珠海項(xiàng)目城市有軌電車槽型軌道岔加工工藝研究

周璇

摘 要 為了解決交通阻塞、汽車尾氣排放量劇增、噪音超標(biāo)，嚴(yán)重污染城市空氣質(zhì)量和環(huán)境質(zhì)量等問題，城市地鐵和輕軌交通扮演了主角。隨著國(guó)內(nèi)交通快速發(fā)展，城市軌道交通發(fā)展迅猛，大連、上海、天津陸續(xù)建成有軌電車線路。在沈陽(yáng)有軌電車成功交付后，珠海有軌電車項(xiàng)目也相繼開展。本文介紹了珠海項(xiàng)目槽型軌（60R2）道岔中6號(hào)單開道岔的主要尺寸，技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，重點(diǎn)分析了各個(gè)軌件的加工工藝以及加工難點(diǎn)。其中，由于6號(hào)單開道岔沒有采用新型式的合金鋼轍叉形式，所以借鑒同項(xiàng)目中單曲交叉中的轍叉加工難點(diǎn)進(jìn)行分析。槽型軌道岔所用軌件的加工部位與常規(guī)類道岔軌件的區(qū)別較大，所以在工藝路線的制定、銑削部位的先后順序以及工裝刀具的選擇都需要仔細(xì)思考。

關(guān)鍵詞 有軌電車;槽型軌;單開道岔;加工工藝

緒論

目前，愈來愈多的城市開始大力發(fā)展城市軌道交通，國(guó)外已有超過50個(gè)國(guó)家和地區(qū)、400多個(gè)城市建設(shè)運(yùn)營(yíng)了現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)。尤其是歐洲，現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)應(yīng)用廣泛。包括薩拉戈薩、馬賽、尼斯、巴黎等城市都在大規(guī)模興建現(xiàn)代有軌電車。國(guó)內(nèi)已有40多個(gè)城市正在規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)有軌電車[1]。

珠海項(xiàng)目中槽型軌（60R2）道岔是在調(diào)研和總結(jié)奧鋼聯(lián)BWG槽型軌道岔設(shè)計(jì)制造和使用維護(hù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上研制開發(fā)的新型道岔，在設(shè)計(jì)中采用了新設(shè)計(jì)思路和新結(jié)構(gòu)，并對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真等分析計(jì)算，已經(jīng)在沈陽(yáng)、珠海等城市有軌電車項(xiàng)目的正線整體道床道岔鋪設(shè)使用，以有軌電車珠海項(xiàng)目CNRC3101中的部分軌件以及CNRC3011中的轍叉部分為例[2]。

1主要尺寸及技術(shù)參數(shù)

道岔平面尺寸見圖1。

道岔全長(zhǎng)15250mm，前長(zhǎng)（a）4800mm，后長(zhǎng)（b）10450mm，基本軌長(zhǎng)度7324mm，尖軌長(zhǎng)度5056mm;導(dǎo)曲線半徑R50717.5m;采用固定型轍叉，直側(cè)股軌距均為1435mm;允許速度直向：V≤70 km/h，側(cè)向：V≤20 km/h。

2主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 基本軌

基本軌采用60R2槽型軌，下顎補(bǔ)充刨切5mm。

2.2 尖軌

尖軌采用50AT貝氏體鋼5056mm彈性可彎尖軌;尖軌尖端為藏尖式，工作邊補(bǔ)充刨切3mm;由于基本軌進(jìn)行補(bǔ)充刨切，使得尖軌機(jī)加工段軌頭加寬（80mm處軌頭寬度為7.4mm），增強(qiáng)了尖軌的使用壽命;為保證最小輪緣槽寬度，防止車輪輪背沖擊尖軌，非工作邊軌頭刨切起點(diǎn)處前340.6mm至后239.8mm范圍內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)充刨切;尖軌跟端采用新型斜接頭;跟端軌底銑削R40、深13mm半圓槽，通過圓鍵與間隔鐵配合，限制尖軌縱向移動(dòng);見圖2。

