75 kg/m鋼軌12號道岔尖軌、基本軌優化研究

王建香

摘 要：大秦鐵路是國內重載運輸線路，開通以來運量逐年增長，所以，對軌道結構，尤其是道岔提出了比較高的要求。在鐵路運行過程中，經常出現道岔部件傷損嚴重、道岔狀態不易保持、維護工作量大等問題。為了有效改善道岔的使用狀態，延長道岔零部件的使用壽命，減少現場的維護工作量，特進行這項研究。

關鍵詞：鐵路道岔；尖軌；基本軌；75 kg/m鋼軌

中圖分類號：U213.4 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.016

1 背景闡述

75 kg/m鋼軌12號道岔主要用于太原鐵路局重載線路大秦線上。高密度、大軸重、大運量是該線路的3個特征。

在這種極端的運輸條件下，道岔受不平順沖擊大，各部件磨耗快，尤其尖軌、基本軌在重載列車的頻繁作用下，傷損發展快，更換頻繁，人力、物力投入多，但道岔質量的提升是有限的，所以，優化道岔平面線型和結構，改善道岔的使用狀態，延長重載道岔鋼軌件的使用壽命，減少現場維護工作量是尤為必要的。為此，大同工務段、榆次工務器材廠、中鐵咨詢集團有限公司聯合對75 kg/m鋼軌12號道岔尖軌、基本軌進行優化研究。

2 研制過程

2.1 既有道岔使用情況調查

調查大同南站5組75-12號道岔使用情況，主要發現以下幾個突出問題：①曲線尖軌磨耗嚴重，尖端有剝離掉塊的情況；②尖軌尖端不密貼，尖端有1 mm以上的縫隙；③基本軌頂面有壓潰和魚鱗傷；④尖軌跟端大軌縫；⑤尖軌使用壽命比較短，現場更換的工作量大，所需費用多。

大同南站75-12號道岔部分尖軌使用情況如表1所示。

簡要分析了道岔使用中出現的問題，發現影響尖軌壽命的原因有以下3點：①尖軌材質不良。目前，大秦線道岔采用的尖軌，是U75V材質的60 AT鋼軌經過廠內淬火加工而成的，各廠淬火工藝不相同，效果差異也比較大。②道岔平面設計沒有充分考慮尖軌的磨耗要求，尖軌前端比較薄。③尖軌降低值不良，導致尖軌過早受力，容易出現壓潰和剝離掉塊的情況。

2.2 優化方案的確定

針對75 kg/m鋼軌12號道岔使用過程中存在的問題和影響尖軌壽命的因素，中鐵工程設計咨詢集團有限公司對道岔轉轍器部分作了優化改進，具體內容為：①尖軌高度降低2～4 mm，使高度變化平緩，減少尖軌磨耗；②優化尖軌的軌頭輪廓，加工尖軌軌頭輪廓，R80圓弧段起點高度為0.42 mm，終點其高度降低至3 mm，改善輪軌關系，延長尖軌的使用壽命；③優化曲尖軌的平面線型，將其優化為半割線型，從尖軌50 mm斷面至尖端作割線，割距值為3.2 mm，尖軌前端的寬度與既有尖軌相比，在同一位置軌頭可加寬2.8 mm，有利于延長尖軌的使用壽命，不改變基本軌；④尖軌跟端接頭軌縫按4 mm設計，接頭螺栓孔與螺栓間裝絕緣套管，避免尖軌跟端出現大軌縫。

3 試制過程

3.1 尖軌、基本軌加工方案的確定

中鐵咨詢集團有限公司優化設計了75 kg/m鋼軌12號尖軌、基本軌后，榆次工務器材廠分析、研究圖紙，并結合現有的3 000 t油壓機、數控龍門銑、中頻淬火線等設備，擬定了尖軌、基本軌加工方案，即：①AT尖軌、基本軌選用材質為U75V的60AT、75 kg/m在線熱處理鋼軌；②尖軌的跟端在3 000 t油壓機上加工，設計、制作60AT-75壓制模具，由預壓、終壓2次成型，壓制加熱采用中頻加熱爐；③跟端熱處理工藝先對跟端1.1 m長整體加熱，然后對軌頭全噴風冷卻；④軌頭廓型用成型刀在數控銑床上加工；⑤尖軌跟端扭轉在扭轉機上完成；⑥尖軌、基本軌的調直、頂彎在400 t調直機上加工。

3.2 工藝試驗

為了保證在線熱處理鋼軌的加工質量和產品性能，試制時，進行了U75V在線熱處理鋼軌切削試驗、60AT鋼軌跟端壓制成75 kg/m鋼軌試驗、跟端變形段的熱處理試驗。

3.2.1 切削試驗

尖軌、基本軌采用U75V在線熱處理鋼軌，其軌頭硬度和淬火層深度大幅提高，切削加工困難。鑒于此，特選用了帶涂層的硬質合金刀片試驗，并調整了工藝參數。根據尖軌軌頭輪廓定制了專用成型銑刀，其能滿足產品的切削加工要求。

