重載鐵路75 kg/m鋼軌12號(hào)合金鋼組合轍叉設(shè)計(jì)

張 春 雨

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司,陜西 寶雞 721006)

重載鐵路75 kg/m鋼軌12號(hào)合金鋼組合轍叉設(shè)計(jì)

張 春 雨

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司,陜西 寶雞 721006)

根據(jù)神朔重載鐵路的運(yùn)營(yíng)條件，從材料選擇，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面提出了優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)，并采用了整體鑲嵌式合金鋼轍叉結(jié)構(gòu)，提高了轍叉整體性能，滿足了重載線路使用要求。

重載鐵路，道岔，整體鑲嵌合金鋼，轍叉

1 概述

重載運(yùn)輸是國(guó)際上公認(rèn)的鐵路貨物運(yùn)輸?shù)挠行Х绞街?。神朔鐵路是我國(guó)第二條西煤東運(yùn)的大通道神黃線的一部分，主要承擔(dān)神府東勝煤田的煤炭外運(yùn)任務(wù)。2014年，神朔鐵路煤炭外運(yùn)完成2.556億t。

神朔鐵路開行萬噸重載列車，大量使用的高錳鋼轍叉通過總重為1.0億t～1.5億t，設(shè)備更換頻率高且養(yǎng)護(hù)維修工作量大。因此，結(jié)合其“大軸重、高密度和大運(yùn)量”的運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，研制使用壽命長(zhǎng)、養(yǎng)護(hù)維修量小的新型轍叉已成為當(dāng)務(wù)之急。

基于既有重載鐵路使用的轍叉類型，結(jié)合合金鋼材料優(yōu)越的機(jī)械性能，研制了整體鑲嵌式合金鋼組合轍叉結(jié)構(gòu)，即：在心軌、翼軌的輪載過渡范圍內(nèi)，采用高強(qiáng)度、高韌性、高耐磨性的合金鋼，改善心軌、翼軌局部受力狀況，實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)轍叉整體使用壽命的目的。

2 設(shè)計(jì)原則

1)滿足27 t軸重貨物列車以直向不大于90 km/h的速度通過。

2)合金鋼組合轍叉可與高錳鋼整鑄轍叉互換使用。

3)轍叉趾、跟端不設(shè)軌底坡。

4)采用Ⅱ型彈條扣件系統(tǒng)。

5)能滿足無縫化線路要求。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前，常用的固定型轍叉主要有兩種類型：一種是高錳鋼整鑄轍叉；一種是合金鋼組合轍叉。

高錳鋼整鑄轍叉受鑄造工藝的影響較大，雖然目前鑄造工藝有了很大改進(jìn)，但在重載鐵路上，其平均使用壽命僅在1億t左右(通過總重)，不利于重載鐵路的使用。而且，由于高錳鋼轍叉與普通鋼軌現(xiàn)場(chǎng)可焊性差、廠內(nèi)焊接成本高，其表層強(qiáng)度與硬度和母材強(qiáng)度與硬度相差懸殊、表面易剝落掉塊等原因，難以適應(yīng)列車提速以及無縫線路的應(yīng)用要求。

而適用于重載鐵路的合金鋼有多種結(jié)構(gòu)形式：合金鋼鋼軌拼裝式轍叉；翼軌鑲嵌式合金鋼轍叉(翼軌鑲嵌合金鋼鑲嵌塊)；心軌—翼軌整體鑲嵌式合金鋼轍叉?？紤]到保證轍叉整體性能，本次采用的是后者。

1)合金鋼組合轍叉整體結(jié)構(gòu)見圖1。

合金鋼組合轍叉主要包括以下部分：合金鋼心軌、翼軌、叉跟軌、間隔鐵、鐵墊板、高強(qiáng)螺栓、扣件系統(tǒng)、軌下及板下墊層等。

2)合金鋼鍛造心軌見圖2。

心軌采用高強(qiáng)度、高韌性、高耐磨性的合金鋼鍛造后機(jī)加工。由于采用了心軌—翼軌(關(guān)鍵受力部位)整體式結(jié)構(gòu)，大大提高了轍叉的剛度及穩(wěn)定性。

3)翼軌見圖3。

翼軌采用75 kg/m U75V在線熱處理鋼軌制造。翼軌不做縱向頂彎，翼軌堆高由整體式合金鋼心軌完成。對(duì)翼軌與心軌貼合部位軌頭進(jìn)行刨切。

4)心軌與叉跟軌連接。

心軌與叉跟軌貼合部位采用鑲尖式結(jié)構(gòu)。工藝上采用先將叉跟軌與心軌組裝后以心軌工作邊、頂面為基準(zhǔn)加工叉跟軌工作邊和軌頂面。確保轍叉在該部位的平順性。

5)間隔鐵與螺栓的布置。

間隔鐵與高強(qiáng)度螺栓是各類型組合式轍叉的重要部件。由于采用了整體式合金鋼心軌，轍叉僅設(shè)置少量間隔鐵及少量10.9級(jí)φ27高強(qiáng)度螺栓，螺栓扭矩為1 100 N·s～1 200 N·s。

