現場鋪設養護過程中，應予關注和糾正。

3 其他常見問題分析及優化措施

自主研發高速道岔在制造與運營的過程中，除上述問題外，還存在一些局部細節有待優化和改進：

1)可動心轍叉后部的部分頂鐵因調整和拆卸困難，另外由于60 kg/m鋼軌的軌頭上下斜面影響，現有寬幅面頂鐵調整片安裝后使得頂鐵在軌腰中部形成局部間隙，導致頂鐵結構不穩定，宜優化整合為組合式頂鐵。

2)部分間隔鐵或防跳頂鐵螺栓斷裂，主要原因一方面是設計或制造的鋼軌墊圈未對螺栓進行合理找平，導致螺栓受力狀態差；另一方面是螺栓連接副缺乏有效可靠的防松方式、軸向拉力不穩定，在溫度應力作用的同時，疊加車輪對鋼軌的沖擊導致螺栓斷裂。針對此問題，有必要進一步細化鋼軌墊圈結構及類型，改善螺栓連接副的服役條件，同時改進防松形式，確保螺栓拉結后的總體結構穩定可靠。

4 結語

自主研發高速道岔上道運營十余年來，國內各主要道岔制造廠結合產品應用存在的問題以及各自的工藝與技術優勢，不同程度地針對其結構設計和局部細節進行了優化完善，推動了行業進步與發展的同時，也造成了線路同一產品不同道岔廠家零部件互換性差的問題。但隨著高速道岔標準化、簡統化工作的持續開展，以及行業內部針對新技術應用的深入交流和去劣存優，現有的常見問題及病害將逐步改善或消除，為進一步降低高速道岔運營維護難度創造有利條件。