大秦線75 kg/m鋼軌18號(hào)道岔可動(dòng)心軌轍叉改造方案研究

李春華

(太原鐵路局大同工務(wù)段，山西 大同 037005)

大秦鐵路作為國內(nèi)第一條重載鐵路線路，近幾年運(yùn)量和牽引定數(shù)不斷增加，大量開行萬t、2萬t重載列車，2010年的運(yùn)量達(dá)到4億t，2011年運(yùn)量達(dá)到4.4億t，為確保運(yùn)輸任務(wù)完成，線路養(yǎng)護(hù)維修天窗不足，對軌道設(shè)備的使用壽命影響比較大。為了延長道岔的使用壽命，減少轍叉有害空間的薄弱環(huán)節(jié)，2009年在大秦線試鋪了75 kg/m鋼軌18號(hào)可動(dòng)心軌轍叉。經(jīng)過一年多的現(xiàn)場試鋪，可動(dòng)心軌轍叉平均使用壽命僅為1.5～3.0億t，遠(yuǎn)未達(dá)到提速線路上5.0～8.0億t的平均使用壽命，另外，更換可動(dòng)心軌轍叉所需要的線路封閉時(shí)間、用工數(shù)量及更換成本遠(yuǎn)大于固定轍叉，而大秦線高錳鋼固定轍叉的平均使用壽命為1.0～1.5億t。與可動(dòng)心軌轍叉相比，兩種轍叉的平均使用壽命，差距并不大。

針對上述現(xiàn)狀，對已鋪設(shè)75 kg/m鋼軌18號(hào)可動(dòng)心軌轍叉進(jìn)行現(xiàn)場改造，研制并更換了固定型合金鋼組合轍叉。

1 道岔概況

既有道岔為大秦重車線大同縣站9#道岔，為75 kg/m鋼軌18號(hào)單開道岔，道岔前長22.744 m，后長37.256 m，全長60m。導(dǎo)曲線半徑860m，岔枕間距除牽引點(diǎn)處外，其余均為0.6 m。尖軌為長16.600m的60AT曲線尖軌;轍叉為可動(dòng)心軌轍叉，轍叉全長17.392 m，翼軌采用60AT鋼軌鍛壓的特種斷面翼軌，后端焊接普通鋼軌。心軌采用60AT鋼軌拼接。短心軌后端設(shè)有斜接頭，與岔跟尖軌斜接;道岔側(cè)股設(shè)有膠接絕緣鋼軌;轍叉?zhèn)认蛟O(shè)有槽形護(hù)軌，直側(cè)向均設(shè)護(hù)軌，直向護(hù)軌長7.6 m，側(cè)向護(hù)軌長6.6 m;道岔設(shè)1∶40軌底坡;軌下基礎(chǔ)為混凝土長岔枕;道岔內(nèi)鋼軌及道岔兩端與區(qū)間線路鋼軌均未焊接;尖軌設(shè)3個(gè)牽引點(diǎn)、轍叉設(shè)兩個(gè)牽引點(diǎn)，轉(zhuǎn)換桿件均安裝在兩岔枕之間，轉(zhuǎn)轍機(jī)安裝在岔枕上。

更換前該道岔在使用過程中出現(xiàn)了下列現(xiàn)象［1］:尖軌磨耗較為嚴(yán)重，尖軌尖端有剝離掉塊現(xiàn)象;在心軌斷面20～50mm處，心軌和翼軌強(qiáng)度明顯不足，出現(xiàn)了壓潰掉塊等現(xiàn)象;可動(dòng)心軌由電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)拉動(dòng)，需要電務(wù)部門作業(yè)的配合，可動(dòng)心軌轍叉結(jié)構(gòu)松散，零部件多，增大了養(yǎng)護(hù)維修工作量;可動(dòng)心軌轍叉長度較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)場更換不便，不僅需要較長的天窗時(shí)間，更換費(fèi)用相對較高。

2 新研制的轍叉性能及結(jié)構(gòu)

2.1 75 kg/m鋼軌18號(hào)拼裝式固定轍叉性能

1)新研制的75 kg/m鋼軌18號(hào)拼裝式固定轍叉采用全貝氏體鋼軌加工，貝氏體鋼為低碳高合金鋼，含碳量0.2%左右，增加鉻、錳、鉬等合金，普通轍叉材質(zhì)為高碳微合金鋼，含碳量0.8%左右;貝氏體鋼為貝氏體+低碳馬氏基體，普通材質(zhì)為珠光體+鐵素體基體;兩者機(jī)械性能也不同。

