大秦線75 kg/m鋼軌18號道岔可動心軌轍叉改造方案研究

李春華

(太原鐵路局大同工務段，山西 大同 037005)

大秦鐵路作為國內(nèi)第一條重載鐵路線路，近幾年運量和牽引定數(shù)不斷增加，大量開行萬t、2萬t重載列車，2010年的運量達到4億t，2011年運量達到4.4億t，為確保運輸任務完成，線路養(yǎng)護維修天窗不足，對軌道設備的使用壽命影響比較大。為了延長道岔的使用壽命，減少轍叉有害空間的薄弱環(huán)節(jié)，2009年在大秦線試鋪了75 kg/m鋼軌18號可動心軌轍叉。經(jīng)過一年多的現(xiàn)場試鋪，可動心軌轍叉平均使用壽命僅為1.5～3.0億t，遠未達到提速線路上5.0～8.0億t的平均使用壽命，另外，更換可動心軌轍叉所需要的線路封閉時間、用工數(shù)量及更換成本遠大于固定轍叉，而大秦線高錳鋼固定轍叉的平均使用壽命為1.0～1.5億t。與可動心軌轍叉相比，兩種轍叉的平均使用壽命，差距并不大。

針對上述現(xiàn)狀，對已鋪設75 kg/m鋼軌18號可動心軌轍叉進行現(xiàn)場改造，研制并更換了固定型合金鋼組合轍叉。

1 道岔概況

既有道岔為大秦重車線大同縣站9#道岔，為75 kg/m鋼軌18號單開道岔，道岔前長22.744 m，后長37.256 m，全長60m。導曲線半徑860m，岔枕間距除牽引點處外，其余均為0.6 m。尖軌為長16.600m的60AT曲線尖軌;轍叉為可動心軌轍叉，轍叉全長17.392 m，翼軌采用60AT鋼軌鍛壓的特種斷面翼軌，后端焊接普通鋼軌。心軌采用60AT鋼軌拼接。短心軌后端設有斜接頭，與岔跟尖軌斜接;道岔側(cè)股設有膠接絕緣鋼軌;轍叉?zhèn)认蛟O有槽形護軌，直側(cè)向均設護軌，直向護軌長7.6 m，側(cè)向護軌長6.6 m;道岔設1∶40軌底坡;軌下基礎為混凝土長岔枕;道岔內(nèi)鋼軌及道岔兩端與區(qū)間線路鋼軌均未焊接;尖軌設3個牽引點、轍叉設兩個牽引點，轉(zhuǎn)換桿件均安裝在兩岔枕之間，轉(zhuǎn)轍機安裝在岔枕上。

更換前該道岔在使用過程中出現(xiàn)了下列現(xiàn)象［1］:尖軌磨耗較為嚴重，尖軌尖端有剝離掉塊現(xiàn)象;在心軌斷面20～50mm處，心軌和翼軌強度明顯不足，出現(xiàn)了壓潰掉塊等現(xiàn)象;可動心軌由電動轉(zhuǎn)轍機拉動，需要電務部門作業(yè)的配合，可動心軌轍叉結(jié)構松散，零部件多，增大了養(yǎng)護維修工作量;可動心軌轍叉長度較大，結(jié)構復雜，現(xiàn)場更換不便，不僅需要較長的天窗時間，更換費用相對較高。

2 新研制的轍叉性能及結(jié)構

2.1 75 kg/m鋼軌18號拼裝式固定轍叉性能

1)新研制的75 kg/m鋼軌18號拼裝式固定轍叉采用全貝氏體鋼軌加工，貝氏體鋼為低碳高合金鋼，含碳量0.2%左右，增加鉻、錳、鉬等合金，普通轍叉材質(zhì)為高碳微合金鋼，含碳量0.8%左右;貝氏體鋼為貝氏體+低碳馬氏基體，普通材質(zhì)為珠光體+鐵素體基體;兩者機械性能也不同。

