高速道岔制造與應(yīng)用常見問(wèn)題分析及措施

馮 毅

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

1 概述

道岔是鐵路線路的交叉點(diǎn)及薄弱環(huán)節(jié)，因其結(jié)構(gòu)與輪軌界面的關(guān)系復(fù)雜，是影響行車平穩(wěn)性與安全性的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。同時(shí)，道岔集成了軌道系統(tǒng)的各類結(jié)構(gòu)部件與技術(shù)特征，也集中體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家鐵道工程行業(yè)的技術(shù)水平。自主研發(fā)高速道岔通過(guò)十余年來(lái)的安全運(yùn)營(yíng)，驗(yàn)證了其在關(guān)鍵結(jié)構(gòu)、制造工藝、維護(hù)技術(shù)等方面的合理性，為進(jìn)一步在制造與維護(hù)方面的優(yōu)化提升積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，但在細(xì)節(jié)方面還存在一定的提升空間。本文結(jié)合高速道岔多年來(lái)上道運(yùn)營(yíng)的常見問(wèn)題，針對(duì)其形成的原理進(jìn)行了分析論證并提出優(yōu)化措施。

2 高速道岔影響列車通過(guò)平順性的常見問(wèn)題及措施

高速鐵路必須有高平順性的軌道和道岔，分析高速道岔平順性的影響類型并制定控制措施,是工務(wù)工作始終面對(duì)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，也是貫穿于高速道岔設(shè)計(jì)、制造、鋪設(shè)、養(yǎng)護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)中的最為重要的指導(dǎo)思想。自主研發(fā)高速道岔自投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)岔區(qū)存在多類型的不平順，主要有幾下幾個(gè)方面。

2.1 尖軌或心軌的軌頂輪廓不良造成接觸不平順

列車通過(guò)道岔區(qū)過(guò)程中，因鋼軌輪廓不良而引起接觸點(diǎn)的變化，形成了輪軌接觸不平順，也是造成行車過(guò)程“蛇行運(yùn)動(dòng)”的激勵(lì)源，其最直觀的反應(yīng)就是軌頂光帶異常。

部分高速道岔上道運(yùn)營(yíng)后出現(xiàn)局部晃車，軌頂面出現(xiàn)光帶的反復(fù)變化或形成了雙光帶(如圖1,圖2所示)，尤其在轉(zhuǎn)轍器尖軌或轍叉心軌范圍內(nèi)較為常見，這是由于軌頂輪廓不良，導(dǎo)致輪軌接觸點(diǎn)的反復(fù)變化造成的。

造成高速道岔尖軌或心軌軌頂輪軌接觸不良，是多方面因素共同作用形成的，主要從以下幾個(gè)方面分析其成因及措施：

1)尖軌與心軌在制造和檢驗(yàn)過(guò)程中，未正確理解軌頂輪廓的設(shè)計(jì)要求。

在自主研發(fā)高速道岔的研制初期，國(guó)內(nèi)部分道岔制造企業(yè)未正確理解道岔設(shè)置“軌頂坡”的設(shè)計(jì)要求，錯(cuò)誤地認(rèn)為尖軌與心軌的軌頂坡是1∶40的斜平面與軌頂面多段圓弧相切而形成的軌頂“帽形”，進(jìn)而設(shè)計(jì)了不合理的軌頂輪廓仿形銑刀刀具進(jìn)行加工(見圖3)，雖然后期逐步演化為通長(zhǎng)60AT2鋼軌的軌冠輪廓，但仍與理論設(shè)計(jì)要求存在差異。由此造成了行車過(guò)程中列車輪對(duì)通過(guò)道岔尖軌與心軌范圍時(shí)，形成了輪軌的接觸不良，造成光帶異常和晃車。

解決的措施：高速道岔的尖軌、心軌均采用60AT2鋼軌加工，其軌頭輪廓與基本軌的60 kg/m鋼軌軌頭輪廓存在一定差異，為保證列車輪對(duì)通過(guò)轉(zhuǎn)轍器尖軌或轍叉心軌過(guò)程中同一輪對(duì)的兩輪具有相同的行車條件，即理論狀態(tài)下輪對(duì)的兩側(cè)輪軌接觸的軌面“廓形”相同(如圖4所示)，從刀具設(shè)計(jì)與制造檢驗(yàn)方面確保軌頂接觸輪廓的合理性。