2)75 kg/m鋼軌18號(hào)固定型貝氏體鋼組合轍叉心軌加工工序?yàn)?心軌采用貝氏體鋼AT軌下料→退火→跟端壓制成型軌底坡→校直→頂彎→劃線→刨切→熱處理→探傷→組裝。

翼軌加工工序?yàn)?翼軌采用60 kg/m貝氏體鋼軌下料→退火→鉆孔→校直→劃線→刨切→5mm垂直彎制→熱處理→探傷→精加工微調(diào)。

間隔鐵加工設(shè)計(jì)為全斷面結(jié)構(gòu)，左右工作面分別和心軌、翼軌軌腔形狀相適應(yīng)，間隔鐵采用鑄鋼件加工而成。

轍叉組裝方式:按轍叉組裝圖要求，在平臺(tái)上將轍叉各部件組裝在一起，采用高強(qiáng)螺栓，防松螺母緊固后，分別檢驗(yàn)測量各部位輪緣槽寬度、翼軌超高、轍叉趾端和跟端的開口數(shù)值。

經(jīng)熱處理后的貝氏體鋼組合轍叉，鋼軌材料從內(nèi)到外、全長、全斷面，性能、硬度一致。較其它鋼軌和轍叉普遍采用的表面淬火熱處理工藝提高了母材的整體性能。比其它合金鋼轍叉采用的等溫?zé)崽幚砉に嚳s短了生產(chǎn)周期，穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量，使轍叉整體性能更加安全可靠。

普通材質(zhì)轍叉采用表面淬火工藝，鋼軌頂端部為帽型，熱處理深度＞10mm。

3)75 kg/m鋼軌18號(hào)固定型貝氏體鋼組合轍叉心軌、翼軌同材質(zhì)、同壽命，長心軌無軌縫、無焊縫;焊接性能好，貝氏體鋼組合轍叉可與普通鋼軌進(jìn)行閃光焊、鋁熱焊，滿足無縫線路焊接需要，且貝氏體鋼組合轍叉采用同材質(zhì)同性能的(TB15)貝氏體鋼焊條，可進(jìn)行局部缺陷焊補(bǔ)修復(fù)。

2.2 75 kg/m鋼軌18號(hào)拼裝式固定轍叉結(jié)構(gòu)

75 kg/m鋼軌18號(hào)拼裝式固定轍叉如圖1所示，轍叉采用翼軌與長短心軌拼裝方式，但預(yù)留了高錳鋼轍叉的安裝條件。轍叉翼軌使用75 kg/m鋼軌制造，心軌使用60AT鋼軌制造，材質(zhì)均為合金鋼。

圖1 75 kg/m鋼軌18號(hào)拼裝式固定轍叉

1)翼軌。為避免心軌過早受力，在咽喉至心軌尖端部位逐漸將翼軌抬高6 mm。為保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，將翼軌內(nèi)側(cè)軌底適度刨切，長短心軌可直接落在臺(tái)板上。

2)間隔鐵。長短心軌及翼軌間用間隔鐵及10.9級(jí)M27的高強(qiáng)螺栓連接，其中長短心軌間的連接螺栓扭矩為600 N·m，翼軌的連接螺栓扭矩為1 100～1 200 N·m。間隔鐵采用全斷面接觸間隔鐵，材質(zhì)為鑄鋼，提高了轍叉整體框架剛度，最大限度地減小轍叉各部件的相對位移，保證了轍叉的整體性。

3)螺栓。為方便現(xiàn)場安裝，便于養(yǎng)護(hù)維修，采用10級(jí)的防松螺母和具有防轉(zhuǎn)功能的墊圈。

4)墊板。原道岔可動(dòng)心軌轍叉配套的墊板尺寸不能適用于固定型轍叉，必須重新設(shè)計(jì)墊板。新設(shè)計(jì)的墊板厚度為26 mm，寬度為200mm，護(hù)軌部分的墊板仍可繼續(xù)使用。

5)軌底坡設(shè)置。轍叉趾、跟端設(shè)1∶40的軌底坡，與線路平順連接，轍叉趾端的軌底坡由翼軌前接頭夾板后250mm扭轉(zhuǎn)過渡，跟端軌底坡由長短心軌跟端壓型扭轉(zhuǎn)過渡段扭轉(zhuǎn)過渡。

