鐵路混凝土軌枕地腳螺栓(套筒)磁力鉆取機及工藝裝備的研制應用

肖武斌,黃殷夫,劉 晉

(廣州鐵路(集團)懷化工務段，湖南懷化 418000)

1 概述

由于列車運行速度、載重的大幅度提高,道岔軌道動態幾何尺寸變化加劇,混凝土岔枕地腳螺栓由于在螺紋過渡處的應力集中無法避免,螺栓被剪斷發展更快。地腳螺栓折斷在混凝土枕螺孔里,在不損壞地腳螺栓內尼龍膠圈的前提下,取出折斷的地腳螺栓,重新裝配新地腳螺栓,是工務部門面臨的新課題?，F場引起混凝土枕螺栓失效的原因有以下幾方面。

(1)當列車高速側向通過提速道岔時,在列車車輪沖擊荷載頻繁作用下,鋼軌帶動墊板作橫向或縱向移動,地腳螺栓受到墊板強大的剪切力,造成地腳螺栓疲勞剪斷。

(2)由于φ6 mm×6 mm斷面彈簧墊圈強度不足,易失效,大螺栓松動長時間吊板(明吊和暗坑),在列車動力作用下,反復抽拔損壞套管,造成抽筒或混凝土枕螺栓斷裂。

(3)軌枕螺栓松動,加之吊板引起。道岔鋼軌與墊板連接緊固后抵抗橫向力的阻力主要來源于混凝土枕螺栓擰緊后墊板底下的膠墊提供的橫向摩擦阻力,螺栓松動浮起,引起正壓力幾乎為零,無法提供摩擦阻力,僅靠混凝土枕螺栓本身提供橫向阻力；同時彈簧墊圈受力折損后,伴隨吊板在列車荷載的沖擊作用下引起折斷。

因此，必須研制取出折斷的軌枕地腳螺栓的裝備。

2 磁力鉆取機的工作原理

利用交流發電機產生220 V 50 Hz電源,給磁力鉆取機供電磁化,磁力鉆取機通過磁力吸引固定在定位的鐵墊板上,鐵墊板通過螺栓固定在鋼軌底板上,對混凝土岔枕內的折斷軌枕螺栓中心鉆取φ16～18 mm的深孔,鉆削深度達到50 mm以上即可,然后用反絲錐反向鏇入開口的螺栓套中,利用外力擠壓固定將斷螺栓旋出,再重新裝配上新的混凝土岔枕螺栓。一旦螺栓銹蝕嚴重,硬塑套筒損壞,可更換空心鉆套,再安裝新的尼龍螺紋套即可。

3 主要技術參數

(1)額定電壓:AC220V

(2)額定頻率:50 Hz

(3)鉆孔直徑(最大):23 mm

(4)額定輸入功率:1 100 W

(5)額定轉速:350 r/min

(6)最大工作行程:180 mm

(7)電磁吸力:13 kN

(8)鉆孔時間:4～5 min/顆

(9)鉆頭進給量:0.5～0.8 mm/s

4 工藝裝備特性

(1)快速定位功能。利用磁力快速磁化機具底將把整個鉆機固定,可實現快速定位。

(2)鉆取折斷混凝土岔枕螺栓(套筒)效率高,配以加溫裝置,4～5 min可取出1顆混凝土岔枕斷螺栓,不損壞混凝土岔枕內膠套,快速高效。

(3)為確保作業安全,該機應利用“天窗”點施工。

(4)鉆取機總質量控制在25 kg范圍內,結構簡單,1人可操作使用。

5 主要配件設計及作用

(1)磁力鉆取機:主鉆取機優先采用通電快速磁化,產生磁力快速吸住在定位坐墊板上。鉆機選用二相220 V 50 Hz交流電源驅動,額定功率1 100 W。鉆機額定轉速為350 r/min,鉆頭可產生28 N·m的力偶。設計鉆頭的直徑最大值為24 mm,鉆頭可產生最大力F=1.167 kN?13 kN(電磁力吸引力)，滿足鉆頭鉆孔力的需要,機具不會被摔離。見圖1、圖2。

圖1 磁力鉆取機操作正面

圖2 磁力鉆取機反面

(2)鉆取機支座墊板:20 mm厚Q235普通鋼板制造,用于安裝支撐固定磁力鉆取機。墊板安裝專用鎖緊裝置,通過絲桿的緊固扣壓在鋼軌軌底板上。如圖3、圖4所示。

圖3 鉆取機支座墊板正面

圖4 鉆取機支座墊板反面

(3)反絲錐采用合金鋼(3Cr12SiV)制造,該合金易熱處理、風冷、耐高溫、韌性好、耐磨,用于撥出混凝土岔枕斷螺栓,反方向旋入螺栓孔內,過盈配合,正方向連同螺紋套旋出。如圖5所示。