2)軌頂輪廓的加工與制造工藝不合理，形成了輪廓加工的接刀不平順。

高速道岔研制初期，尖軌與長(zhǎng)心軌的軌頂輪廓加工采取“先數(shù)控銑削，后刨削接刀”的方式，即在跟端范圍之前的軌頂輪廓采用成形銑刀機(jī)加工成形，跟端鍛壓段軌頂則采用刨削方式進(jìn)行二次接刀的方式加工。此工藝由于同一軌頂面前后段分兩工序生產(chǎn)，降低了廢品率，但易在跟端鍛壓段軌頂面輪廓形成兩工序的接刀不平順，現(xiàn)已被廣泛采用的“先跟端扭斜1∶40，后一次性通長(zhǎng)輪廓銑削”的工藝方式代替，但后者仍存在如下問(wèn)題：

尖軌跟端軌頂輪廓通長(zhǎng)銑削的工藝受跟端鍛壓段1∶40扭斜工藝的效率及精度影響嚴(yán)重，扭斜偏差較大則易造成軌頭銑削加工切削過(guò)量形成廢品。因此在銑床加工前，必須預(yù)先控制好跟端斜度及直線度，并在銑床設(shè)置斜度復(fù)檢和調(diào)整措施。

對(duì)于尖軌跟端扭斜1∶40并完成軌頂輪廓通長(zhǎng)銑削后的制成品，因跟端范圍采用冷態(tài)扭斜，在靜置一段時(shí)間后易出現(xiàn)扭斜的斜度回彈，由此形成了尖軌成品的跟端軌頂輪廓不平順，進(jìn)而形成了上道后如圖5所示的光帶異?，F(xiàn)象。

解決的措施主要考慮以下兩個(gè)方面：

1)優(yōu)化AT鋼軌跟端鍛壓工藝，采用先將跟端成形段在鍛壓過(guò)程中直接鍛出1∶40斜度、后采用頂彎?rùn)C(jī)進(jìn)行冷態(tài)局部精調(diào)的方式，簡(jiǎn)化了工藝過(guò)程的同時(shí)減少了扭斜回彈量，從而確保軌頂輪廓通長(zhǎng)一次性加工成形的精度并可穩(wěn)定保持。

2)設(shè)計(jì)應(yīng)用軌頂輪廓“修復(fù)”銑刀，在完成跟端鍛壓段精調(diào)后，分別自尖軌或心軌的0 mm降低值斷面(一般為40 mm斷面或50 mm斷面)起，向跟端方向一次性完成非工作邊“帽形”銑削、工作邊“帽形”銑削(如圖6,圖7所示)，采用機(jī)加工的方式使得尖軌或心軌的軌頂接刀輪廓與基本軌吻合，從而確保輪對(duì)的兩側(cè)輪軌接觸條件相同。

2.2 尖軌、心軌不足位移引起的幾何不平順

扳動(dòng)力和不足位移是道岔轉(zhuǎn)換及使用的兩個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題，尖軌與心軌扳動(dòng)是否到位直接影響到列車的過(guò)岔速度及行車安全。尖軌與心軌的不足位移主要表現(xiàn)為局部軌距偏小，軌向不良等病害現(xiàn)象[1]。不足位移與牽引點(diǎn)的設(shè)置位置、摩擦力等因素有關(guān)，在現(xiàn)有客專道岔牽引點(diǎn)位置一定的情況下，分析其尖軌與心軌不足位移的成因及措施主要考慮以下方面：

1)滑床臺(tái)板摩擦系數(shù)的影響。

滑床臺(tái)的摩擦力是產(chǎn)生不足位移的根源，扳動(dòng)力和尖軌最大不足位移均隨摩擦系數(shù)的增加近似成正比增加。道岔制造廠通過(guò)11.2 m長(zhǎng)60AT2尖軌進(jìn)行了“一機(jī)一點(diǎn)”扳動(dòng)轉(zhuǎn)換的廠內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)比表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在僅通過(guò)間隔更換為輥輪滑床板且其他工況不變的情況下，尖軌扳動(dòng)力與不足位移均出現(xiàn)顯著下降。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

