膠接絕緣接頭夾板冷拆除裝置的應用

杜 丹

朔黃鐵路發展公司肅寧分公司 河北 肅寧 062350

1 膠接絕緣接頭

1.1 安裝背景 鋼軌的膠接絕緣接頭主要用于構成單元軌道電路的隔離和閉塞。雖然法、德等歐洲鐵路在區間采用無絕緣軌道電路,但在道岔區仍采用膠接絕緣接頭隔離不同單元區間,這是由于無絕緣軌道電路區間界面劃分存在一定距離盲區,列車在道岔區內運行恰恰要求明確閉塞界面作為保證行車安全的前提,因此至今世界各國鐵路在道岔區內無不采用絕緣接頭隔離閉塞分區。高速及重載鐵路基于對安全可靠性更高的要求,因而在道岔區內采用膠接絕緣接頭是必然的選擇。

目前朔黃鐵路管內所有無縫線路以及主要行車徑路岔區均廣泛采用膠接絕緣接頭,不僅大大提高了無縫線路的整體性和穩定性,而且增強了鋼軌接頭阻力以及整體性,改善鋼軌絕緣性能,延長了設備使用壽命。

1.2 發展概況 1958年,鐵道科學研究院率先開展鋼軌膠接絕緣接頭的研究,經過幾十年研究發展,同時為適應我國鐵路對現場粘接鋼軌膠接絕緣接頭的需求,開發出常溫固化膠(雙組份膠)鋼軌膠接絕緣接頭,經過反復實驗,目前整體剪切強度的最高值達到3350－4220k N 不破壞。目前膠接絕緣接頭所使用的粘料主要以環氧樹脂為主體配置而成的膠粘劑,其特點為固化后內聚力大,剪力強度可達50MPa 以上,剝離強度可達5k N/m 以上。

1.3 使用情況 1995年始,我國主要鐵路干線每年鋪設使用膠接絕緣接頭數量超過2000個,據統計,累計通過總重達550Mt發生膠層開裂和絕緣失效率極低。顯著減少了線路養護維修工作量,并提高了軌道電路的安全可靠性,社會效益、經濟效益突出。

但是鋼軌膠接絕緣接頭在長期使用過程中也發現存在若干問題。以朔黃管內線路使用情況為例,2018年肅寧北站冬季探傷以及手工檢查發現線上膠接絕緣接頭夾板折斷11處、接頭迎車端鋼軌螺栓孔裂紋6處,但絕緣接頭的膠層未開裂,致使在更換過程中需破壞粘接層,拆除膠接夾板。一定程度上給更換傷損鋼軌或傷損夾板帶來了不便。

2 傷損情況及處理經驗

2.1 傷損情況 以朔黃鐵路公司重載鐵路線路為例,年運量已突破3億噸,特別是2萬噸列車規?；_行以

后,其膠接絕緣接頭部位傷損主要體現在以下三個方面：

(1)膠接絕緣接頭夾板裂紋。

(2)膠接絕緣接頭部位鋼軌母材端部傷損。

(3)膠接絕緣接頭絕緣性能下降。

2.2 常用傷損處理措施 膠接絕緣夾板突然折斷或接頭部位發現傷損時,一般采用鋸斷后插入短軌或使用氧氣乙炔加熱方法拆除夾板。插入短軌法造成較大的人工及材料費用,且影響行車時間較長;氧乙炔設備加熱法耗時較長(約35至40分鐘),并且使用氧乙炔特種設備的安全風險(如：火災、爆炸、燒燙傷)和操作技術難度較高,操作人員需經過特種工培訓并謹慎操作方可完成,并且高溫還會改變母材的性能。

(a)插入短軌法(b)氧氣乙炔加熱法

由于其粘接強度很高,當出現傷損或夾板折斷時,拆除夾板較為困難。朔黃鐵路原平分公司與膠結絕緣夾板生產廠家合作,在夾板端部留有撬棍槽,用特制鍥鐵緊貼夾板端鋼軌腹部,用大錘擊打鍥鐵使夾板分離。但是這種方法需要定制夾板,成本較高,且敲擊鋼軌時容易誤傷鋼軌母材,碰傷手腳安全隱患較高。

3 冷拆除裝置的探索與應用

3.1 先進拆除工藝的探索 朔黃鐵路原平分公司使用大錘擊打鍥鐵使夾板分離的方法雖然因為效率及安全隱患問題沒有得到廣泛應用,但是給夾板一個橫向作用力,抵抗粘接劑的粘接強度,從而使夾板與鋼軌分離,成為現階段先進拆除膠接絕緣接頭的主要探索方向。

基于以上方向,膠接絕緣接頭夾板冷拆除裝置開始進行立項研究,其根本目的是利用現有工具材料,設計制作更高效安全的膠結絕緣夾板拆除裝置,解決現場拆除過程中存在的安全隱患,同時降低生產成本,提高工作效率。

