75 kg/m鋼軌12號道岔尖軌、基本軌優(yōu)化研究

王建香

摘 要：大秦鐵路是國內(nèi)重載運(yùn)輸線路，開通以來運(yùn)量逐年增長，所以，對軌道結(jié)構(gòu)，尤其是道岔提出了比較高的要求。在鐵路運(yùn)行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)道岔部件傷損嚴(yán)重、道岔狀態(tài)不易保持、維護(hù)工作量大等問題。為了有效改善道岔的使用狀態(tài)，延長道岔零部件的使用壽命，減少現(xiàn)場的維護(hù)工作量，特進(jìn)行這項(xiàng)研究。

關(guān)鍵詞：鐵路道岔；尖軌；基本軌；75 kg/m鋼軌

中圖分類號：U213.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.016

1 背景闡述

75 kg/m鋼軌12號道岔主要用于太原鐵路局重載線路大秦線上。高密度、大軸重、大運(yùn)量是該線路的3個(gè)特征。

在這種極端的運(yùn)輸條件下，道岔受不平順沖擊大，各部件磨耗快，尤其尖軌、基本軌在重載列車的頻繁作用下，傷損發(fā)展快，更換頻繁，人力、物力投入多，但道岔質(zhì)量的提升是有限的，所以，優(yōu)化道岔平面線型和結(jié)構(gòu)，改善道岔的使用狀態(tài)，延長重載道岔鋼軌件的使用壽命，減少現(xiàn)場維護(hù)工作量是尤為必要的。為此，大同工務(wù)段、榆次工務(wù)器材廠、中鐵咨詢集團(tuán)有限公司聯(lián)合對75 kg/m鋼軌12號道岔尖軌、基本軌進(jìn)行優(yōu)化研究。

2 研制過程

2.1 既有道岔使用情況調(diào)查

調(diào)查大同南站5組75-12號道岔使用情況，主要發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)突出問題：①曲線尖軌磨耗嚴(yán)重，尖端有剝離掉塊的情況；②尖軌尖端不密貼，尖端有1 mm以上的縫隙；③基本軌頂面有壓潰和魚鱗傷；④尖軌跟端大軌縫；⑤尖軌使用壽命比較短，現(xiàn)場更換的工作量大，所需費(fèi)用多。

大同南站75-12號道岔部分尖軌使用情況如表1所示。

簡要分析了道岔使用中出現(xiàn)的問題，發(fā)現(xiàn)影響尖軌壽命的原因有以下3點(diǎn)：①尖軌材質(zhì)不良。目前，大秦線道岔采用的尖軌，是U75V材質(zhì)的60 AT鋼軌經(jīng)過廠內(nèi)淬火加工而成的，各廠淬火工藝不相同，效果差異也比較大。②道岔平面設(shè)計(jì)沒有充分考慮尖軌的磨耗要求，尖軌前端比較薄。③尖軌降低值不良，導(dǎo)致尖軌過早受力，容易出現(xiàn)壓潰和剝離掉塊的情況。

2.2 優(yōu)化方案的確定

針對75 kg/m鋼軌12號道岔使用過程中存在的問題和影響尖軌壽命的因素，中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司對道岔轉(zhuǎn)轍器部分作了優(yōu)化改進(jìn)，具體內(nèi)容為：①尖軌高度降低2～4 mm，使高度變化平緩，減少尖軌磨耗；②優(yōu)化尖軌的軌頭輪廓，加工尖軌軌頭輪廓，R80圓弧段起點(diǎn)高度為0.42 mm，終點(diǎn)其高度降低至3 mm，改善輪軌關(guān)系，延長尖軌的使用壽命；③優(yōu)化曲尖軌的平面線型，將其優(yōu)化為半割線型，從尖軌50 mm斷面至尖端作割線，割距值為3.2 mm，尖軌前端的寬度與既有尖軌相比，在同一位置軌頭可加寬2.8 mm，有利于延長尖軌的使用壽命，不改變基本軌；④尖軌跟端接頭軌縫按4 mm設(shè)計(jì)，接頭螺栓孔與螺栓間裝絕緣套管，避免尖軌跟端出現(xiàn)大軌縫。

