36 號同側(cè)曲線單開道岔加工工藝研究

劉高巖

（鐵科（北京）軌道裝備有限公司，北京 102200）

根據(jù)京沈客專可行性研究及初步設(shè)計文件，京沈客專北京動車運用所擬建于鐵科院環(huán)行試驗基地，即有環(huán)線內(nèi)側(cè)。標(biāo)定試驗線一期建設(shè)需要與現(xiàn)有正圓形曲線大環(huán)試驗線接軌，故需設(shè)計并鋪設(shè)曲線道岔。道岔通常鋪設(shè)在直線上，國內(nèi)無在曲線上鋪設(shè)道岔的先例。同側(cè)曲線（TKZ-36）單開道岔為京沈客專線星火樞紐項目采購的新型道岔，本文主要根據(jù)道岔的結(jié)構(gòu)特點以及現(xiàn)有設(shè)備情況，確定適用同側(cè)曲線道岔、大號碼道岔的加工工藝、組裝工藝及運轉(zhuǎn)方案。

1 主要尺寸及技術(shù)參數(shù)

道岔平面尺寸如圖1 所示，其主線（下股）為大環(huán)曲線，半徑為1 432.39 m，允許通過速度為160 km?h-1；支線（上股）半徑為2 000 m，允許通過速度為80 km?h-1，列車軸重不大于25 t。道岔的軌下基礎(chǔ)采用混凝土岔枕和有砟道床，全部岔枕均垂直于R2000717.5 工作邊，其間距按此鋼軌工作邊量計，并且均超出R2000717.5 工作邊582.5 mm（牽引點兩側(cè)岔枕除外）。除轉(zhuǎn)轍器牽引點及兩側(cè)可動心軌轍叉牽引點外，其他岔枕間距均為600 mm。轉(zhuǎn)換設(shè)備采用分動外鎖閉，多機多點牽引方式。道岔軌距均為1 435 mm（構(gòu)造加寬除外）。

圖1 道岔平面尺寸

2 結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)分析

2.1 轉(zhuǎn)轍器

2.1.1 轉(zhuǎn)轍器結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)轍器部分設(shè)置有6 個牽引點，采用分動鉤形外鎖閉裝置，且間隔設(shè)置有輥輪滑床板和防跳限位裝置，跟端采用雙限位器結(jié)構(gòu)。

2.1.2 基尖軌結(jié)構(gòu)

基本軌采用60 kg?m-1的鋼軌制造，長度為42 575 mm ；尖軌采用材料為60AT2，長度為40 625 mm 的半切線型彈性可彎尖軌；尖軌尖端為藏尖式，工作邊補充刨切3 mm。

2.2 可動心軌轍叉

2.2.1 轍叉結(jié)構(gòu)

可動心軌轍叉采用鋼軌組合型，心軌采用60AT2鋼軌制造，跟端采用雙肢彈性可彎式，翼軌采用60TY1 與60 kg?m-1的鋼軌焊接而成；護軌為分開式，采用33 kg?m-1的槽型鋼軌制造。轍叉部分設(shè)置有3 個牽引點，采用分動鉤形外鎖閉裝置。

2.2.2 轍叉加工分析

由于此道岔號數(shù)不同于普通國鐵產(chǎn)品，沒有成熟經(jīng)驗，因此翼軌的2#、3#彎折點部位需要做反圓弧試驗來確定銑削參數(shù)。

2.3 試鋪

此36 號道岔線型為雙曲線，全長超百米，確定定位基準(zhǔn)難度大，定位精度受場地大小、基準(zhǔn)精度以及量具精度的影響較大。針對同側(cè)曲線道岔的試鋪難題，結(jié)合廠內(nèi)組裝臺位和生產(chǎn)情況，36 號道岔采用鋼板焊接托盤試鋪。