2.3 墊板

考慮排水等因素，墊板為通長(zhǎng)的，滑床板也為通長(zhǎng)的，滑床板與墊板之間焊接了導(dǎo)水孔。

2.4 轍叉

轍叉結(jié)構(gòu)形式，鋼坯轍叉采用U75V鋼坯或者合金鋼坯進(jìn)行全機(jī)加工而成，淬火后硬度高達(dá)350HB以上，具有很高的耐磨性，銑削后通過閃光焊接與60R2導(dǎo)軌相連[3]。

2.5 護(hù)軌

設(shè)置UIC33護(hù)軌。該護(hù)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，護(hù)軌更換較為方便。該類型護(hù)軌大量用于沈陽(yáng)59R2鋼軌6號(hào)正線單開道岔，加工方案成熟穩(wěn)定。

2.6 附加結(jié)構(gòu)

有軌電車都是在城市中使用，所以對(duì)道岔的封閉性要求很高，為了防止雜物進(jìn)入轉(zhuǎn)轍機(jī)影響尖軌擺動(dòng)和密貼，設(shè)置了蓋板和立墻。

3重點(diǎn)加工工藝研究

3.1 基本軌

（1）基本軌工藝流程如下直基本軌：下料→調(diào)直→鉆孔→銑削1：6下顎（直線）→銑削1：6下顎補(bǔ)充刨切（折線）→銑削補(bǔ)充刨切剩余的凸臺(tái)→銑削軌頭R13圓弧→銑削前、后軌頭耳部輪緣槽→銑削軌底→銑削下顎進(jìn)刀、出刀處圓弧→調(diào)成品。

曲基本軌：下料→調(diào)直→鉆孔→銑削軌底→頂前端彎折→銑削1∶6下顎（直線）→銑削1：6下顎補(bǔ)充刨切（折線）→銑削補(bǔ)充刨切剩余的凸臺(tái)→銑削軌頭R13圓弧→銑削前、后軌頭耳部輪緣槽→銑削下顎進(jìn)刀、出刀處圓弧→調(diào)成品

（2）基本軌加工難點(diǎn)

曲基本軌和直基本軌的工藝路線不一樣，是因?yàn)榍拒壍膹澱埸c(diǎn)在下顎密貼段，銑削下顎后再調(diào)頂容易導(dǎo)致密貼面直線度超差，影響和尖軌的密貼。根據(jù)《珠海有軌電車道岔暫行技術(shù)條件》中對(duì)基本軌軌頂面及工作邊（軌頂面有降低值的除外）直線度為0.4mm/1m和藏尖式尖軌轉(zhuǎn)轍器的基本軌與尖軌的貼合面切削的斜度內(nèi)傾偏差應(yīng)≤1∶80，不允許外傾的要求。基本軌的工藝難點(diǎn)在軌頭下顎的補(bǔ)充刨切和成品的調(diào)頂[4]。

1）基本軌下顎加工

按常規(guī)產(chǎn)品的思路來加工60R2基本軌下顎的補(bǔ)充刨切容易導(dǎo)致軌頭銑削5mm的同時(shí)軌腰也被銑削5mm，因?yàn)?∶6下顎的銑刀在銑削平直下顎到位的時(shí)候銑刀下部已經(jīng)與軌腰貼平（在鋼軌軌頭不偏中的情況下），再補(bǔ)充刨切就會(huì)傷到軌腰，所以加工補(bǔ)充刨切時(shí)時(shí)我們把刀具的高度抬高28mm，這樣既能滿足軌頭補(bǔ)充刨切，又能保證1∶6下顎的深度。