2)75 kg/m鋼軌18號固定型貝氏體鋼組合轍叉心軌加工工序為:心軌采用貝氏體鋼AT軌下料→退火→跟端壓制成型軌底坡→校直→頂彎→劃線→刨切→熱處理→探傷→組裝。

翼軌加工工序為:翼軌采用60 kg/m貝氏體鋼軌下料→退火→鉆孔→校直→劃線→刨切→5mm垂直彎制→熱處理→探傷→精加工微調(diào)。

間隔鐵加工設計為全斷面結(jié)構，左右工作面分別和心軌、翼軌軌腔形狀相適應，間隔鐵采用鑄鋼件加工而成。

轍叉組裝方式:按轍叉組裝圖要求，在平臺上將轍叉各部件組裝在一起，采用高強螺栓，防松螺母緊固后，分別檢驗測量各部位輪緣槽寬度、翼軌超高、轍叉趾端和跟端的開口數(shù)值。

經(jīng)熱處理后的貝氏體鋼組合轍叉，鋼軌材料從內(nèi)到外、全長、全斷面，性能、硬度一致。較其它鋼軌和轍叉普遍采用的表面淬火熱處理工藝提高了母材的整體性能。比其它合金鋼轍叉采用的等溫熱處理工藝縮短了生產(chǎn)周期，穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量，使轍叉整體性能更加安全可靠。

普通材質(zhì)轍叉采用表面淬火工藝，鋼軌頂端部為帽型，熱處理深度＞10mm。

3)75 kg/m鋼軌18號固定型貝氏體鋼組合轍叉心軌、翼軌同材質(zhì)、同壽命，長心軌無軌縫、無焊縫;焊接性能好，貝氏體鋼組合轍叉可與普通鋼軌進行閃光焊、鋁熱焊，滿足無縫線路焊接需要，且貝氏體鋼組合轍叉采用同材質(zhì)同性能的(TB15)貝氏體鋼焊條，可進行局部缺陷焊補修復。

2.2 75 kg/m鋼軌18號拼裝式固定轍叉結(jié)構

75 kg/m鋼軌18號拼裝式固定轍叉如圖1所示，轍叉采用翼軌與長短心軌拼裝方式，但預留了高錳鋼轍叉的安裝條件。轍叉翼軌使用75 kg/m鋼軌制造，心軌使用60AT鋼軌制造，材質(zhì)均為合金鋼。

圖1 75 kg/m鋼軌18號拼裝式固定轍叉

1)翼軌。為避免心軌過早受力，在咽喉至心軌尖端部位逐漸將翼軌抬高6 mm。為保持結(jié)構的穩(wěn)定性，將翼軌內(nèi)側(cè)軌底適度刨切，長短心軌可直接落在臺板上。

2)間隔鐵。長短心軌及翼軌間用間隔鐵及10.9級M27的高強螺栓連接，其中長短心軌間的連接螺栓扭矩為600 N·m，翼軌的連接螺栓扭矩為1 100～1 200 N·m。間隔鐵采用全斷面接觸間隔鐵，材質(zhì)為鑄鋼，提高了轍叉整體框架剛度，最大限度地減小轍叉各部件的相對位移，保證了轍叉的整體性。

3)螺栓。為方便現(xiàn)場安裝，便于養(yǎng)護維修，采用10級的防松螺母和具有防轉(zhuǎn)功能的墊圈。

4)墊板。原道岔可動心軌轍叉配套的墊板尺寸不能適用于固定型轍叉，必須重新設計墊板。新設計的墊板厚度為26 mm，寬度為200mm，護軌部分的墊板仍可繼續(xù)使用。

5)軌底坡設置。轍叉趾、跟端設1∶40的軌底坡，與線路平順連接，轍叉趾端的軌底坡由翼軌前接頭夾板后250mm扭轉(zhuǎn)過渡，跟端軌底坡由長短心軌跟端壓型扭轉(zhuǎn)過渡段扭轉(zhuǎn)過渡。