3 加工工藝研究

3.1 長鋼軌下料

36 號道岔的軌件較長，在下料時因聯(lián)合鋸鉆、軌底銑床、數(shù)控鉆等機床長度的限制，需要制作加長托輥延長上下料架，以保證軌件在機床順利加工。

因為軌件過長廠房寬度有限會帶來轉(zhuǎn)向過跨的問題，所以需要提前確定道岔方向，將原材料按加工和試鋪方向進廠，避免廠內(nèi)轉(zhuǎn)向。

3.2 長鋼軌鉆孔工藝研究

因為基本軌和尖軌長度都超過40 m，已經(jīng)超出數(shù)控鉆孔機床工作臺的行程，基本軌、尖軌無法實現(xiàn)一次裝卡用一個數(shù)控程序加工完成，所以采用分段程序加工。先加工前端1#程序至軌件中部的相鄰孔，之后再加工后端2#程序。加工2#程序時，將1#程序最后一孔作為2#程序起點的定位基準(zhǔn)，且兩個程序應(yīng)輸入同一動力頭。另外，加工時還需要設(shè)計一套孔定位工裝，以保證柱形外圓與定位孔的孔徑一致，并將定位塊端面銑平、打磨光滑，從而保證定位精度。

3.3 加工設(shè)備刀具選擇

尖軌原材材質(zhì)為高強度高韌性的U75VG 鋼軌，軌件長度和加工量較大，加工的部位也較多，對加工刀具和刀片的要求比較高，因此采用進口刀片[1]。

3.4 基本軌工藝流程開發(fā)

加工基本軌時可以按照以下工藝流程：下料→調(diào)直→鉆孔倒角→銑削工作邊軌頭下顎5 mm →銑削1:4.47 下顎（直線）→銑削下顎出刀處折線→調(diào)成品。

3.5 尖軌工藝流程開發(fā)

加工尖軌時可以按照以下工藝流程：下料→模鍛→銑削飛邊→跟端整體熱處理→打砂→探傷→調(diào)頂→二次下料→銑削跟端軌底→調(diào)臺扭斜→鉆孔倒角→銑削前端二三五刨→銑削2 040 mm 斷面的2×2 倒角→銑削軌腰槽→銑削短肢軌底一刨→銑削刨切起點后軌頂通長→銑削跟端工作邊→銑削跟端非工作邊帽型、銑削跟端彈性可彎段→調(diào)成品→探傷。

3.5.1 尖軌銑削方案研究

工藝路線的制定會直接影響軌件的加工質(zhì)量、機床設(shè)備的利用率以及完工日期，從而影響產(chǎn)品的產(chǎn)量。為平衡質(zhì)量和產(chǎn)量，設(shè)計了兩次裝夾分段加工的方式，即先銑削前半段二三五刨、軌底及軌腰槽，再銑削后半段的軌頭雙帽型和彈性可彎段。加工過程中只有前半段較為耗時。其優(yōu)點是在加工36 號尖軌時，數(shù)控銑床的另一個龍門可正常銑削其他產(chǎn)品軌件，從而提高機床利用率；缺點是需要二次裝夾，軌頂帽型接刀的難度較大。

3.5.2 尖軌銑削程序開發(fā)

由圖1 可知，尖軌軌腰中心線為曲線，然而在數(shù)控銑床電磁吸盤裝夾時，鋼軌必須平直，因此在編制程序前必須繪制尖軌軌腰中心線處于直線狀態(tài)下的線型圖，并根據(jù)各斷面非工作邊偏中值畫出多條圓曲線，各點誤差需控制在±0.05 mm，以保證尖軌的加工精度。

尖軌第二次裝夾銑削時，軌頭雙帽型接刀是加工難點。加工時，可以將五刨銑削頂面程序分段編制，以尖軌尖端向后21 000 mm 為分界點，嚴(yán)格控制兩段程序在分界點處刀具的Z 值和Y 值，保證鋼軌分段銑削時接刀點處的軌頂面直線度控制在0.2 mm?m-1，輪廓偏差控制在＜0.2 mm[2]，以解決因工藝路線導(dǎo)致的接刀直線度問題。

