技術(shù)引進法國高速道岔主要病害及整治措施

袁寶軍

(中鐵寶橋集團有限公司，陜西 寶雞 721006)

1 概述

自2007年起，技術(shù)引進法國Vossloh Cogifer公司[1]生產(chǎn)的60 kg/m鋼軌18號、41號共計5個型號的高速鐵路道岔(以下簡稱“技術(shù)引進系列高速道岔”)先后在合寧、合武及鄭西線上道運營。技術(shù)引進系列高速道岔在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面取消了轉(zhuǎn)轍器跟端傳力結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用無縫道岔焊接技術(shù)及轍叉跟端彈性套傳力結(jié)構(gòu)，有效控制進入道岔的溫度力；轍叉采用高錳鋼整鑄翼軌，保證了可動心軌轍叉的穩(wěn)定性；采用的SKL扣件(有砟道岔)及300W扣件(無砟道岔)系統(tǒng)、球墨鑄鐵整體墊板、哈克螺栓連接拼裝式心軌等技術(shù)提高了道岔整體穩(wěn)定性；采用一機多點、多機多點電務(wù)轉(zhuǎn)換方式，尖軌VCC、心軌VPM鎖閉檢測系統(tǒng)，Paulve密貼檢查器和結(jié)構(gòu)等多項新技術(shù)，提高了道岔可靠性和穩(wěn)定性。

技術(shù)引進高速道岔研制、生產(chǎn)過程中，對企業(yè)制造系統(tǒng)進行了技術(shù)改造，引進了關(guān)鍵零部件的認證體制、質(zhì)量控制體系和系統(tǒng)集成技術(shù)，通過對關(guān)鍵工藝進行重點攻關(guān)，實現(xiàn)了軌件、墊板件等主要零部件的國產(chǎn)化[2]。隨著合寧、合武及鄭西線10多年的運營驗證，該系列高速道岔滿足了高速鐵路道岔運營要求，具有穩(wěn)定性好、養(yǎng)護維修工作量小等優(yōu)點，但隨著運營時間的增加，也陸續(xù)出現(xiàn)一些病害。

2 道岔區(qū)晃車

合寧線60-18號有砟道岔運營初期，尖軌刨切起點附近存在光帶突變(如圖1所示)及局部不平順引起的晃車現(xiàn)象。

2.1 原因分析

1)尖軌降低值不合理，刨切起點處存在局部不平順。

2)尖軌、心軌跟端、叉跟尖軌等機加工在客專道岔研制初期仍采用刨切工藝，軌頂面輪廓尺寸精度不易保證，圓弧過渡欠圓順。

2.2 整治措施

1)對通過速度較高的直向尖軌全部更換，側(cè)向尖軌現(xiàn)場采用打磨車進行平順性打磨，消除軌頂面局部不平順，打磨后，鋼軌頂面光帶變化均勻。

2)優(yōu)化改進工藝，對尖軌、心軌軌頂面全部采用成型刀具進行通長數(shù)控銑削加工，經(jīng)后期運營實踐，消除了原“數(shù)控加工+刨床加工”工藝造成的軌頂面接刀不平順性，保證了軌頭輪廓尺寸精度和軌件表面光潔度。

3)制作專用的軌頂帽型樣板，控制加工后軌頂帽型精度；同時提高尖軌鍛壓段軌頂面、工作邊直線度的檢測要求。

3 長心軌光帶不均勻

合武線道岔試運行期間，長心軌上出現(xiàn)光帶不均勻現(xiàn)象(如圖2所示)，動檢車檢測數(shù)據(jù)顯示在機車通過長心軌時，出現(xiàn)晃車現(xiàn)象，水平加速度為0.14g，超出了標準要求，影響到旅客的舒適度。

3.1 原因分析

1)長心軌原材局部不平順。受客專高速道岔研制初期工藝水平制約，制造長心軌的60D40鋼軌原材料輪廓面不規(guī)范(如圖3所示)，軌頂R300圓弧及1∶40斜未實現(xiàn)，使得R13圓弧突出，致使車輪踏面外移。光帶靠近R13圓弧充分反映了此原因。

2)高速道岔研制初期，長心軌加工制造時，未采取原材缺陷修復工藝，長心軌加工范圍為尖端到軌頭刨切起點位置，長心軌軌頭刨切起點位置的機加工輪廓與60D40鋼軌實際輪廓差異引起銜接的不平順，致使長心軌該部位的光帶突然扭轉(zhuǎn)。