圖5 反絲錐

(4)鉆孔導向套:普通45號鋼制造,用于在鉆混凝土岔枕斷螺栓孔時鉆頭導向,防止鉆頭在開始定位時鉆偏,以免影響整個鉆削過程。見圖6,圖7。

圖6 鉆孔導向套

圖7 空心鉆導向套

(5)空心鉆導向芯：普通45號鋼制造,用于在空心鉆鉆尼龍膠套孔時鉆頭導向,防止空心鉆鉆頭鉆偏。

6 工藝流程控制

(1)卸掉斷螺栓的扣板地腳螺栓。

(2)用壓機抬高鋼軌,取掉大膠墊。

(3)將鉆取機支座墊板扣在鋼軌軌底板上。

(4)將導向套插入混凝土岔枕螺栓孔內。

(5)將鉆取機放在支座墊板上,鉆頭對正導向套。

(6)發動發電機,送電,將鉆機磁力開關往上打,指示燈亮,鉆取機磁鐵吸在支座墊板上。

(7)扳動鉆孔機加力桿,先緩慢進入,見鐵屑從導向套內冒出時提起鉆頭,將導向套旋出,再重新往下鉆；此時鉆頭已定位,可加大下壓力度,同時注意鉆機聲音的變化,如鉆機聲音變小,速度變慢,說明下壓力過大,應調整下壓力；再看鉆出的鐵屑顏色,鐵屑顏色變藍說明溫度高,需減小下壓力或用水冷卻；斷螺栓鉆通時,手感會有變化,鉆機負載小了聲音也會有變化,此時應提起鉆頭,關閉磁性開關,移出鉆機。

(8)將反絲錐扦入斷螺栓孔內,逆時針旋轉絲錐,便可將斷螺栓旋出,斷螺栓旋出后扦入夾具板孔內頂緊螺絲將反絲錐取出。

(9)用棘輪扳手旋反絲錐的力度應控制在1 200 N·m以內,即一人用力,如扭不動,說明斷螺絲銹蝕嚴重,改用尼龍套用空心鉆鉆取法,方法如下。

①換上空心鉆頭。

②將定位塞扦入尼龍套孔內。

③將空心鉆頭校準,扦入定位塞。

④開動鉆機,掌握好鉆孔速度，加水冷卻鉆孔。

⑤將尼龍套鉆掉后,用旋勾將水泥枕內殘留的膠套外絲旋出,再將新的膠套旋入水泥枕內。

(10)墊板和扣件復原,將新螺栓涂油旋緊。

折斷螺栓取出工藝流程如圖8所示。

圖8 折斷螺栓取出工藝流程

7 經濟社會效益

(1)預測效益：以60 kg/m鋼軌12號單開道岔為例,混凝土岔枕長度從2.25～4.7 m長短不一,共計86根,抽換1根混凝土岔枕平均價按700元的材料費、800元的工費及其他費用計算,則抽換一根混凝土岔枕需要1 500元(不計其他費用)。實際使用該機鉆取1個螺栓的總費用不到300元,可節約1 200元。按年損壞15%比例修復計算,懷化工務段管內有正線道岔451組,則每年我段可節省直接費用：451×15%×1 200=8.118萬元,而采用該設備縮短的維修時間增加的運輸效益沒有考慮。經濟效益十分可觀。

(2)推廣應用前景：隨著工務設備的不斷提升,全路將有更多的混凝土岔枕上線,在既有道岔技術及軌道彈性沒有得到提高的前提下,混凝土岔枕螺栓剪斷會時有發生,大力推廣使用該設備其經濟效益更加顯著。目前該設備已應用到懷化、婁底、張家界等工務段,應用數量達10余臺,有著廣闊的推廣應用前景。

(3)安全效益：道岔墊板螺栓折斷必然影響道岔的整體性,加快道岔病害的發展,如果螺栓得不到及時更換,數量一旦增多,必然對行車留下設備隱患。該設備研制成功,解決了工務部門安全配套的工裝問題,為安全生產提供了便利。

[1]張文仁，等.SC330型道岔主要病害原因分析及防治措施[J].廣鐵科技，2009(4):19-22．

[2]劉 爽.鐵路工務技術手冊·養路機械[M].北京：中國鐵道出版社，1988.

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