6)扣件采用彈條Ⅱ型扣件。

7)鋼軌下設(shè)5mm厚橡膠墊板，鐵墊板下設(shè)10mm厚橡膠墊板。橡膠墊板均需重新設(shè)計(jì)。

3 現(xiàn)場改造方案

3.1 改造原則

道岔的轉(zhuǎn)轍器和導(dǎo)曲線部分不作改動(dòng)，只將可動(dòng)心軌轍叉更換為固定型轍叉;道岔扣件系統(tǒng)不作改動(dòng);改造過程中能夠利用的部件盡量使用，如護(hù)軌墊板、膠墊、彈條等;拆除轉(zhuǎn)換設(shè)備。

3.2 平面布置

1)既有道岔平面主要尺寸(如圖2)

2)改造后的道岔平面尺寸

原可動(dòng)心軌轍叉趾端開口值為323 mm，改為固定型轍叉后趾端開口值最小可為198 mm，兩者之間相差125mm，換算為水平距離則相差2 400mm?，F(xiàn)場改造可將轍叉趾端后移2 400mm，以減少轍叉長度，但需同步更換轍叉前的兩根導(dǎo)軌。

原可動(dòng)心軌轍叉后端較長，而固定型轍叉后端所需長度相對較短，為便于固定型轍叉的運(yùn)輸、更換以及降低造價(jià)，更換后的固定型轍叉長度可相應(yīng)縮短，轍叉跟端的距離要隨之變化，固定型轍叉后端的長度主要根據(jù)安裝接頭夾板和岔枕間距確定，轍叉后端長為6 001 mm。

由于固定型轍叉后端長度小于可動(dòng)心軌轍叉的后端長度，因此改造后的轍叉跟端與既有可動(dòng)心軌轍叉的跟端有5.4 m的距離，該距離的處理方法有兩種:①在固定轍叉后端插入短軌(圖3)，此方法在現(xiàn)場更換轍叉時(shí)作業(yè)比較方便，插入的短軌長度也較短，但增加了一個(gè)鋼軌接頭;②同步更換岔后的兩根連接軌(圖4)，連接軌直接與合金鋼轍叉跟端連接，該方法不增加鋼軌接頭，但需要準(zhǔn)備兩根較長的連接軌?？紤]到線路平順性的影響，選擇方法②即更換岔后的兩根連接軌來處理該距離。

3.3 岔枕

在現(xiàn)場改造方案設(shè)計(jì)過程中，針對岔枕提出了兩種方法:方法一對混凝土岔枕不作改動(dòng)，只是將可動(dòng)心軌轍叉更換為固定型轍叉;方法二將轍叉部分的混凝土岔枕同步更換;方法二雖然具有改造工作量少、操作簡單、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在以下缺點(diǎn)。

1)由于需要利用原岔枕的釘孔，而可動(dòng)心軌轍叉的墊板長度較長(最長達(dá)1.4 m)，因此改造后的轍叉墊板要按照原岔枕的釘孔設(shè)計(jì)，會(huì)造成墊板長度較長，使用過程中既不經(jīng)濟(jì)、也不合理。

2)為了減輕心軌的磨耗，原道岔護(hù)軌長度較短，改造后既有道岔的直向、側(cè)向護(hù)軌長度均增加，需要在既有岔枕上鉆孔并錨固塑料套管，這將極大增加工作量，進(jìn)而影響現(xiàn)場改造的進(jìn)度，且由于新鉆孔與原釘孔距離不能太近，也會(huì)造成護(hù)軌墊板標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。

3)在現(xiàn)場進(jìn)行預(yù)組裝較難，驗(yàn)證轍叉墊板與既有岔枕的配合較困難，一旦出現(xiàn)問題現(xiàn)場將難以處理。

方法二雖然需要重制部分混凝土岔枕，增加了造價(jià)，但可使轍叉的設(shè)計(jì)更為合理。同時(shí)更換的岔枕可以采用預(yù)組裝，保證了轍叉與岔枕的良好匹配，更換速度快，更換工作量少。

從確保改造方案的可行性和可靠性方面綜合考慮，本次改造方案選擇方法二，將轍叉部分的岔枕同步更換。岔枕仍采用無擋肩等截面設(shè)計(jì)，岔枕的斷面和配筋與原道岔相同，岔枕上預(yù)埋的塑料套管也與原道岔相同。原道岔可動(dòng)心軌轍叉部分的岔枕間距，除牽引點(diǎn)外均為600mm，本次改造將原牽引點(diǎn)處的岔枕間距由原來的650mm調(diào)整為600mm。