3)道床搗固不實，道岔基礎(chǔ)不穩(wěn)定，使得道岔幾何形位發(fā)生位移，使得光帶不均勻。

4)長心軌跟端焊后打磨不夠，焊接前后軌頂帽型不符合標準，使得光帶不均勻。

3.2 整治措施

1)對已經(jīng)上道的、出現(xiàn)光帶扭轉(zhuǎn)的長心軌，采用專業(yè)打磨設(shè)備，對長心軌軌頂面從軌頭刨切起點到焊縫后進行通長打磨。2)長心軌制造采用軌頂面通長加工工藝，以消除60D40鋼軌原材R13圓弧突出的原材缺陷，確保在軌頭刨切起點位置軌頂面的豎向平順性，徹底消除光帶不均勻現(xiàn)象和晃車超標問題。3)制作專用的軌頂帽型樣板，控制加工后軌頂帽型精度；同時，提高鍛壓段軌頂面、工作邊直線度的檢測要求。

4 岔枕螺栓孔裂紋

2008年6月，合寧線開通運營不久，技術(shù)引進的60-18號有砟道岔陸續(xù)出現(xiàn)部分岔枕螺釘孔邊緣裂紋現(xiàn)象。裂紋主要出現(xiàn)在轉(zhuǎn)換設(shè)備托板與岔枕連接的螺栓孔、滑床板擋座的螺釘孔、轉(zhuǎn)換設(shè)備托板和滑床板擋座的螺釘孔處，均為沿岔枕的縱向裂紋，部分裂紋在安裝托板的螺栓孔與滑床板擋座螺栓孔間貫通(如圖4，圖5所示)。

4.1 原因分析

1)岔枕結(jié)構(gòu)設(shè)計與國內(nèi)提速道岔相比，在岔枕內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面減少了箍筋和螺旋筋，另外，岔枕孔距較小、密集的孔群給制造質(zhì)量的保證增加了難度。2)道岔鋪設(shè)時，螺栓扭矩過小，托板與岔枕等聯(lián)結(jié)件之間的摩擦力不足，聯(lián)結(jié)零件產(chǎn)生位移，導致螺栓受剪，從而給孔邊緣施加了不當?shù)耐饬Α?)當車輪的橫向力傳遞到滑床板，或者轉(zhuǎn)換系統(tǒng)存在較大的轉(zhuǎn)換阻力并且疊加列車通過的動載荷時，如果擋塊或托架與岔枕之間的摩擦力不夠，會導致其產(chǎn)生位移，使螺栓受剪而作用于孔邊。同時，當轉(zhuǎn)換設(shè)備的安裝托架懸空時，列車通過時會有較大的振動力，使孔邊受到反復的作用。

4.2 整治措施

1)更換裂紋嚴重，影響螺釘緊固狀態(tài)的岔枕。2)優(yōu)化連接結(jié)構(gòu)設(shè)計，增加托板與岔枕聯(lián)結(jié)的摩擦扭矩，將塑料墊片更換為摩擦系數(shù)較大的塑料墊片。3)優(yōu)化岔枕結(jié)構(gòu)設(shè)計，調(diào)整設(shè)計孔距尺寸，在套管處增設(shè)螺旋筋，增加箍筋數(shù)量，改進岔枕制造工藝。4)完善鋪設(shè)施工和維修養(yǎng)護要求技術(shù)規(guī)范并嚴格執(zhí)行，重點控制岔枕螺栓扭矩、安裝方法，避免螺栓孔內(nèi)臟污和掉入沙石等。

5 轉(zhuǎn)換托板與岔枕聯(lián)結(jié)處發(fā)生位移

2008年6月，合寧線正線道岔在尖軌轉(zhuǎn)換時，拐肘托板與岔枕聯(lián)結(jié)部位托板發(fā)生相對位移(如圖6所示)，最大位移量達25 mm，導致尖軌不能按設(shè)計標準轉(zhuǎn)換到位，信號不能正常顯示。在其他牽引點處，也存在著一定的相對位移，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)不能按正常狀態(tài)工作。

5.1 原因分析

1)出現(xiàn)托板轉(zhuǎn)動位移的岔枕，其枕端轉(zhuǎn)換設(shè)備采用導管拐肘托板，單掛式聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)采用單枕單掛聯(lián)結(jié)，托板由4根螺栓平行方式錨固，托板不設(shè)下開口鋼板，橫向抗彎剛度較低，安全余量不足，尖軌轉(zhuǎn)換時，易形成杠桿作用，使錨固螺栓對岔枕產(chǎn)生橫向拉力，拐肘托板位移。2)托板與岔枕聯(lián)結(jié)部位因緊固螺栓扭矩不夠等原因?qū)е履Σ僚ぞ剌^小，不能克服導管支座傳遞的沿導管方向的外力。3)轉(zhuǎn)換阻力(道岔鋪設(shè)狀態(tài)及轉(zhuǎn)換系統(tǒng)調(diào)整不到位，導致轉(zhuǎn)換阻力增大)及沿導管的動載荷疊加的外力過大。