6)扣件采用彈條Ⅱ型扣件。

7)鋼軌下設5mm厚橡膠墊板，鐵墊板下設10mm厚橡膠墊板。橡膠墊板均需重新設計。

3 現(xiàn)場改造方案

3.1 改造原則

道岔的轉(zhuǎn)轍器和導曲線部分不作改動，只將可動心軌轍叉更換為固定型轍叉;道岔扣件系統(tǒng)不作改動;改造過程中能夠利用的部件盡量使用，如護軌墊板、膠墊、彈條等;拆除轉(zhuǎn)換設備。

3.2 平面布置

1)既有道岔平面主要尺寸(如圖2)

2)改造后的道岔平面尺寸

原可動心軌轍叉趾端開口值為323 mm，改為固定型轍叉后趾端開口值最小可為198 mm，兩者之間相差125mm，換算為水平距離則相差2 400mm?，F(xiàn)場改造可將轍叉趾端后移2 400mm，以減少轍叉長度，但需同步更換轍叉前的兩根導軌。

原可動心軌轍叉后端較長，而固定型轍叉后端所需長度相對較短，為便于固定型轍叉的運輸、更換以及降低造價，更換后的固定型轍叉長度可相應縮短，轍叉跟端的距離要隨之變化，固定型轍叉后端的長度主要根據(jù)安裝接頭夾板和岔枕間距確定，轍叉后端長為6 001 mm。

由于固定型轍叉后端長度小于可動心軌轍叉的后端長度，因此改造后的轍叉跟端與既有可動心軌轍叉的跟端有5.4 m的距離，該距離的處理方法有兩種:①在固定轍叉后端插入短軌(圖3)，此方法在現(xiàn)場更換轍叉時作業(yè)比較方便，插入的短軌長度也較短，但增加了一個鋼軌接頭;②同步更換岔后的兩根連接軌(圖4)，連接軌直接與合金鋼轍叉跟端連接，該方法不增加鋼軌接頭，但需要準備兩根較長的連接軌。考慮到線路平順性的影響，選擇方法②即更換岔后的兩根連接軌來處理該距離。

3.3 岔枕

在現(xiàn)場改造方案設計過程中，針對岔枕提出了兩種方法:方法一對混凝土岔枕不作改動，只是將可動心軌轍叉更換為固定型轍叉;方法二將轍叉部分的混凝土岔枕同步更換;方法二雖然具有改造工作量少、操作簡單、經(jīng)濟的優(yōu)點，但同時也存在以下缺點。

1)由于需要利用原岔枕的釘孔，而可動心軌轍叉的墊板長度較長(最長達1.4 m)，因此改造后的轍叉墊板要按照原岔枕的釘孔設計，會造成墊板長度較長，使用過程中既不經(jīng)濟、也不合理。

2)為了減輕心軌的磨耗，原道岔護軌長度較短，改造后既有道岔的直向、側(cè)向護軌長度均增加，需要在既有岔枕上鉆孔并錨固塑料套管，這將極大增加工作量，進而影響現(xiàn)場改造的進度，且由于新鉆孔與原釘孔距離不能太近，也會造成護軌墊板標準不統(tǒng)一。

3)在現(xiàn)場進行預組裝較難，驗證轍叉墊板與既有岔枕的配合較困難，一旦出現(xiàn)問題現(xiàn)場將難以處理。

方法二雖然需要重制部分混凝土岔枕，增加了造價，但可使轍叉的設計更為合理。同時更換的岔枕可以采用預組裝，保證了轍叉與岔枕的良好匹配，更換速度快，更換工作量少。

從確保改造方案的可行性和可靠性方面綜合考慮，本次改造方案選擇方法二，將轍叉部分的岔枕同步更換。岔枕仍采用無擋肩等截面設計，岔枕的斷面和配筋與原道岔相同，岔枕上預埋的塑料套管也與原道岔相同。原道岔可動心軌轍叉部分的岔枕間距，除牽引點外均為600mm，本次改造將原牽引點處的岔枕間距由原來的650mm調(diào)整為600mm。

