川藏鐵路道岔關鍵技術的研究

王 阿 利

(中鐵寶橋集團有限公司，陜西 寶雞 721006)

1 研究背景

川藏鐵路由成都平原經(jīng)川西高原、藏東高原至拉薩，海拔由500 m急劇攀升至近5 000 m，所經(jīng)過地區(qū)地質(zhì)及氣候條件極其復雜，氣候寒冷、缺氧、晝夜溫差可達30 ℃以上，常年凍土、崩塌、滑坡、泥石流、地震頻發(fā)等災害嚴重，與我國已建成的鐵路相比，具有地勢起伏大、地質(zhì)條件和氣候環(huán)境復雜的特點。道岔是直接影響行車安全性和平穩(wěn)性的關鍵基礎設施和鐵路技術裝備，是整個軌道系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)之一，它的設計、制造及鋪設技術水平直接影響著列車運行的安全性和旅客乘坐的舒適性。為此，很有必要研究川藏鐵路復雜環(huán)境及線路條件下道岔的關鍵技術，以確保道岔在惡劣環(huán)境下能夠安全運行。

2 延長關鍵零部件服役壽命的研究

2.1 延長曲線尖軌服役壽命

列車逆向進岔通過道岔側(cè)股時，由于慣性力及離心力作用，對曲線尖軌磨耗較為嚴重。為提高曲線尖軌的服役壽命，從四個方面采取優(yōu)化措施：第一，優(yōu)化道岔平面線型，盡可能采取較大的導曲線半徑，能有效降低列車對曲線尖軌的沖擊，減緩側(cè)向磨耗。第二，優(yōu)化曲線尖軌結構，增大前端薄弱小截面的軌頭寬度，在直基本軌與曲線尖軌密貼范圍內(nèi)，對尖軌軌頭進行加寬設計，采用水平藏尖式尖軌結構(見圖1)，通過銑削基本軌工作邊，以加粗尖軌非工作邊，對延長尖軌的服役壽命效果顯著。第三，從材質(zhì)上改善，曲線尖軌采用耐磨性能較好的合金鋼鋼軌或在線熱處理鋼軌，有利于減緩尖軌磨耗。第四，優(yōu)化制造工藝，對尖軌采用激光熔覆技術，能夠提高表面耐磨性，減小尖軌表面磨耗深度和接觸疲勞因子，并提高其表層的抗疲勞性能[1]。

2.2 延長轍叉服役壽命

根據(jù)青藏線玉珠峰站高錳鋼轍叉心軌、翼軌剝落掉塊問題，對轍叉問題進行了深刻的分析研究，主要原因是輪載轉(zhuǎn)移的復雜性、固定型轍叉受力條件的苛刻性等因素造成，從四個方面采取改進措施：第一，優(yōu)化固定型轍叉結構，加強翼軌、心軌沖擊較大部位的結構和材料強度，采用嵌入式高錳鋼組合轍叉、鑲嵌翼軌式合金鋼組合轍叉、鍛造高錳鋼組合轍叉等。第二，優(yōu)化固定型轍叉制造工藝，采用爆炸硬化方式提高轍叉關鍵部位硬度。第三，優(yōu)化高錳鋼轍叉材料成分，增加微量合金元素，增大材料強度。第四，采用可動心軌轍叉，為列車過岔提供連續(xù)的運行條件，避免固定型轍叉因有害空間而加劇輪軌的沖擊。

3 扣件穩(wěn)定性的研究

3.1 岔區(qū)采用彈性扣件

為提高扣件的扣壓力、防爬阻力，確保電務轉(zhuǎn)換設備在溫度變化幅度較大情況下能夠正常伸縮和轉(zhuǎn)換，一方面采用加強型Ⅱ型彈條(見圖2)，該彈條采用φ15 mm熱軋彈簧鋼，單個彈條扣壓力不小于12 kN，相對普通Ⅱ型彈條增大扣壓力，能夠增強道岔零部件的穩(wěn)定性和抗衡溫度變化能力。另一方面，在尖軌跟端空間狹小部位采用窄型彈條(如圖3所示)扣壓基本軌內(nèi)側(cè)，實現(xiàn)岔區(qū)內(nèi)全部彈性扣壓，較剛性扣壓更加穩(wěn)定可靠[2]。