因此，針對(duì)道岔在鋪設(shè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中存在的尖軌不足位移問(wèn)題，應(yīng)逐項(xiàng)排查。首先，檢查輥輪的安裝狀態(tài)是否滿足要求，滑床臺(tái)板有無(wú)生銹導(dǎo)致摩擦增大；其次，檢查輥輪是否工作正常且轉(zhuǎn)動(dòng)靈活；第三，應(yīng)檢查滑床板的空吊板，杜絕最后一個(gè)牽引點(diǎn)至固定端范圍內(nèi)僅一至兩塊滑床板軌底密貼的情況，同時(shí)檢查此墊板的水平狀態(tài)，進(jìn)行兩側(cè)的高低調(diào)整，避免出現(xiàn)局部摩擦力過(guò)大；第四，檢查存在不足位移范圍內(nèi)的頂鐵間隙并適當(dāng)調(diào)整。

2)尖軌線型不良形成不足位移。

針對(duì)尖軌后段易出現(xiàn)不足位移的情況，高速道岔尖軌出廠前在尖軌后段預(yù)設(shè)了反拱，用以抵消扳動(dòng)后尖軌固定端之前出現(xiàn)的不足位移，但部分道岔由于安裝鉤鎖器后長(zhǎng)期開通一股，或采用了已發(fā)生局部形變的庫(kù)存尖軌，導(dǎo)致鋪設(shè)后線型不良，形成了不足位移。針對(duì)此情況需采用彎軌器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)頂調(diào)，在不足位移的范圍內(nèi)頂出反拱，以預(yù)防局部小軌距引發(fā)的行車不平順。目前，應(yīng)用最為普遍的18號(hào)自主研發(fā)高速道岔直線尖軌和曲線尖軌設(shè)置反拱最大值分別為5.5 mm，6.1 mm。

2.3 鋼軌件不密貼引起的狀態(tài)不平順

高速道岔軌件密貼超差是現(xiàn)場(chǎng)最常見的道岔病害，排除線型與方向不良的問(wèn)題外，還需從以下幾個(gè)方面著手分析與整治：

1)針對(duì)尖軌兩牽引點(diǎn)間不密貼的問(wèn)題，除檢查輥輪是否卡死、滑床板的水平與高低造成局部摩擦力過(guò)大、尖軌非工作邊線型存在硬彎等問(wèn)題外，還需關(guān)注并會(huì)同電務(wù)部門解決兩牽引點(diǎn)是否存在扳動(dòng)動(dòng)作不同步的問(wèn)題。

2)心軌不密貼的問(wèn)題常出現(xiàn)在18號(hào)可動(dòng)心軌轍叉長(zhǎng)心軌豎切點(diǎn)之前范圍，一般為心軌一動(dòng)處密貼，但向后逐步增大的形成“楔形”不密貼空間。其形成原因主要分析以下幾個(gè)方面：

a.國(guó)產(chǎn)高速道岔的轍叉是由翼軌與墊板及軌撐拼裝形成的框架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)期行車過(guò)程中，翼軌在受車輪橫向力作用下，軌下橡膠墊板的外側(cè)部分先于內(nèi)側(cè)部分加速老化壓潰，形成了翼軌外傾趨勢(shì)(如圖8所示)，進(jìn)而使翼軌框架尺寸加大，造成了心軌與翼軌的密貼超差。

對(duì)比技術(shù)引進(jìn)法國(guó)的CZ系列高速道岔，其翼軌框架為整鑄形式，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不存在上述情況。針對(duì)圖8存在的問(wèn)題，主要解決措施為更換翼軌下橡膠墊板，同時(shí)修整外側(cè)軌撐，并確保軌撐立墻上沿與翼軌外側(cè)軌頭下斜面頂實(shí)，收緊翼軌框架的同時(shí)，確?？蚣芙Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定保持。

b.開展工電聯(lián)合整治。心軌一動(dòng)與二動(dòng)均與電務(wù)拉桿脫鉤后，用撬棍撬撥心軌組件檢查密貼，如可宏觀密貼則說(shuō)明軌件無(wú)硬彎造成密貼超差。另外檢查對(duì)比心軌與兩側(cè)翼軌的單側(cè)鎖閉力是否過(guò)大并進(jìn)行調(diào)整，檢查并排查二動(dòng)鎖閉框偏斜、鎖鉤卡阻等引起電務(wù)密貼調(diào)整難度大的問(wèn)題。

c.檢查心軌前段防跳卡鐵有無(wú)落下后頂實(shí)心軌軌肢，造成轉(zhuǎn)換卡阻，同時(shí)查看心軌組件后段范圍內(nèi)防跳頂鐵距離軌腰與軌肢間隙，查檢并調(diào)整其他影響密貼的頂鐵間隙。

