新型重載道岔制造工藝研究

張 莉

(中鐵寶橋集團有限公司，陜西 寶雞 721006)

1 概述

重載鐵路以其大軸重、高密度和大運量的“三大特征”對工務道岔設備構成了極其嚴酷的運行壓力，在此運行條件下，道岔主要部件(指尖軌、基本軌、高錳鋼轍叉及扣件系統等)的磨損和傷損遠遠大于普通線路道岔。

為了提高道岔主要部件的使用壽命和減少養護維修時間，滿足重載線路建設發展的需要，由中國鐵道科學研究院集團有限公司、中鐵工程設計咨詢集團有限公司分別牽頭開展27 t軸重、30 t軸重新型道岔的研究工作，中鐵寶橋集團有限公司參與道岔結構設計與制造工藝的研究工作。新型重載道岔采用了切削基本軌加厚尖軌、合金鋼鋼軌、嵌入式組合高錳鋼轍叉、合金鋼組合轍叉、新型扣件系統等新技術、新材料、新工藝，經過7年的探索創新，研制出了多種新型重載道岔產品，并推廣應用。

2 道岔常用型號

常用的新型重載道岔號數有12號、18號，道岔軌型有60 kg/m鋼軌、75 kg/m鋼軌，軸重有27 t，30 t，其軌下基礎均為有砟道床，轍叉均為固定型轍叉，共計8種圖號(如表1所示)。

表1 常用新型重載道岔型號

3 道岔主要結構特點

3.1 切削基本軌加厚尖軌

曲線尖軌是重載道岔中更換最頻繁的部件之一，新型重載道岔結構設計中，首次采用了尖軌加厚技術，對基本軌軌頭工作邊進行一定量的水平切削，尖軌軌頭相應增厚，同時，鋼軌采用合金鋼鋼軌或U75V，U78CrV在線熱處理鋼軌，尖軌耐磨性能得到顯著提高。

3.2 轍叉

3.2.1嵌入式組合高錳鋼轍叉

為解決既有高錳鋼轍叉心、翼軌磨損及剝落掉塊的病害，采用了以高錳鋼材質為主體的嵌入式組合高錳鋼轍叉，由整鑄叉心、翼軌、叉跟軌、間隔鐵及高強螺栓連接而成。采用了嵌入式整鑄結構的叉心、雙咽喉結構、三次爆炸預硬化等新結構、新工藝，有效延長了轍叉的使用壽命。

3.2.2合金鋼組合轍叉

合金鋼轍叉因翼軌和心軌母材材質不同的特殊性，輪載轉移的復雜性，設計了翼軌加強型合金鋼組合轍叉和鑲嵌翼軌式合金鋼組合轍叉，最大限度地提高轍叉的使用壽命。

3.3 扣件系統

與既有線路墊板不同的是新型重載道岔墊板兩側設計U型槽，岔枕上預埋鐵座，用軌距塊、Ⅱ型彈條、T形螺栓等聯結件與墊板固定，該扣件系統具備足夠的抗橫向荷載能力。

4 道岔制造工藝研究

4.1 道岔執行的標準

1)TJ/GW 137—2015 27噸軸重重載道岔暫行技術條件。

2)TJ/GW 107—2013 30噸軸重重載道岔技術條件(暫行)。

3)標準設計圖紙中指明的技術要求。

4.2 道岔制造前期準備

為保證道岔的新材料、新結構制造質量，產品試制前期，開展了尖軌跟端熱加工工藝、高錳鋼叉心三次爆炸預硬化工藝研究。同時制作了軌件加工專用刀具、轍叉加工成型刀具、檢測量具和樣板等，確保了新技術措施的順利實施。

4.2.1尖軌跟端熱加工工藝研究

新設計了壓型模具，模具帶扭轉斜度，分別制作了U75V材質的60AT1-60 kg/m,60AT1-75 kg/m跟端壓型鋼軌(見圖1)，數量各3根，每根長度6 000 mm，對其進行化學成分、硬度、金相組織及硬化層深度檢驗。檢驗結果為：金相組織以索氏體為主，并有少量粗片狀珠光體和少量鐵素體，無異常組織出現，軌頭硬度為HB367,HB374，化學元素含量均滿足TB/T 2635熱處理鋼軌技術條件的要求，尖軌根端熱處理如圖2所示。

4.2.2轍叉實體試件表面爆炸預硬化后硬度測試

對試驗轍叉心軌15 mm～45 mm斷面頂面經過三次爆炸預硬化處理后，測量不同深度的硬度值，結果顯示：其表面硬度從初始的HB200提高至HB406，硬化層深度達到30 mm以上。經過爆炸硬化后的轍叉基體仍保持奧氏體結構，具有非常好的韌性，形成上硬下軟的結構，構成材質的良好匹配，既可充分保證安全性，又能提高轍叉使用初期的耐磨性能。錳叉心爆炸硬化后實體深度—硬度測試曲線見圖3。

4.2.3加工刀具

中鐵寶橋集團有限公司根據產品結構特點，制作多把專用加工刀具(見圖4，圖5)，保證了產品加工精度。

4.2.4檢測量具及樣板

中鐵寶橋集團有限公司為更精確的測量產品，提高檢測手段，制作多種檢測量具及樣板(見圖6～圖9)。

4.3 主要部件制造工藝研究

本次工藝攻關的重點是軌件、板件等在既有成熟的道岔制造工藝基礎上，再次細化工藝，將重要零部件、關鍵工序對各生產班組進行工藝交底，并制定合理的工藝流程，控制尺寸精度。