6)鐵墊板設(shè)計(jì)。

采用焊接墊板，墊板厚度26 mm，寬度190 mm。

7)軌下及板下橡膠墊板。

鋼軌下設(shè)5 mm厚橡膠墊板，鐵墊板下設(shè)10 mm厚橡膠墊板。

4 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

針對(duì)重載鐵路的運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了新的結(jié)構(gòu)形式。心軌—翼軌(關(guān)鍵受力部位)整體式結(jié)構(gòu)的運(yùn)用，大大提高了轍叉的整體剛度和穩(wěn)定性，而其他一些關(guān)鍵技術(shù)的運(yùn)用，為轍叉使用壽命的提高奠定了基礎(chǔ)。

1)采用雙咽喉結(jié)構(gòu)(見圖4)，可增大翼軌承載面積5%，縮短轍叉有害空間距離50%，減輕或延緩轍叉的磨耗。另外，可減小逆向進(jìn)岔沖擊角，提高轍叉的整體使用壽命。

2)輪載轉(zhuǎn)移低動(dòng)力優(yōu)化技術(shù)。

合理設(shè)置轍叉輪載轉(zhuǎn)移點(diǎn)位置，使其位于心軌頂寬20 mm～30 mm之間，使心、翼軌的受力更為合理。車輪踏面光帶良好，提高行車平順性，減少對(duì)轍叉的沖擊和磨耗(見圖5)。

3)轍叉咽喉部位作為合金鋼翼軌頂面堆高的起點(diǎn)，按單獨(dú)承受輪載考慮，該頂面寬度設(shè)計(jì)為40 mm(此寬度是比對(duì)心軌40 mm斷面已單獨(dú)開始承受輪載而定)，該設(shè)計(jì)雖增大了合金鋼材料的用量，但增強(qiáng)了轍叉有害空間部位翼軌的受力狀況，同時(shí)減小了翼軌的頂彎角度。該技術(shù)為國(guó)內(nèi)鑲嵌式轍叉首次使用(如圖6所示)。

4)為增強(qiáng)心軌與叉跟軌結(jié)合部位的強(qiáng)度及穩(wěn)定性，最大程度利用合金鋼材料良好的機(jī)械性能，本次設(shè)計(jì)該心軌間隔鐵和叉跟軌底面處于同一平面，大大增強(qiáng)了轍叉的穩(wěn)定性(如圖7所示)。

5 上道使用情況

75-12合金鋼組合轍叉2014年5月22日鋪設(shè)于神華集團(tuán)神朔鐵路分公司神木—朔州段的南坡底站15號(hào)岔位。該站僅用于冬季列車融雪用，平時(shí)列車以最高速度通過，轍叉運(yùn)營(yíng)環(huán)境惡劣。該轍叉到目前運(yùn)營(yíng)約8個(gè)月，通過總重約2億t，狀態(tài)良好。

6 結(jié)語

轍叉的上道使用，降低了設(shè)備更換頻率和養(yǎng)護(hù)維修工作量。由于轍叉上道時(shí)間較短，后期繼續(xù)關(guān)注其使用狀況，從結(jié)構(gòu)和材料兩方面做好產(chǎn)品的優(yōu)化改進(jìn)工作，延長(zhǎng)轍叉使用壽命。

[1] 蔣 昕.大秦鐵路用75 kg/m鋼軌18號(hào)翼軌鑲嵌式合金鋼轍叉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013(10)：53-54.

[2] 趙天運(yùn)，駱 炎，許有全.大秦重載鐵路75 kg/m鋼軌18號(hào)固定型轍叉設(shè)計(jì)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012(3)：111-113.

[3] 張東風(fēng)，蔣 昕．合金鋼叉心拼裝式轍叉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(2)：33-35.

[4] 陳小平，王 平．鐵路道岔合金鋼組合轍叉聯(lián)結(jié)螺栓強(qiáng)度分析[J]．鐵道建筑，2010(3)：201-202.

[5] 劉語冰．鐵路道岔論文集[C]．北京:中國(guó)鐵道出版社，2004．

[6] 葛 晶，王樹國(guó)，王 猛.重載線路固定型合金鋼組合轍叉受力研究[J].鐵道建筑，2013(4)：75-76.

[7] TB 449,輪對(duì)尺寸[S]．

[8] TB/T 449—2003,機(jī)車車輛車輪輪緣踏面外形[S]．

[9] 顧經(jīng)文.75 kg/m鋼軌12號(hào)鋼軌組合式可動(dòng)心軌轍叉單開道岔的研究設(shè)計(jì)[J]．鐵道建筑，1997(5)：19-21.

[10] 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所．重載鐵路道岔轍叉基礎(chǔ)參數(shù)研究報(bào)告[R].2012.

The heavy haul railway 75 kg/m rail No.12 alloy steel composite frog design

Zhang Chunyu

(ChinaRailwayBaojiBridgeGroupCo.,Ltd,Baoji721006,China)

According to the operation condition of the Shen-Shuo heavy haul railways, key technologies for optimization of material selection and structural design are presented, and the integral rail-bound alloy steel frog structure is used, to improve the overall performance of frog, to meet the use requirements of overload.

heavy haul railways， turnout， the integral rail-bound alloy steel， frog

2015-01-12

張春雨(1975- )，男，工程師

1009-6825(2015)09-0132-02

U239.4

A