3.2 冷拆除裝置設計原理 研發團隊通過查閱資料了解,膠接夾板使用的膠接劑的粘合力約每平方厘米200Kg,以60Kg/m 鋼軌為例,一塊夾板與鋼軌之間的粘合力約216噸,若對夾板整體施力,需要克服全部粘合力才能拆除,但是若采用局部受力分段拆除,則可利用杠桿原理進行施力,所克服粘合力通過計算最大不超過15噸。

表1 常溫固化環氧粘結劑物理力學性能

經過調查,目前工隊常用液壓起撥道器頂力均在28.3噸左右,足以克服局部粘合力。制造一套便于拆裝的設備將液壓機橫向安裝在鋼軌上,使用液壓裝置對夾板施加橫向力,使夾板與鋼軌從一端開始互相分離,即是該膠接絕緣夾板冷拆除設備的原理。

表2 工務工隊現有液壓起撥道器主要技術參數

另外被拆除的夾板需要有一個受力點接受來自液壓機的軸向力,此點在螺栓孔處容易實現,結合杠桿原理,夾板最外端螺栓孔最適合。因此在操作過程中將夾板兩端螺栓孔固定封死,橫向聯結頂桿、液壓裝置、固定架,即可完成冷拆除工作。

3.3 密封夾板螺栓孔方法改進 為了使受力點穩靠、安全且能夠有效使橫向作用力向夾板傳遞,達到冷拆除膠接絕緣夾板的目的,受力點螺栓孔的密封必不可少。早期采用特殊定制膨脹螺栓,即頂桿與密封相結合整體受力,但是受到的條件限制較多,比如為了安裝膨脹螺栓,需要對夾板擴孔處理等程序,費時費工且可靠性較低。

經過后期現場不斷試驗、改進,采取孔塞焊聯加頂桿的辦法實現對夾板螺栓孔受力點的固定封死,使操作流程更加簡潔高效。

3.4 冷拆除裝置技術方案 根據受力分析,首先對機架進行材質及結構設計,并畫出平面及立面圖紙。針對圖紙及前期設計,確定采用焊接工藝進行制作。工藝確定完畢后,對廢舊料具清點,選擇能夠使用的工具材料,缺少的工具材料進行采購。其次在制作過程中不能自己進行制作的委托外單位使用數控機床進行加工。最后進行零部件整合組裝,檢測機架焊點強度是否符合要求。

3.5 冷拆除裝置的結構改進 冷拆除裝置結構的研究共經過了三代的改進,已基本滿足研制目標。

第一代產品：使用整體式機架,雙液壓機固定式設計,但機架受力不合理,加之雙液壓機固定在整體式機架上設備總體重量太大。

第二代產品：在便攜性及受力結構受力點進行改進,采用組裝式機架,獨立單液壓機設計。受力問題有改善,但組裝式機架零件增加導致便攜性問題沒有根本性解決。

第三代產品：放棄了組裝式機架,使用了高強度鋼材焊接成了小型整體式機架,單液壓機獨立可拆裝,機架相比第二代體積減少一半,重量減少2/3,安裝時間由第二代雙人6分鐘左右降低到了單人1分鐘以內,徹底解決了便攜性問題。

3.6 冷拆除裝置主要技術參數 第三代冷拆除裝置由機架、液壓裝置、頂桿、孔塞組成,可解體,方便搬運及裝車。材料主要由工務現有鋼梁(20Mn低碳結構鋼)、液壓機、無縫鋼管、螺栓等加工制造,節約成本。

表3 冷拆除裝置主要技術參數

3.7 冷拆除裝置應用效果 傳統方式需要使用氧氣、乙炔等易燃易爆物,安全隱患較大;平均火烤時間在40min,寒冷情況下時間還會延長且高溫還會對鋼軌母材材質產生一定影響。使用膠接夾板冷拆除裝置工具少,降低了設備搬動運輸壓力,運用液壓裝置杜絕了火災爆炸隱患,拆除一個接頭只需20min,效率提升明顯且冷拆除不會對鋼軌母材產生任何影響。

隨著朔黃線下行整體換鋪無縫線路工程完工,膠結絕緣接頭在朔黃正線的使用更加廣泛,而面臨運量加大,行車密度提升的現狀,膠結絕緣接頭的更換將是各工隊需要共同面對的一個重要課題。冷拆除設備于2017年在河間工務工隊共拆除膠接絕緣夾板一百余塊,試驗效果安全高效,截至目前已在朔黃鐵路肅寧分公司管內普遍推廣運用。經過近兩年時間的現場驗證,該裝置將傳統整體作業時間由60分鐘壓縮至30分鐘以內,作業人數由10人減少至3人,提高工作效率50%以上。運用液壓機械傳動學原理,結構合理、原料易得、制造成本低、操作便利,較傳統氧氣乙炔拆除設備每套節約1萬元,節省了經濟成本,從根本上提高了膠結絕緣接頭的養護效率。