高原鐵路固定型組合轍叉的研制

孫立彬 王世雄 杜 平

(1.中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006；2.中國(guó)鐵路青藏集團(tuán)有限公司，青海 西寧 810006)

0 引言

高原鐵路具有自然條件惡劣、工程地址條件復(fù)雜、平均年氣溫低且日溫差大、常年凍土區(qū)分布廣泛等特點(diǎn)，其建設(shè)及養(yǎng)護(hù)維修條件極差。作為世界上海拔最高的高原鐵路，青藏鐵路所處的高原氣候環(huán)境，對(duì)道岔扣件系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部件用于跨區(qū)間無(wú)縫線路技術(shù)的適應(yīng)性提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。此外，青藏鐵路途經(jīng)多處環(huán)境惡劣地帶甚至無(wú)人區(qū)，尤其是嚴(yán)寒缺氧所造成的人機(jī)工作效率下降，這對(duì)特殊環(huán)境下軌道結(jié)構(gòu)少維修及長(zhǎng)期服役性能提出了更高的要求。轍叉作為道岔中關(guān)鍵部件，直接影響整組道岔的使用壽命。本文以青藏鐵路鋪設(shè)最為廣泛的60 kg/m鋼軌12號(hào)單開(kāi)道岔(圖號(hào)：專線4249)為例，主要介紹固定型高錳鋼組合轍叉的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和制造過(guò)程，為青藏鐵路、川藏鐵路等高原鐵路道岔產(chǎn)品提升提供技術(shù)參考。

1 轍叉設(shè)計(jì)原則及主要參數(shù)

1.1 設(shè)計(jì)原則

1)延長(zhǎng)轍叉使用壽命、減少養(yǎng)護(hù)維修工作量，滿足高原鐵路運(yùn)營(yíng)條件。

2)與既有轍叉具有互換性，通過(guò)速度等指標(biāo)與既有轍叉一致。

3)滿足高原鐵路無(wú)縫化適應(yīng)性要求。

1.2 主要參數(shù)

1)幾何尺寸見(jiàn)表1。

表1 轍叉主要參數(shù) mm

2)通過(guò)速度(23 t軸重)。

直向通過(guò)速度：≤160 km/h；側(cè)向通過(guò)速度：≤50 km/h。

2 固定型組合轍叉的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

固定型高錳鋼組合轍叉由不對(duì)稱式高錳鋼整鑄叉心及長(zhǎng)、短叉跟軌、翼軌、間隔鐵等通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接副拼裝而成，見(jiàn)圖1。

1)采用高錳鋼叉心組合式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了轍叉最大沖擊部位錳鋼化。

2)叉心尾部與叉跟軌貼合為相錯(cuò)聯(lián)接結(jié)構(gòu)，避免了溫度力集中至同一橫向位置，改善了該部位受力狀態(tài)，見(jiàn)圖2。

3)叉心處間隔鐵與叉心為高錳鋼整鑄一體式，組裝后間隔鐵下部支撐在翼軌軌肢上表面，上部支撐于軌頭下顎，可保持豎向荷載的傳遞路徑一致性，減少心軌與翼軌的垂直錯(cuò)位，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，防止心軌、翼軌隨列車(chē)運(yùn)行振動(dòng)，引起心軌、翼軌高差變化。

4)翼軌、叉跟軌采用與線路相同材質(zhì)的60 kg/m在線熱處理鋼軌制造，可適用于無(wú)縫線路的焊接要求。

5)轍叉間隔鐵采用M30高強(qiáng)度螺栓副連接，保證了叉跟軌與心軌的連接強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了溫度力的傳遞。

6)防松裝置。在螺母處增加防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，防止螺栓松動(dòng)，減少養(yǎng)護(hù)維修工作量,見(jiàn)圖3。