3.4 護軌布置

可動心軌轍叉?zhèn)认蛟O置護軌的主要目的是為了減輕心軌的磨耗，因此其保護的位置主要在心軌尖端附近。相對于固定型轍叉，護軌的作用是引導車輪走向，使其安全通過轍叉“有害空間”，護軌保護的位置要從咽喉至心軌25mm斷面之后，因此原來的護軌不能再繼續(xù)使用，必須重新進行設計更換，原護軌平面布置圖如圖5所示，改造后的護軌平面布置如圖6所示。

圖5 原護軌平面布置(單位:mm)

圖6 改造后的護軌平面布置(單位:mm)

護軌改造包括:既有直向護軌長為7 600mm，護軌墊板是從73號枕到85號枕，改造后的直向護軌長為7 800mm，護軌墊板是從75號枕到87號枕，護軌墊板數(shù)目不增加，直向護軌平直段長為2 200mm，緩沖段長度為2 650mm;既有側(cè)向護軌長為6 600mm，護軌墊板是從74號枕到84號枕，改造后的側(cè)向護軌長為7 800mm，護軌墊板是從75號枕到87號枕，增加了2塊護軌墊板。

護軌的結(jié)構與原道岔相同，但材質(zhì)采用合金鋼，與轍叉心軌的材質(zhì)相同。即采用心軌的坯料軋制槽形護軌。該方案結(jié)構簡單，使用壽命長，經(jīng)濟性好，還可以利用原道岔的護軌墊板。

4 改造效果

2010年9月，在大秦線大同縣站9#位道岔將18號可動心軌轍叉改造為拼裝式固定轍叉后，經(jīng)過8個多月的使用，該轍叉通過總重達到3.01億t，相對于原可動心軌轍叉年通過總重僅為1.5～3.0億t，大大延長了轍叉使用壽命。轍叉心軌、翼軌磨耗均勻，無掉塊現(xiàn)象;翼軌原有斑點未發(fā)展擴大;軌枕與軌件聯(lián)結(jié)螺栓無松動、缺失和折斷現(xiàn)象;軌道幾何尺寸無超限，轍叉整體狀態(tài)仍有一定余量，可繼續(xù)使用。采用合金鋼固定型轍叉相對于可動心軌轍叉具有以下優(yōu)點:①使用壽命長。由于固定轍叉采用貝氏體鋼材質(zhì)，鋼材強度大大提高，因此使用壽命較普通可動心軌轍叉大大提高。②維修工作量小。由于固定型轍叉零部件少，整體性強，大大減少日常養(yǎng)護工作量，同時取消轍叉部分電務轉(zhuǎn)轍機，減輕了電務部門配合整修工作量。

5 結(jié)語

將原18號道岔可動心軌轍叉更換為拼裝式固定型轍叉，經(jīng)現(xiàn)場使用驗證了該改造方案切實可行，固定型轍叉使用壽命長，整體性好，取消電務轉(zhuǎn)轍機，減輕了電務部門配合整修工作量，極大減少了日常更換的費用，現(xiàn)場使用效果良好，對今后重載鐵路道岔的建設和改造具有示范作用。

［1］趙洪雁.大秦線重載鐵路道岔技術指標探討［J］.鐵道建筑，2011(4):89-91.

［2］顧經(jīng)文.75 kg/m鋼軌12號鋼軌組合式可動心軌轍叉單開道岔的研究設計［J］.鐵道建筑，1997(5):2-5.

［3］汪訓海.60 kg/m鋼軌18號高速單開道岔可動心軌轍叉更換技術［J］.鐵道建筑，2008(12):96-98.

［4］孫加林，劉磊.重載鐵路12號固定轍叉道岔軌道剛度變化分布研究［J］.鐵道建筑，2012(2):87-90.

［5］王玉堂.75 kg/m鋼軌12號單開道岔的研究設計(固定型轍叉)［J］.鐵道標準設計，1997(10):15-17.