下顎補(bǔ)充刨切后在使用軌頭卡尺測(cè)量時(shí)不能以實(shí)際測(cè)量（軌頂面下14mm處）的數(shù)值為準(zhǔn)，因?yàn)榛鞠骂€是內(nèi)傾1∶6斜度，補(bǔ)充刨切5mm后，已經(jīng)加工到軌頂?shù)腞13圓弧，測(cè)量得到的是軌頂面下6mm位置的寬度，要比實(shí)際的寬度大。刀具與R13圓弧交點(diǎn)距軌頂面是6mm，斜度為1∶6，通過計(jì)算，B=B-（14-6）/6=52.3-1.3=51，所以實(shí)際的寬度等于測(cè)量的數(shù)值減去1.3mm，見圖7。

2）基本軌調(diào)頂

由于60R2槽型軌軌型特殊，軌腰厚度僅為12mm，調(diào)頂時(shí)軌腰受力變形量很大，而軌頭所產(chǎn)生的變形量很小，為了達(dá)到調(diào)頂支距的要求，軌腰容易斷裂（如果以軌頭為支點(diǎn)進(jìn)行調(diào)頂容易將輪緣槽一側(cè)的“耳部”擠壓變形），所以我們根據(jù)60R2槽型軌斷面設(shè)計(jì)了仿形的鎬頭進(jìn)行調(diào)頂，使得軌頭和軌腰同時(shí)受力，提高了槽型軌調(diào)頂?shù)馁|(zhì)量。

3.2 尖軌

（1）尖軌的工藝流程

下料→調(diào)直→鉆孔→銑削前段二三五刨、銑削刨切起點(diǎn)后段二三五刨、銑削斷肢側(cè)軌底、銑削軌腰槽、銑削跟端45°斜、銑削長(zhǎng)肢側(cè)軌底、銑削跟端R40鍵槽→調(diào)成品→與基本軌進(jìn)行調(diào)配

（2）尖軌的加工難點(diǎn)

根據(jù)《珠海有軌電車道岔暫行技術(shù)條件》中對(duì)尖軌斷面尺寸的要求如下：

尺寸及部位 b H

尖端及軌頭寬5mm斷面 軌頭寬10mm及以上斷面 尖端及軌頭寬5mm斷面 軌頭寬20mm

～30mm斷面 軌頭寬50mm及以上斷面

續(xù)表

允許

偏差 0

-0.5 ±0.5 0

-2.0 0

-2.0 ±0.5

a.加工部位多，加工量大

尖軌的材質(zhì)為貝氏體鋼軌，具有高強(qiáng)度高韌性，加工的部位較多，并且加工量大，對(duì)加工刀具和刀片的要求比較高，因此我們采用國(guó)外進(jìn)口刀片，并配備輪廓儀檢測(cè)由50AT整軌頭加工成60R2整軌頭的廓形尺寸。

b.頂彎工序與補(bǔ)充刨切工序難配合

為了保證最小輪緣寬度，尖軌非工作邊需要進(jìn)行補(bǔ)充刨切，在沈陽(yáng)項(xiàng)目，采用的工藝路線的是尖軌經(jīng)銑削、調(diào)成品后到刨床進(jìn)行刨切，此次我們采用的是模擬彎折點(diǎn)反變形圓弧的方法，在頂彎前對(duì)非工作邊線型進(jìn)行特殊處理，保證非工作邊相對(duì)于軌腰的位置度，在加工尖軌前段二刨時(shí)一并將補(bǔ)充刨切段用二刨銑刀加工反圓弧銑削到位，最后調(diào)頂成品，減少了刨切工序，提高了尖軌加工效率，使得產(chǎn)品的外觀質(zhì)量更好。

3.3 通長(zhǎng)墊板加工難點(diǎn)

通長(zhǎng)墊板的加工難點(diǎn)在于底板和滑床臺(tái)板經(jīng)墊塊的焊接后產(chǎn)生變形影響滑床臺(tái)面的平面度。

《珠海有軌電車道岔暫行技術(shù)條件》要求：轉(zhuǎn)轍器大墊板底面平面度不大于1.5mm，臺(tái)板平面度不大于0.5mm，其余鐵墊板底面平面度為1.0mm;各種與鋼軌底面接觸的臺(tái)板在焊接后與底板的平行度為0.5mm。