5.2 整治措施

1)對現(xiàn)場道岔研究和試驗加固方案，克服托板扭轉(zhuǎn)，保證道岔良好的轉(zhuǎn)換和鎖閉。

2)對轉(zhuǎn)換設(shè)備導管拐肘托板與岔枕聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)剛度、強度、穩(wěn)定性及聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)方式等方面進行設(shè)計優(yōu)化，由單枕單掛改為雙枕雙掛(如圖7，圖8所示)。改進后的結(jié)構(gòu)經(jīng)多年運營證明，滿足運營要求，能保證道岔性能。

6 鑄造滑床板斷裂

合寧、合武線用技術(shù)引進60-18號有砟道岔出現(xiàn)滑床臺板斷裂(如圖9所示)，主要分布在序號10號～27號岔枕范圍內(nèi)。

6.1 原因分析

1)滑床板斷裂范圍內(nèi)處于輪載過渡區(qū)，鋼軌所承受的橫向力較大，導致基本軌外翻，加之墊板兩端岔枕螺栓安裝、維修時，往往出現(xiàn)扭矩過大、板下膠墊過壓現(xiàn)象，造成滑床臺板向上彎曲，使滑床臺板上表面受力較大，當超過其屈服強度時，出現(xiàn)裂紋，一旦出現(xiàn)裂紋，在列車荷載作用下，很快就發(fā)生斷裂。2)岔枕連接設(shè)備較多，不適合機械搗固，道床搗固質(zhì)量不良。

6.2 整治措施

1)對墊板結(jié)構(gòu)進行加強設(shè)計，加寬、加厚墊板，同時設(shè)置防過壓限位凸臺。2)加大板下墊層剛度，減小荷載作用下墊板變形量。3)提高和穩(wěn)定鑄造墊板制造工藝。4)加強道砟搗固。

7 長心軌連接螺栓斷裂

鄭西線技術(shù)引進60 kg/m鋼軌18號無砟高速單開道岔可動心軌轍叉長心軌固定端與間隔鐵聯(lián)接螺栓先后出現(xiàn)斷裂。由于可動心轍叉為廠內(nèi)組裝，翼軌軌撐采用的哈克螺栓、間隔鐵孔內(nèi)安裝的彈性鋼套等均需要采用專用工具拆解，且斷裂部位長心軌兩側(cè)空間狹小，折斷的螺栓現(xiàn)場取出及更換難度大(如圖10所示)。

7.1 原因分析

1)通過對螺栓斷裂部位及取樣分析，發(fā)現(xiàn)螺栓斷裂屬于疲勞斷裂。2)從整個轍叉區(qū)域受力分析，螺栓受力處于受剪狀態(tài)，受力狀態(tài)差，隨著運營時間的加長，導致疲勞斷裂。3)螺栓質(zhì)量不高，強度、熱處理工藝等不達標。

7.2 整治措施

1)采用手持設(shè)備，現(xiàn)場在翼軌軌腰鉆制工藝孔，更換新螺栓。2)加強高強螺栓副的質(zhì)量控制。

8 防跳鐵脫焊

鄭西線技術(shù)引進系列高速單開道岔尖軌部位采用防跳鐵的由防跳部分焊接螺柱后，與尖軌連接，在尖、基軌密貼狀態(tài)下，防止其在列車通過時不出現(xiàn)較大幅度跳動(如圖11所示)。隨著運營時間的增長，在列車震動下，出現(xiàn)個別防跳鐵焊縫脫焊，防跳鐵脫落，引起轉(zhuǎn)換卡阻。

8.1 原因分析

1)焊縫強度不足。2)焊接工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮不足。

8.2 整治措施

1)優(yōu)化防跳鐵結(jié)構(gòu)(見圖12)。2)用改進后的結(jié)構(gòu)更換在線使用的防跳鐵。

9 結(jié)語

技術(shù)引進系列高速道岔的研制，及時滿足了我國高速鐵路建設(shè)的需要，文中所述病害涉及加工制造及結(jié)構(gòu)設(shè)計，也與日常養(yǎng)護維修有一定的關(guān)系。近幾年，隨著高速道岔用鋼軌等原材料制造水平的不斷提高，加工制造工藝的不斷優(yōu)化改進以及制造企業(yè)、使用單位對高速道岔理念的日益深化，諸如晃車、光帶不均勻、岔枕螺栓孔裂紋、托板轉(zhuǎn)動等問題已得到有效解決；但隨著運營時間不斷增加，道岔病害不可避免，種類和表現(xiàn)形式會不斷增多，除工務(wù)部門繼續(xù)加大對道岔的觀測和進行病害整治研究外，設(shè)計單位需針對道岔結(jié)構(gòu)特點，制定關(guān)鍵部位病害整治應(yīng)急預(yù)案，確保高速鐵路安全、可靠，正常運營[3-4]。