3.2.2 60AT-75 kg/m鋼軌跟端壓制試驗

分析、比對60AT軌，75kg/m鋼軌的斷面面積和斷面各部位面積，具體情況如表2所示。由表2可知，60AT軌軌頭比75 kg/m鋼軌軌頭小，這不同于60AT-60 kg/m鋼軌軌頭大變小的情況。

對此，特改進了模具，主要有以下2點：①預壓模設計考慮如何將60AT軌軌腰金屬分配到75 kg/m鋼軌的軌頭。經過模擬試驗，在預壓模軌頭下顎處預留了部分空間，終壓時，由終壓模擠壓將預留部分金屬填充到軌頭下顎，使軌頭下顎達到飽滿。②在軌端設置限位塊，加長變形段長度，消除了壓制時軌端自由延伸導致的軌端軌頭、軌底缺料的問題。綜合此設計方案，制作了60AT-75 kg/m鋼軌跟端壓制模具。

通過中頻感應加熱爐，在3 000 t油壓機上，利用60AT-75 kg/m鋼軌跟端壓制模具進行了多次壓制試驗，確定了合理的壓制加熱溫度和壓制工藝，壓制過程如下：

預壓過程：一次加熱→軌頭入底模→預壓模合模→終壓模合模同時大板整形軌底→出模。

終壓過程：二次加熱→軌頭入底模→終壓模合模→小趕板分次趕壓軌底→大板整形軌底→出模。

檢驗成型段型式尺寸能滿足標準TB/T 2344中對75 kg/m鋼軌提出的尺寸要求。

3.2.3 60AT-75 kg/m鋼軌跟端熱處理

在線熱處理AT鋼軌的跟端，加熱、壓制后，其硬度、韌性大幅降低，與基體AT鋼軌不匹配，必須重新熱處理。所以，利用新引進的在線熱處理AT鋼軌跟端熱處理工藝和專用設備，通過中頻感應加熱器和導向裝置、跟端熱處理專用冷卻設備、鋼軌送料裝置等進行了多次工藝試驗，確定了跟端熱處理的加熱溫度、噴風壓力等工藝參數。檢測結果顯示，跟端的硬度、金相組織、抗拉強度、延伸率等滿足TB/T 412《標準軌距鐵路道岔技術條件》的要求。

3.3 工裝樣板

3.3.1 跟端扭轉工裝

結合扭轉機工作原理，設計、制作了夾緊60AT軌，跟端75 kg/m鋼軌變形部分的頂頭，以保證扭轉質量。

3.3.2 基本軌銑削檢測樣板

銑削檢測樣板用于基本軌軌頭銑削1∶4.47斜面的檢測，以保證其與尖軌非工作面的密貼性。

3.4 基本軌、尖軌的加工

3.4.1 基本軌的加工

基本軌主要控制軌腰孔的位置精度和尖軌密貼段斜面的加工，曲基本軌還要保證曲線段圓順無硬彎。其工藝流程為：坯料檢查→鋸切→銑削密貼邊→鉆孔→調直直基本軌（頂彎曲基本軌）→探傷→組裝。

3.4.2 尖軌的加工

在試制前期，對尖軌進行多次跟端壓制、跟端變形段的熱處理工藝試驗攻關，以確保其跟端外形尺寸和硬度達到標準要求。機加工主要控制軌腰孔的位置精度，尖軌工作邊、非工作邊和軌頭廓型的精度，工作邊直線度、曲尖軌要圓順無硬彎。其工藝流程為：坯料檢查→鋸切→調直→跟端壓制→跟端熱處理→調直→取長→銑底→跟端探傷→鉆孔→跟端扭轉→銑削→檢驗→調直、頂彎→裝配件→探傷。

3.5 試制過程質量控制

在75 kg/m鋼軌12號道岔尖軌、基本軌的試制過程中，為了保證加工質量，技術人員要跟蹤加工過程；車間加工嚴格執行“三檢”“三按”制度；質檢人員要依照圖紙和技術標準要求，嚴格把關，對試制用的60AT軌、75 kg/m鋼軌原材料施行入廠檢驗；對尖軌的跟端變形段磁粉探傷，全長超聲探傷；對尖軌、基本軌的外形尺寸、外觀、表面硬度等按要求逐項檢驗，有效控制試制質量，以達到設計和技術標準要求。

4 結束語

通過對75 kg/m鋼軌12號道岔尖軌、基本軌的優化研究，試制后，在大同工務段進行了上道試用，試用半年后觀察外觀和磨耗情況良好，探傷檢測未發現異常，則繼續使用。由此表明，優化后的尖軌、基本軌能改善道岔使用狀態，延長道岔鋼軌件的使用壽命，減少線路養護維修的工作量，滿足線路的使用需求。

〔編輯：白潔〕