外鎖閉道岔轉(zhuǎn)換阻力分析與維護建議

韓 銳 孫曉勇 劉振華

道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備是軌道交通必不可少的基礎(chǔ)設(shè)備，其作用是轉(zhuǎn)換、鎖閉道岔，并對道岔位置進行監(jiān)督檢查。列車通過時，轉(zhuǎn)換設(shè)備必須保證道岔可動部分固定在開通直股或彎股的位置，一旦失去鎖閉功能，行駛的列車就可能出現(xiàn)進入異線、翻車、掉道等嚴重后果，即使只是轉(zhuǎn)換設(shè)備出現(xiàn)故障，也將影響行車計劃，降低鐵路運營效率。

道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備主要有內(nèi)鎖閉和外鎖閉2種制式。列車直向通過速度大于120km/h或其他有特殊要求的道岔時，應采用外鎖閉，可動心單開道岔。在外鎖閉制式下，外鎖閉裝置將尖軌、可動心軌鎖閉在規(guī)定位置，并保證列車通過道岔時，尖軌、可動心軌不因輪對通過產(chǎn)生的振動、沖擊等改變位置。本文主要通過收集現(xiàn)場轉(zhuǎn)換阻力測試數(shù)據(jù)，研究外鎖閉道岔的實測轉(zhuǎn)換阻力與轉(zhuǎn)轍機輸出力之間的關(guān)系，建立對應的分析模型，進而提出道岔工電維護建議。

1 外鎖閉道岔轉(zhuǎn)換阻力

外鎖閉道岔的轉(zhuǎn)換阻力受到多種因素的影響，表達式為:

其中:Fa為道岔尖軌 (心軌)實際總轉(zhuǎn)換阻力;Fnegi為密貼反作用力，保持尖軌 (心軌)與基本軌 (翼軌)在其密貼位置的反作用力，理論上該密貼力應為零;FLi為鎖閉力，完成尖軌 (心軌)與基本軌 (翼軌)鎖閉過程的作用力;Fni為尖軌(心軌)彎曲變形產(chǎn)生的彈性力;Ffi為運動摩擦力，尖軌 (心軌)與滑床板等支撐部件之間的運動摩擦力;Fri為外鎖閉內(nèi)部阻力，外鎖閉裝置內(nèi)部的摩擦力，鎖閉解鎖過程產(chǎn)生的阻力等;Fei為額外阻力，包括轉(zhuǎn)換同步性、尖軌 (或心軌)磨損、沉降、輥輪調(diào)整狀態(tài)、頂鐵間隙、跟端限位器結(jié)構(gòu)、岔枕安裝狀態(tài)、密貼狀態(tài)等因素造成的阻力。

如圖1所示，轉(zhuǎn)換阻力由于受到多種因素的影響，在道岔轉(zhuǎn)換過程中一直處于變化狀態(tài)。同時，在道岔生命周期，由于道岔使用維護狀態(tài)、振動和環(huán)境等外界因素的影響，轉(zhuǎn)換阻力也處于變化狀態(tài)。雖然在道岔轉(zhuǎn)換設(shè)計時，已綜合考慮道岔轉(zhuǎn)換阻力、轉(zhuǎn)換同步性、動程匹配等因素，配置了轉(zhuǎn)轍機的額定輸出力和動程，但在某些極端情況下，可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)轍機輸出力小于轉(zhuǎn)換阻力的情況，造成道岔轉(zhuǎn)換故障，影響鐵路運營和效率。

圖1 典型的道岔某一牽引點實測轉(zhuǎn)換阻力

2 現(xiàn)場測試與模型分析

2.1 道岔轉(zhuǎn)換阻力大于轉(zhuǎn)轍機額定輸出力

圖2以S700K-C型電動轉(zhuǎn)轍機五機牽引道岔第一牽引點為例 (74樣本)，表明了道岔轉(zhuǎn)換阻力和轉(zhuǎn)轍機輸出力之間的關(guān)系。菱形符號代表道岔轉(zhuǎn)換阻力，道岔由定位到反位可測得一個方向的轉(zhuǎn)換阻力，反位到定位可測得另一個;該牽引點的轉(zhuǎn)轍機額定輸出力以實線標記，在圖2中用實線圍成區(qū)域A。正常情況下，道岔轉(zhuǎn)換阻力應該位于區(qū)域A內(nèi)，此時，道岔可正常轉(zhuǎn)換。如果存在區(qū)域A以外的超標點，則表明至少在一個轉(zhuǎn)換方向上，存在轉(zhuǎn)換阻力大于額定輸出力的情況，發(fā)現(xiàn)這種情況后應及時對道岔進行檢查及維護。

2.2 轉(zhuǎn)轍機輸出力小于額定輸出力

道岔轉(zhuǎn)換故障還有另一種可能的原因:道岔轉(zhuǎn)換阻力正常，轉(zhuǎn)轍機輸出力下降，低于轉(zhuǎn)換阻力，造成道岔轉(zhuǎn)換故障。這種情況可通過定期測試發(fā)現(xiàn)，主要出現(xiàn)在使用期限較長的轉(zhuǎn)轍機中。此處需要指出，轉(zhuǎn)轍機的額定輸出力和轉(zhuǎn)轍機的實際輸出力之間并非完全相等，由于轉(zhuǎn)轍機輸出力采用有級調(diào)整，在出廠時會按照相關(guān)標準調(diào)整輸出力，例如，額定輸出力為3000N的轉(zhuǎn)轍機，出廠時會按照3000～3500N調(diào)整。

圖2 道岔轉(zhuǎn)換阻力實測圖(轉(zhuǎn)轍機額定輸出力3000N)