4.3.1基本軌

工藝過程：下料、鋸切、標識→調直、數控鉆孔→銑軌頭及密貼邊→調直(頂彎)→除銹、涂裝→組裝。

加工控制重點：基本軌工作邊水平銑削后鋼軌頂面R圓弧的加工，密貼邊水平銑削長度的加工及過渡范圍，以及孔系位置的精準。

工藝措施：采用成型刀具，通過基本軌銑削樣板，控制基本軌工作邊與尖軌的密貼加工精度；采用數控鉆床，有效控制孔系位置的準確性。

4.3.2尖軌

工藝過程：下料、鋸切、標識→跟端壓型、熱處理→調直→二次下料、鋸切→銑成型段軌底→數控鉆孔→矯調→銑短肢側軌肢、軌腰螺栓槽→銑工作邊和非工作邊帽型→銑軌頭非工作邊→銑軌頭工作邊→銑軌頂降低值→鍛壓段探傷→時效→頂彎(調直)→除銹、涂裝→組裝。

加工控制重點：尖軌非工作邊的加工、尖軌工作邊與非工作邊的帽型加工、與電務配合接口尺寸。

工藝措施：通過技術交底，讓操作員工了解尖軌設計理念，確保加工正確；采用成型刀具，通過帽型加工樣板、輪廓儀、電務接口樣板，控制尖軌軌頂面輪廓和電務配合接口尺寸。

4.3.3轍叉

1)錳叉心制造。

錳叉心鑄造采用先進的VRH造型工藝，電弧爐氧化法冶煉鋼水，光譜分析儀精確控制鋼水化學成分。水韌處理過程采用數控熱處理技術，工藝過程綠色環保。

機加工工藝過程：一次調直劃線→銑軌底→銑端頭→二次調直劃線→銑軌頂→銑工作邊及圓弧→銑翼軌工作邊圓弧→三次調直→打磨及拋光→爆炸預硬化→四次調直、復線→修整工作邊及圓弧→銑鉆孔→銑翼軌外側→成型加工打磨及拋光→五次調直→打磨成型→檢驗。

三次爆炸預硬化工藝過程：錳叉心行車表面進行全長三次爆炸預硬化，硬化前表面硬度為HB(170～229)，硬化后表面硬度不小于HB321。硬化范圍包括轍叉全長軌頂面、工作邊及圓弧。

2)軌件加工。

叉跟軌工藝過程：下料→鋸切→標識→鉆孔→頂彎→銑非工作邊軌底→銑工作邊軌底→銑軌頭非工作邊→銑軌頭工作邊→銑降低值→精調→探傷→打磨→組裝→銑。

翼軌工藝過程：下料→鋸切→標識→鉆孔→銑3×φ65孔→頂彎→銑非工作軌底→銑工作邊軌底→銑軌頭工作邊→銑跟端軌頂面→頂扭→精調→探傷→組裝。

3)轍叉組裝。

叉心與叉跟軌組裝→機加工人字尖→人字尖與翼軌組裝→固定墊板→擺放膠墊→組裝墊板→組裝支距扣板→檢驗→除銹、涂裝。

4.3.4護軌

下料鋸切→鉆孔→銑工作邊、軌頂降低值→時效→矯調→除銹、涂裝→包裝。

4.3.5墊板

劃線→下料→調平→劃線、銑斜面及各平面→銑底板兩端U型槽→銑底板倒角→打印標記→劃線(劃鐵座、臺板、導鐵、擋條等焊接線)→組焊→調平→防銹處理→組裝、包裝。

加工控制重點：墊板長度公差、底板U型槽的對中、滑床臺板焊接后的底面平面度，控制滑床臺板與承軌槽相對高差。

工藝措施：為保證軌距塊的安裝將墊板兩側U型槽間距公差控制在±0.5 mm以內，加工時，以墊板U型槽為加工基準；通過前期開發的專用檢測量具有效控制臺板與底板的相對高差。

5 新型重載道岔的應用

新型重載道岔在大秦線遷安北站、神朔線神木北站試用，試用效果達到了預期研制目標。用于該項目研究成果的道岔主要部件——尖軌在遷安北站上道使用241 d，使用壽命是原曲線尖軌的4倍；尖軌在大同南站上道使用206 d，使用壽命是原曲線尖軌的2.9倍；嵌入式組合高錳鋼轍叉在大秦線上道使用338 d，使用壽命是原轍叉的3.7倍，通過總重2.86億t。在神朔線神木北站21號岔位鋪設的尖軌通過總重達到了6.70億t，嵌入式組合高錳鋼轍叉通過總重4.43億t。

2014年，中鐵寶橋集團有限公司為山西中南部鐵路通道生產196組60 kg/m鋼軌12號、18號單開道岔(30 t軸重)；2015年，為張唐重載鐵路生產90組75-12號、18號新型重載道岔(30 t軸重)；2017年—2018年，為浩吉鐵路生產353組60 kg/m鋼軌12號、18號單開道岔(27 t軸重)，創造了良好的經濟效益和社會效益。同時，減少了現場養護維修工作量，節約了大量人力、物力資源。

6 結語

新型重載道岔的研制成功，為我國重載道岔的新技術、新材料、新工藝的研發及道岔的制造、鋪設等提供了大量可借鑒的先進技術，提高了大軸重下道岔使用壽命，減少了養護維修工作量。同時，也為我國重載道岔走出國門奠定了基礎。