3.2 滑床板、護軌墊板采用楔形調(diào)整彈片式扣件

滑床板(如圖4所示)、護軌墊板(如圖5所示)采用楔形調(diào)整彈片式扣件，屬專利技術，它解決了國內(nèi)長期困擾鐵路提速后軌道扣壓的彈性扣壓元件長期持續(xù)受壓、易疲勞斷裂的共性技術難題，近年在我國時速200 km道岔中大面積應用，其基本軌外側(cè)采用彈條扣壓，內(nèi)側(cè)采用楔形調(diào)整彈片式扣件，使得基本軌內(nèi)、外側(cè)軌肢均實現(xiàn)了彈性可靠扣壓，提高列車過岔的安全性。

楔形調(diào)整彈片式扣件的滑床臺內(nèi)腔設計有支撐凸臺和限位凸臺(見圖6)，從尾部槽口裝入彈片、楔形定位塊后，彈片中部與支撐凸臺接觸受壓彎曲，在軌肢產(chǎn)生扣壓力，實現(xiàn)靜態(tài)下彈性扣壓功能；列車通過時，在輪軌橫向力作用下，鋼軌外翻帶動彈片與限位凸臺接觸，限位凸臺在限制彈片產(chǎn)生過大變形量的同時，再次增加對軌肢的扣壓力，防止軌件爬行；列車通過后，橫向力消失，鋼軌恢復原狀，彈片與限位凸臺不再接觸，彈片承受的壓力減小，間接增加彈片強度儲備，延長其壽命，解決了彈性元件一直處于受壓狀態(tài)、動態(tài)下過變形易疲勞斷裂的共性技術難題。

3.3 設置防爬軌撐

為抵御基本軌因溫度力引起的縱向爬行和外傾，基本軌外側(cè)間隔設置防爬軌撐(見圖7)，通過螺栓與基本軌連接，并通過兩側(cè)板限制墊板移動，墊板通過岔枕螺栓與岔枕連接，從而使得基本軌、墊板和岔枕組成一個整體，限制了基本軌的縱向滑移，保證了道岔的穩(wěn)定性。

3.4 軌下、板下彈性墊板采用三元乙丙橡膠

三元乙丙橡膠(EPDM)是乙烯、丙烯以及非共軛二烯烴的三元共聚物，屬于聚烯烴家族，在所有橡膠當中EPDM具有最低的比重、極好的硫化特性，有耐氧化、抗臭氧和抗侵蝕的能力，而且具有較高的拉伸強度、良好的耐候性能，應用于鐵路道岔的軌下、板下彈性墊板的生產(chǎn)制造，能夠在嚴寒地區(qū)軌道扣件系統(tǒng)中仍具有良好的彈性性能。

4 減小尖軌電務轉(zhuǎn)換力的研究

從四個方面采取措施：第一，尖軌盡可能選取剛度較小的軌型，如60AT2鋼軌。第二，尖軌跟端采用彈性可彎式，將固定端前部的軌肢銑削一定長度，降低尖軌自身剛度。第三，在尖軌轉(zhuǎn)換扳動區(qū)段間隔設置帶偏心輥軸的輥輪滑床板(見圖8)，通過旋轉(zhuǎn)輥軸調(diào)整輥輪高度，將電務轉(zhuǎn)換過程中尖軌軌底與滑床臺表面的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，充分發(fā)揮輥輪優(yōu)勢，較大程度減小轉(zhuǎn)換阻力，提高了轉(zhuǎn)換的安全可靠性[3]。第四，滑床臺表面進行減摩處理，避免日常在滑床臺表面涂油，較大幅度減小了線路維護人員的工作量，同時避免涂油加快非金屬彈性墊板的老化和對線路環(huán)境的污染問題。

5 道岔工電接口防護的研究

針對牽引點處電務轉(zhuǎn)換機構因外露而存在尖軌、心軌轉(zhuǎn)換卡阻的安全問題，開發(fā)防護電務的整體式岔枕系統(tǒng)(見圖9)，將常規(guī)的牽引點前、后2根電務混凝土岔枕合并為1根帶底部結構的整體式電務專用混凝土岔枕，以增大岔枕自身的剛度及與道砟的摩擦力，同時能夠?qū)⒌理呐欧旁跔恳c以外的區(qū)域，避免了牽引點處道砟日常搗固，能夠為道岔轉(zhuǎn)換提供較好的穩(wěn)定性；同時在電務岔枕上設置防護裝置，為電務轉(zhuǎn)換桿件提供一個整潔、寬敞、溫暖的工作環(huán)境，避免異物堵塞和高寒氣候環(huán)境下冰雪封凍轉(zhuǎn)換桿件，確保電務轉(zhuǎn)換系統(tǒng)正常工作，提高道岔電務轉(zhuǎn)換的安全可靠性。