滑床臺(tái)板的作用表面，其粗糙度Ra≤12.5μm，厚度偏差，焊接后的滑床臺(tái)板表面至底板表面高度偏差為±0.3mm;尖軌軌底直線度和平面度應(yīng)使用專用測(cè)試臺(tái)進(jìn)行測(cè)量控制，測(cè)試臺(tái)上應(yīng)設(shè)有與滑床臺(tái)板作用一致的臺(tái)板，各臺(tái)板的上表面應(yīng)與軌底面接觸，若有間隙，不應(yīng)大于0.5mm，不應(yīng)連續(xù)出現(xiàn)0.5mm及以上的間隙。

通過學(xué)習(xí)和探討，我們?cè)诘装迳闲枰蛪|塊焊接的位置用激光切割加工出小于墊塊形狀的開口，在開口處進(jìn)行焊接，這樣焊接后底板產(chǎn)生的變形較小，然后焊接墊塊和頂面的滑床臺(tái)板（滑床臺(tái)板厚度預(yù)留2～3mm精加工量），經(jīng)四柱壓力機(jī)將底板調(diào)平，最后到銑床加工滑床臺(tái)面，這樣可以很好的保證滑床臺(tái)板的平面度。

3.4 轍叉加工難點(diǎn)

CNRC3011鋼坯轍叉采用U75V鋼坯或者合金鋼坯進(jìn)行全機(jī)加工而成，淬火后硬度高達(dá)350HB以上，具有很高的耐磨性，合金鋼轍叉的加工難點(diǎn)在于叉心的銑削、與相連導(dǎo)軌的閃光焊接和成品的調(diào)頂。

（1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)刀具要求高

叉心的很多加工部位在銑床使用成型刀具無法加工到位，一些細(xì)部尺寸需要到加工中心配球頭刀進(jìn)行銑削，這樣加工效率底，加工費(fèi)用昂貴。為此設(shè)計(jì)了4把刀具，將叉心在銑床進(jìn)行粗加工再到加工中心精加工。

（2）叉心與導(dǎo)軌焊接直線度難保證

轍叉心與導(dǎo)軌閃光焊接時(shí)由于槽型軌斷面比較復(fù)雜，焊接后工作邊和頂面容易出現(xiàn)錯(cuò)牙，并且焊接后輪緣槽內(nèi)部的焊渣不好打磨，我們將焊接后的轍叉到數(shù)控銑床利用成型刀加工輪緣槽和工作邊。

（3）叉心與導(dǎo)軌焊接后變形量大

焊接后的轍叉需要在四柱壓力機(jī)的工作臺(tái)上進(jìn)行1∶1放樣，根據(jù)放樣圖調(diào)頂。在直線度和頂彎支距不合格的時(shí)候還需要借助彎軌器，轍叉的寬度較大，而彎軌器自帶的工裝只適合單根鋼軌的調(diào)頂，所以制作了適用于轍叉的彎軌器工裝，很好地解決了這一問題，將鋼軌頂彎支距控制在偏差為 ?mm之內(nèi)。

4結(jié)束語(yǔ)

CNRC3101軌件及CNRC3011轍叉部分的主要工序均采用數(shù)控機(jī)床加工完成，使產(chǎn)品達(dá)到了圖紙要求，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)組裝提供了很大的便利，目前該道岔已完成鋪設(shè)，并順利交付使用。

工藝的改進(jìn)與創(chuàng)新是通過不斷的學(xué)習(xí)和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)的，要突破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及加工工序，我相信槽型軌單開道岔的工藝也會(huì)越來越完善，有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量，讓中國(guó)制造走向世界。

參考文獻(xiàn)

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