3.6 翼軌加工工藝

加工翼軌60TY1 段時可以按照以下工藝流程：下料→鉆孔倒角→全長調(diào)直→銑削軌頂及非工作邊圓?。ūＷC軌高為176±0.3 mm）→銑削后端軌頭工作邊→銑削焊接端軌頭工作邊（保證軌頭寬度為71±0.5 mm）→銑削二動軌底及后端軌底→銑削工作邊下顎→銑削實際咽喉前軌頭工作邊及頂面圓?。ūＷC頂面光帶為35.5±4 mm，并在趾端預(yù)留4 mm 加工量）→淬火前調(diào)頂→淬火→時效→調(diào)頂扭斜→銑削工作邊和非工作邊軌頂假輪緣→銑削一動軌底→銑削趾端4 mm 預(yù)留量→非工作邊調(diào)直→焊接。加工翼軌60 kg?m-1的鋼軌段時可以按照以下工藝流程：下料鋸切→銑削軌底→全長調(diào)直→與60TY1 段焊接→打磨→正火、探傷→鉆孔倒角→調(diào)成品→探傷。

3.7 長心軌加工工藝

加工長心軌的工藝流程為：下料→模鍛→銑削飛邊→跟端整體熱處理→打砂→探傷→調(diào)頂→二次下料→銑削跟端軌底→探傷→調(diào)頂→鉆孔倒角→銑削軌頭兩側(cè)工作邊→銑削前端防跳臺及20 mm 斷面前降低值→銑削長肢側(cè)五刨及軌頂通長→銑削跟端工作邊→銑削跟端非工作邊及軌頂通長→銑削兩側(cè)軌底→銑削尖端補充刨切→銑削前端軌底10 mm 平臺→銑削一動軌底圓弧→調(diào)頂→銑削短肢側(cè)軌頭0.9 mm →銑削短肢側(cè)軌頭1:4 下顎→調(diào)成品→探傷。

3.8 短心軌加工工藝

加工短心軌的工藝流程為：下料→模鍛→銑削飛邊→跟端整體熱處理→打砂→探傷→調(diào)頂→二次下料→銑削跟端軌底→探傷→調(diào)頂→鉆孔倒角→銑削二三五刨及軌頂通長→銑削跟端工作邊→銑削跟端非工作邊及軌頂通長→銑削兩側(cè)軌底→銑削四刨（軌底寬做負差）→銑削20～40 mm 斷面的2×2 倒角→調(diào)成品→探傷。

3.9 護軌加工工藝

護軌采用UIC33 槽型軌，加工工藝流程為：下料鋸切→鉆孔倒角→銑削護軌兩端工作邊→銑削兩端工作邊開口→銑削兩端軌頂降坡→調(diào)成品。

4 軌件調(diào)頂工藝研究

同側(cè)曲線中基本軌需進行調(diào)頂，上股導(dǎo)曲線半徑為2 000 m，下股導(dǎo)曲線半徑為1 432.39 m，使用現(xiàn)有廠制頂鎬即可調(diào)成品。加工時，翼軌的頂彎方法為：首先，進行翼軌2 號彎和3 號彎反圓弧銑削實驗；其次，根據(jù)鋼軌頂彎實際變形區(qū)域，通過CAD 繪圖模擬反彎圓弧起點、端點和半徑，并編制銑床程序[3]；最后，用60TY 軌料頭做頂彎實驗，經(jīng)過5 次銑削、頂彎和調(diào)整程序，確定反圓弧的位置及大小，使翼軌調(diào)頂之后密貼段的直線度達到0.2 mm?m-1。此加工方法省去了調(diào)頂后再由刨床刨修2 號彎和3 號彎位置直線度的工序。