由于現(xiàn)場環(huán)境的限制，在實際維護工作中，轉(zhuǎn)換力測試儀只能在道岔轉(zhuǎn)換過程中，測量道岔的實際轉(zhuǎn)換阻力，無法測得轉(zhuǎn)轍機的輸出力?，F(xiàn)場經(jīng)常采用在尖軌和基本軌中間夾異物的方法測量轉(zhuǎn)轍機的輸出力，但嚴格說，這種方式測得的應該是轉(zhuǎn)轍機的沖擊輸出力 (一般大于轉(zhuǎn)轍機額定輸出力)。另外，因所夾異物的軟硬、轉(zhuǎn)轍機狀態(tài)等各不相同，測出的沖擊輸出力離散性較大，總體趨勢是沖擊輸出力大于轉(zhuǎn)轍機的額定輸出力。

2.3 建立一般統(tǒng)計分析模型

綜合以上各種情況，將國內(nèi)某條線路的多個道岔實際測量數(shù)據(jù)集合在一張統(tǒng)計分析圖中 (同一類型的道岔，相同牽引點位置)，如圖3所示。絕大部分道岔的轉(zhuǎn)換力位于區(qū)域A當中，沖擊輸出力位于區(qū)域C當中，額定輸出力位于區(qū)域A和C之間，表明轉(zhuǎn)轍機額定輸出力滿足道岔轉(zhuǎn)換需要，道岔能夠順利轉(zhuǎn)換。圖3僅是一個牽引點的數(shù)據(jù)，不同牽引點的轉(zhuǎn)換力和轉(zhuǎn)轍機額定輸出力通常不相同，根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，對每種道岔的各個牽引點制圖，可得到多張反映道岔轉(zhuǎn)換力的統(tǒng)計分析圖。進一步分析圖3，得到圖4的道岔轉(zhuǎn)換力一般統(tǒng)計分析模型。

圖3 道岔轉(zhuǎn)換故障的2種情況

圖4 道岔轉(zhuǎn)換力一般統(tǒng)計分析模型

1．道岔轉(zhuǎn)換阻力位于區(qū)域A0中，A0區(qū)域邊界的確定具有一定難度，基本方法是大量測量同一牽引點的轉(zhuǎn)換力，并按照一定比例排除異常數(shù)據(jù)(通常低于5%)，確定合理的轉(zhuǎn)換阻力邊界。

2．A0邊界外側(cè)的陰影區(qū)域是安全走廊，用于克服隨機出現(xiàn)的額外阻力。安全走廊過窄可能導致轉(zhuǎn)轍機儲備能力不足，道岔額外阻力增加時轉(zhuǎn)換困難;安全走廊過寬可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)轍機輸出力過大，尖軌 (在夾異物時可能)易變形等問題。根據(jù)實踐經(jīng)驗，安全走廊的寬度在500～1000N為宜。如果現(xiàn)場測量道岔轉(zhuǎn)換力與轉(zhuǎn)轍機額定輸出力之間差值小于500N，應及時對道岔進行檢查及維護。

3．為了簡化轉(zhuǎn)轍機型號，轉(zhuǎn)轍機額定輸出力一般取500N的整數(shù)倍，例如2500N、3000N等，在A0區(qū)域邊界增加500～1000N并取整，確定轉(zhuǎn)轍機額定輸出力。

4．區(qū)域C內(nèi)的沖擊輸出力通常大于轉(zhuǎn)轍機額定輸出力。沖擊輸出力的測量結(jié)果與所夾異物的軟硬、沖擊時轉(zhuǎn)轍機的狀態(tài)有關(guān)，不能直接作為轉(zhuǎn)轍機輸出力使用。如果測量時沖擊輸出力小于轉(zhuǎn)轍機額定輸出力，應對轉(zhuǎn)轍機輸出力進行調(diào)整 (應急)，并安排返廠維修 (推薦)。使用中應定期測量轉(zhuǎn)換阻力，及時掌握道岔狀態(tài)。推薦對使用6－8年的轉(zhuǎn)轍機安排返廠維護一次。

3 結(jié)論及建議

通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)的整理分析，得出了道岔轉(zhuǎn)換阻力與轉(zhuǎn)轍機輸出力的一般統(tǒng)計分析模型，用于指導日常維護工作。影響道岔轉(zhuǎn)換的因素很多，本文僅從現(xiàn)場測試的角度進行了分析，得出以下幾點結(jié)論和建議:①道岔轉(zhuǎn)換力受到制造、安裝、調(diào)試、維護等影響，在生命周期中處于變化狀態(tài);②確定轉(zhuǎn)轍機額定輸出力，應綜合考慮理論阻力、摩擦力及調(diào)整狀態(tài)等因素，并預留一定余量;③道岔日常維護對道岔正常轉(zhuǎn)換非常重要，定期測量轉(zhuǎn)換阻力，并保證一定的儲備能力，可有效降低道岔轉(zhuǎn)換故障率;④長期監(jiān)測道岔轉(zhuǎn)換阻力，進行趨勢分析，并設(shè)置合理的報警區(qū)間，有利于提前發(fā)現(xiàn)潛在風險，減少道岔轉(zhuǎn)換故障的發(fā)生。

［1］ 中華人民共和國鐵道部．運基信號【2010】386號.關(guān)于印發(fā)【道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備安裝技術(shù)條件(暫行)】的通知［S］．2010．

［2］ 王平．高速鐵路道岔設(shè)計理論與實踐［M］．成都:西南交通大學出版社，2011.

［3］ 中國鐵路總公司．高速鐵路道岔轉(zhuǎn)換系統(tǒng)［M］．北京:中國鐵道出版社，2014.