3.4 護(hù)軌布置

可動(dòng)心軌轍叉?zhèn)认蛟O(shè)置護(hù)軌的主要目的是為了減輕心軌的磨耗，因此其保護(hù)的位置主要在心軌尖端附近。相對于固定型轍叉，護(hù)軌的作用是引導(dǎo)車輪走向，使其安全通過轍叉“有害空間”，護(hù)軌保護(hù)的位置要從咽喉至心軌25mm斷面之后，因此原來的護(hù)軌不能再繼續(xù)使用，必須重新進(jìn)行設(shè)計(jì)更換，原護(hù)軌平面布置圖如圖5所示，改造后的護(hù)軌平面布置如圖6所示。

圖5 原護(hù)軌平面布置(單位:mm)

圖6 改造后的護(hù)軌平面布置(單位:mm)

護(hù)軌改造包括:既有直向護(hù)軌長為7 600mm，護(hù)軌墊板是從73號(hào)枕到85號(hào)枕，改造后的直向護(hù)軌長為7 800mm，護(hù)軌墊板是從75號(hào)枕到87號(hào)枕，護(hù)軌墊板數(shù)目不增加，直向護(hù)軌平直段長為2 200mm，緩沖段長度為2 650mm;既有側(cè)向護(hù)軌長為6 600mm，護(hù)軌墊板是從74號(hào)枕到84號(hào)枕，改造后的側(cè)向護(hù)軌長為7 800mm，護(hù)軌墊板是從75號(hào)枕到87號(hào)枕，增加了2塊護(hù)軌墊板。

護(hù)軌的結(jié)構(gòu)與原道岔相同，但材質(zhì)采用合金鋼，與轍叉心軌的材質(zhì)相同。即采用心軌的坯料軋制槽形護(hù)軌。該方案結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長，經(jīng)濟(jì)性好，還可以利用原道岔的護(hù)軌墊板。

4 改造效果

2010年9月，在大秦線大同縣站9#位道岔將18號(hào)可動(dòng)心軌轍叉改造為拼裝式固定轍叉后，經(jīng)過8個(gè)多月的使用，該轍叉通過總重達(dá)到3.01億t，相對于原可動(dòng)心軌轍叉年通過總重僅為1.5～3.0億t，大大延長了轍叉使用壽命。轍叉心軌、翼軌磨耗均勻，無掉塊現(xiàn)象;翼軌原有斑點(diǎn)未發(fā)展擴(kuò)大;軌枕與軌件聯(lián)結(jié)螺栓無松動(dòng)、缺失和折斷現(xiàn)象;軌道幾何尺寸無超限，轍叉整體狀態(tài)仍有一定余量，可繼續(xù)使用。采用合金鋼固定型轍叉相對于可動(dòng)心軌轍叉具有以下優(yōu)點(diǎn):①使用壽命長。由于固定轍叉采用貝氏體鋼材質(zhì)，鋼材強(qiáng)度大大提高，因此使用壽命較普通可動(dòng)心軌轍叉大大提高。②維修工作量小。由于固定型轍叉零部件少，整體性強(qiáng)，大大減少日常養(yǎng)護(hù)工作量，同時(shí)取消轍叉部分電務(wù)轉(zhuǎn)轍機(jī)，減輕了電務(wù)部門配合整修工作量。

5 結(jié)語

將原18號(hào)道岔可動(dòng)心軌轍叉更換為拼裝式固定型轍叉，經(jīng)現(xiàn)場使用驗(yàn)證了該改造方案切實(shí)可行，固定型轍叉使用壽命長，整體性好，取消電務(wù)轉(zhuǎn)轍機(jī)，減輕了電務(wù)部門配合整修工作量，極大減少了日常更換的費(fèi)用，現(xiàn)場使用效果良好，對今后重載鐵路道岔的建設(shè)和改造具有示范作用。

［1］趙洪雁.大秦線重載鐵路道岔技術(shù)指標(biāo)探討［J］.鐵道建筑，2011(4):89-91.

［2］顧經(jīng)文.75 kg/m鋼軌12號(hào)鋼軌組合式可動(dòng)心軌轍叉單開道岔的研究設(shè)計(jì)［J］.鐵道建筑，1997(5):2-5.

［3］汪訓(xùn)海.60 kg/m鋼軌18號(hào)高速單開道岔可動(dòng)心軌轍叉更換技術(shù)［J］.鐵道建筑，2008(12):96-98.

［4］孫加林，劉磊.重載鐵路12號(hào)固定轍叉道岔軌道剛度變化分布研究［J］.鐵道建筑，2012(2):87-90.

［5］王玉堂.75 kg/m鋼軌12號(hào)單開道岔的研究設(shè)計(jì)(固定型轍叉)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，1997(10):15-17.