2.4 尖軌降低值超差引起的結(jié)構(gòu)不平順

1)尖軌降低值偏差過(guò)大是高速道岔晃車的主要原因，由于輪軌間作用面接觸不均勻、作用力不一致，導(dǎo)致輪軌關(guān)系非正常過(guò)渡，一般會(huì)表現(xiàn)為晃車且軌頂面出現(xiàn)雙光帶。

針對(duì)此問(wèn)題，常見的調(diào)整方法是更換特制的不同厚度軌下橡膠墊板以及調(diào)高墊板(無(wú)砟道床)，調(diào)整尖軌相對(duì)基本軌的降低值。

2)降低值的測(cè)量方法不正確。部分道岔制造以及現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)維修人員錯(cuò)誤地認(rèn)為：40 mm或50 mm斷面降低值檢測(cè)是基本軌的軌腰中心線與軌頂交點(diǎn)和尖軌軌腰中心線與軌頂交點(diǎn)間的豎向差值(見圖9)，而實(shí)際生產(chǎn)與檢測(cè)中，所有斷面均應(yīng)以兩者間的最高點(diǎn)進(jìn)行(見圖10)，兩者間存在較大差異，這一點(diǎn)在生產(chǎn)與現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，應(yīng)予關(guān)注和糾正。

3 其他常見問(wèn)題分析及優(yōu)化措施

自主研發(fā)高速道岔在制造與運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中，除上述問(wèn)題外，還存在一些局部細(xì)節(jié)有待優(yōu)化和改進(jìn)：

1)可動(dòng)心轍叉后部的部分頂鐵因調(diào)整和拆卸困難，另外由于60 kg/m鋼軌的軌頭上下斜面影響，現(xiàn)有寬幅面頂鐵調(diào)整片安裝后使得頂鐵在軌腰中部形成局部間隙，導(dǎo)致頂鐵結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，宜優(yōu)化整合為組合式頂鐵。

2)部分間隔鐵或防跳頂鐵螺栓斷裂，主要原因一方面是設(shè)計(jì)或制造的鋼軌墊圈未對(duì)螺栓進(jìn)行合理找平，導(dǎo)致螺栓受力狀態(tài)差；另一方面是螺栓連接副缺乏有效可靠的防松方式、軸向拉力不穩(wěn)定，在溫度應(yīng)力作用的同時(shí)，疊加車輪對(duì)鋼軌的沖擊導(dǎo)致螺栓斷裂。針對(duì)此問(wèn)題，有必要進(jìn)一步細(xì)化鋼軌墊圈結(jié)構(gòu)及類型，改善螺栓連接副的服役條件，同時(shí)改進(jìn)防松形式，確保螺栓拉結(jié)后的總體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。

4 結(jié)語(yǔ)

自主研發(fā)高速道岔上道運(yùn)營(yíng)十余年來(lái)，國(guó)內(nèi)各主要道岔制造廠結(jié)合產(chǎn)品應(yīng)用存在的問(wèn)題以及各自的工藝與技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不同程度地針對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和局部細(xì)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化完善，推動(dòng)了行業(yè)進(jìn)步與發(fā)展的同時(shí)，也造成了線路同一產(chǎn)品不同道岔廠家零部件互換性差的問(wèn)題。但隨著高速道岔標(biāo)準(zhǔn)化、簡(jiǎn)統(tǒng)化工作的持續(xù)開展，以及行業(yè)內(nèi)部針對(duì)新技術(shù)應(yīng)用的深入交流和去劣存優(yōu)，現(xiàn)有的常見問(wèn)題及病害將逐步改善或消除，為進(jìn)一步降低高速道岔運(yùn)營(yíng)維護(hù)難度創(chuàng)造有利條件。