7)轍叉跟部間隔鐵與鋼軌軌腰之間均采用膠接，提高轍叉整體強(qiáng)度，進(jìn)一步增強(qiáng)轍叉滿足無(wú)縫化線路，抵御溫度力的能力。

8)本次設(shè)計(jì)對(duì)高錳鋼組合轍叉的心軌、翼軌相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行了優(yōu)化(見(jiàn)圖4)，提高了過(guò)岔平順性，改善了列車(chē)通過(guò)轍叉時(shí)的運(yùn)行條件，減輕了車(chē)輪對(duì)心軌的沖擊與磨耗。

3 主要零部件的制造過(guò)程

轍叉制造過(guò)程中，立足公司已有組合轍叉成熟的制造經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合本轍叉結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及生產(chǎn)能力對(duì)工藝進(jìn)行了優(yōu)化，嚴(yán)格執(zhí)行圖紙、標(biāo)準(zhǔn)及工藝文件要求，高質(zhì)量、高精度地完成了制造任務(wù)。

1)不對(duì)稱式高錳鋼叉心鑄造工藝流程。編制鑄造工藝文件→設(shè)計(jì)制作模板→模樣制作→模型檢驗(yàn)→冶煉/造型→合箱澆筑→落砂→熱處理→溶解→調(diào)直→毛坯修整→毛坯檢驗(yàn)→機(jī)加工。

2)不對(duì)稱式高錳鋼叉心的加工工藝流程。一次調(diào)直劃線→銑軌底→銑端頭→二次調(diào)直劃線→粗銑軌頂平面→銑工作邊→銑翼軌輪廓及上下斜面→鉆孔→銑降低值→銑底面臺(tái)階→精銑軌頂面→銑工作邊圓弧→銑過(guò)渡段→成品打磨→檢驗(yàn)→組裝。

3)叉跟軌。叉跟軌采用在線熱處理鋼軌加工，其工藝流程如下：

下料→鉆孔→頂彎→銑削→打磨棱角→扭轉(zhuǎn)→精調(diào)→檢驗(yàn)→人字尖組裝。

4)翼軌。翼軌采用在線熱處理鋼軌加工，其工藝流程如下：

下料→鉆孔→頂彎→銑削→打磨棱角→扭轉(zhuǎn)→精調(diào)→檢驗(yàn)→轍叉組裝。

5)高錳鋼組合轍叉的組裝。高錳鋼叉心、長(zhǎng)心軌、短心軌、翼軌經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行轍叉組裝。轍叉組裝時(shí)，檢查轍叉開(kāi)口、輪緣槽寬度、深度、趾長(zhǎng)、跟長(zhǎng)、工作邊直線度、轍叉平面度等項(xiàng)點(diǎn)，主要采用專用檢測(cè)樣板、量具等，通過(guò)配裝等方式保證組裝精度。轍叉組裝的關(guān)鍵是叉心和鋼軌間配合面的組裝、心翼軌高差控制、轍叉工作邊直線度的控制等。

4 上道使用效果

高原氣候環(huán)境下60 kg/m鋼軌12號(hào)單開(kāi)道岔固定型高錳鋼組合轍叉于2018年5月在青藏鐵路格爾木工務(wù)段玉珠峰站上道鋪設(shè)，目前使用狀態(tài)良好。該組合轍叉減少了道岔養(yǎng)護(hù)維修工作量，滿足青藏鐵路道岔無(wú)縫化適應(yīng)性要求。

5 結(jié)語(yǔ)

固定型高錳鋼組合轍叉研制過(guò)程中，汲取了高速鐵路、重載鐵路等先進(jìn)道岔設(shè)計(jì)理念，運(yùn)用了新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料，制定了科學(xué)合理的工藝流程，開(kāi)發(fā)出滿足青藏鐵路特有高原氣候的新型轍叉, 取得了一定的創(chuàng)新性成果，為今后高原鐵路固定型轍叉的設(shè)計(jì)、制造、鋪設(shè)積累了更多的經(jīng)驗(yàn)。