6 道岔少維護的研究

川藏鐵路的高原缺氧環(huán)境，使得道岔維護人員工作特別艱難，因此在道岔設計和制造中應能夠減少零部件的維護頻次，采用先進的遠程監(jiān)測系統(tǒng)，降低維護人員的勞動強度。

6.1 頂鐵、間隔鐵、防跳卡鐵等零件預留融雪接口

考慮川藏鐵路氣候嚴寒，道岔鋼軌軌腰需要安裝加強型融雪加熱條，必要時通過電加熱融化消除道岔零部件中的積雪、冰塊等雜物，避免人工清理。為此，與鋼軌加強型融雪加熱條裝配的頂鐵、間隔鐵、防跳卡鐵等零件需要在結構設計中預留加熱條安裝空間，確保道岔融雪系統(tǒng)能夠安裝應用。

6.2 螺栓設置機械防松機構

道岔長期受列車過岔的沖擊振動，螺栓、螺母在使用過程中因劇烈振動而松動或脫落，給線路養(yǎng)護維修帶來很大的工作量，并影響到行車安全。為減少維護人員養(yǎng)護連接件的勞動量，岔區(qū)垂直螺栓采用具有防松功能的施必牢蓋型全螺紋鎖緊螺母；限位器、間隔鐵的水平螺栓設置帶有內(nèi)十二邊形的機械防松機構(見圖10)，與螺栓或螺母通過安裝配合關系，限制螺栓或螺母松動，提高了道岔零部件的安全性。頂鐵用水平螺栓采用鋼軌墊圈+防轉(zhuǎn)片+開口銷的防松機構(見圖11)，便于頂鐵在裝配和使用過程中拆解、安裝。對于單獨的螺栓，在螺栓處增加單孔防轉(zhuǎn)鋼軌墊圈(見圖12)，安裝簡單，防轉(zhuǎn)安全可靠，易于操作。

6.3 零部件采取防銹蝕措施

為避免或減少零部件的銹蝕損壞，減少道岔養(yǎng)護維修工作量，有必要對道岔零部件采取防銹蝕處理，鋼軌件外表面均勻涂覆防銹漆，墊板采用靜電噴涂或石墨烯復合材料涂覆，螺栓、螺母、彈條等緊固件采用多元滲層防銹處理或“達克羅+封閉”處理,彈片采用電泳防銹處理，軌距塊、拉桿、連桿、接頭鐵、銷釘、銷軸采用電鍍鋅處理。

6.4 遠程監(jiān)控

川藏鐵路大多處于高原缺氧環(huán)境，沿途人員稀少，很多道岔處于無人值守站，如果道岔能夠利用高科技智能產(chǎn)品，通過安裝遠程監(jiān)控設備，可以隨時遠程查重道岔應用狀況，一旦出現(xiàn)質(zhì)量隱患，監(jiān)控設備就會在第一時間報警顯示故障信息，那么道岔的維護就科學先進許多、便捷許多。

7 結語

本文研究了川藏鐵路道岔的關鍵技術，為延長關鍵零部件服役壽命，對曲線尖軌優(yōu)化道岔平面線型和尖軌小斷面結構、選用耐磨鋼軌、采用激光熔覆技術，對轍叉優(yōu)化結構、材質(zhì)、制造工藝；為增強扣件穩(wěn)定性，岔區(qū)采用彈性扣件，滑床板和護軌墊板采用楔形調(diào)整彈片式扣件，基本軌設置防爬軌撐裝置，彈性墊板采用三元乙丙橡膠高分子材料；為減小尖軌轉(zhuǎn)換力，選取剛度較小的軌型、跟端采用彈性可彎結構，設置輥輪滑床板、滑床臺減摩處理；為減小道岔日常維護，頂鐵、間隔鐵、防跳卡鐵預留融雪加熱條安裝空間，螺栓設置防松功能，零部件防銹蝕處理，道岔設置遠程監(jiān)控設備。期望通過該研究，能對川藏鐵路道岔研制提供參考，能為減小川藏鐵路道岔維護人員勞動強度盡綿薄之力。