5 組裝工藝研究

開發(fā)36 號同側(cè)曲線道岔試鋪流程為：準(zhǔn)備試鋪平臺→鋪設(shè)枕下基礎(chǔ)→鋪設(shè)岔枕→擺放板下橡膠墊板→擺放鐵墊板→鋪設(shè)基本軌、尖軌及其組件→鋪設(shè)轍叉組件→安裝其他軌件及零部件→檢測、調(diào)整→安裝轉(zhuǎn)換設(shè)備→檢查、精調(diào)、維護、驗收[4-5]。其中道岔組裝分初調(diào)與精調(diào)兩個步驟，技術(shù)人員分別制訂了相應(yīng)技術(shù)要求及注意事項。

5.1 道岔初調(diào)

道岔初調(diào)主要指試裝平臺調(diào)試、岔枕擺放和道岔部件連接，以保證道岔的方向、水平、線型和密貼等符合要求，具體工作過程中要確保道岔鋼軌件的軌距、支距等主要檢測項目合格，重點確認道岔試裝平臺是否水平、岔枕和墊板位置擺放是否準(zhǔn)確以及鋼軌件連接和扣壓件的安裝是否正確。

5.1.1 定位基準(zhǔn)確定

組裝時，采用在鋼板上點焊岔枕拖盤擺放岔枕的方法試鋪，為解決道岔方向定位困難和試鋪場地寬度限制的問題，需要繪制等比例圖，在CAD 中模擬同側(cè)雙曲道岔的鋪設(shè)，以保證試鋪空間充足，防止與車間內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干涉。必要時可調(diào)轉(zhuǎn)道岔方向，以利用有限空間鋪設(shè)道岔。

5.1.2 枕下基礎(chǔ)固定

枕下基礎(chǔ)的固定步驟為：先在地面鋪設(shè)膠墊，然后在膠墊上鋪設(shè)鋼板并以焊接的方式使其連接，再在鋼板上焊接托盤底座，最后在托盤底座上放置托盤和岔枕。底座和托盤定位完成后的情況如圖2 所示。其中托盤底座定位比較困難，可以采取根據(jù)岔枕長度、位置和岔枕拖盤定位基準(zhǔn)繪制岔枕拖盤放樣圖，然后根據(jù)放樣圖在鋼板上畫出每個岔枕拖盤的位置并點焊固定的方式進行定位。

圖2 底座和托盤定位

5.1.3 岔枕的定位和調(diào)整

具體實施方式為：由于此道岔沒有直線基準(zhǔn)，根據(jù)繪制的等比例圖，利用繪圖軟件找出一條貫穿整組道岔岔枕的基準(zhǔn)線，明確基準(zhǔn)線在每根岔枕上的位置尺寸，并利用樣板在每根岔枕上畫出基準(zhǔn)線，從而確定岔枕位置。岔枕擺放位置如圖3 所示，擺放完成后再進行橡膠墊板和鐵墊板的擺放，之后再進行道岔軌件安裝。道岔部件連接如圖4 所示。

圖3 岔枕擺放位置

圖4 道岔部件連接

5.2 道岔精調(diào)

道岔精調(diào)主要是嚴(yán)格按照檢驗項目逐項調(diào)整頂鐵縫隙、基尖軌密貼、臺板縫隙、最小輪緣槽以及道岔水平方向、線型等，以確保鋪設(shè)道岔符合質(zhì)量要求。同側(cè)曲線道岔成品如圖5 所示。

圖5 同側(cè)曲線道岔成品

6 結(jié)語

36 號同側(cè)曲線道岔軌件的主要機加工均采用數(shù)控機床加工完成，使產(chǎn)品達到了圖紙要求，從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量，為組裝提供了很大的便利。通過上述工藝流程的編制、工藝參數(shù)的確定、工裝量具的設(shè)計以及對工藝流程的監(jiān)督，36 號同側(cè)曲線道岔的生產(chǎn)順利完成，為公司生產(chǎn)大號碼道岔提供了可行性方案。