3 試制過程

3.1 尖軌、基本軌加工方案的確定

中鐵咨詢集團(tuán)有限公司優(yōu)化設(shè)計(jì)了75 kg/m鋼軌12號尖軌、基本軌后，榆次工務(wù)器材廠分析、研究圖紙，并結(jié)合現(xiàn)有的3 000 t油壓機(jī)、數(shù)控龍門銑、中頻淬火線等設(shè)備，擬定了尖軌、基本軌加工方案，即：①AT尖軌、基本軌選用材質(zhì)為U75V的60AT、75 kg/m在線熱處理鋼軌；②尖軌的跟端在3 000 t油壓機(jī)上加工，設(shè)計(jì)、制作60AT-75壓制模具，由預(yù)壓、終壓2次成型，壓制加熱采用中頻加熱爐；③跟端熱處理工藝先對跟端1.1 m長整體加熱，然后對軌頭全噴風(fēng)冷卻；④軌頭廓型用成型刀在數(shù)控銑床上加工；⑤尖軌跟端扭轉(zhuǎn)在扭轉(zhuǎn)機(jī)上完成；⑥尖軌、基本軌的調(diào)直、頂彎在400 t調(diào)直機(jī)上加工。

3.2 工藝試驗(yàn)

為了保證在線熱處理鋼軌的加工質(zhì)量和產(chǎn)品性能，試制時(shí)，進(jìn)行了U75V在線熱處理鋼軌切削試驗(yàn)、60AT鋼軌跟端壓制成75 kg/m鋼軌試驗(yàn)、跟端變形段的熱處理試驗(yàn)。

3.2.1 切削試驗(yàn)

尖軌、基本軌采用U75V在線熱處理鋼軌，其軌頭硬度和淬火層深度大幅提高，切削加工困難。鑒于此，特選用了帶涂層的硬質(zhì)合金刀片試驗(yàn)，并調(diào)整了工藝參數(shù)。根據(jù)尖軌軌頭輪廓定制了專用成型銑刀，其能滿足產(chǎn)品的切削加工要求。

3.2.2 60AT-75 kg/m鋼軌跟端壓制試驗(yàn)

分析、比對60AT軌，75kg/m鋼軌的斷面面積和斷面各部位面積，具體情況如表2所示。由表2可知，60AT軌軌頭比75 kg/m鋼軌軌頭小，這不同于60AT-60 kg/m鋼軌軌頭大變小的情況。

對此，特改進(jìn)了模具，主要有以下2點(diǎn)：①預(yù)壓模設(shè)計(jì)考慮如何將60AT軌軌腰金屬分配到75 kg/m鋼軌的軌頭。經(jīng)過模擬試驗(yàn)，在預(yù)壓模軌頭下顎處預(yù)留了部分空間，終壓時(shí)，由終壓模擠壓將預(yù)留部分金屬填充到軌頭下顎，使軌頭下顎達(dá)到飽滿。②在軌端設(shè)置限位塊，加長變形段長度，消除了壓制時(shí)軌端自由延伸導(dǎo)致的軌端軌頭、軌底缺料的問題。綜合此設(shè)計(jì)方案，制作了60AT-75 kg/m鋼軌跟端壓制模具。

通過中頻感應(yīng)加熱爐，在3 000 t油壓機(jī)上，利用60AT-75 kg/m鋼軌跟端壓制模具進(jìn)行了多次壓制試驗(yàn)，確定了合理的壓制加熱溫度和壓制工藝，壓制過程如下：

預(yù)壓過程：一次加熱→軌頭入底?！A(yù)壓模合?！K壓模合模同時(shí)大板整形軌底→出模。

終壓過程：二次加熱→軌頭入底?！K壓模合?！≮s板分次趕壓軌底→大板整形軌底→出模。

檢驗(yàn)成型段型式尺寸能滿足標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2344中對75 kg/m鋼軌提出的尺寸要求。

3.2.3 60AT-75 kg/m鋼軌跟端熱處理

在線熱處理AT鋼軌的跟端，加熱、壓制后，其硬度、韌性大幅降低，與基體AT鋼軌不匹配，必須重新熱處理。所以，利用新引進(jìn)的在線熱處理AT鋼軌跟端熱處理工藝和專用設(shè)備，通過中頻感應(yīng)加熱器和導(dǎo)向裝置、跟端熱處理專用冷卻設(shè)備、鋼軌送料裝置等進(jìn)行了多次工藝試驗(yàn)，確定了跟端熱處理的加熱溫度、噴風(fēng)壓力等工藝參數(shù)。檢測結(jié)果顯示，跟端的硬度、金相組織、抗拉強(qiáng)度、延伸率等滿足TB/T 412《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路道岔技術(shù)條件》的要求。

3.3 工裝樣板

3.3.1 跟端扭轉(zhuǎn)工裝

結(jié)合扭轉(zhuǎn)機(jī)工作原理，設(shè)計(jì)、制作了夾緊60AT軌，跟端75 kg/m鋼軌變形部分的頂頭，以保證扭轉(zhuǎn)質(zhì)量。

3.3.2 基本軌銑削檢測樣板

銑削檢測樣板用于基本軌軌頭銑削1∶4.47斜面的檢測，以保證其與尖軌非工作面的密貼性。

3.4 基本軌、尖軌的加工

3.4.1 基本軌的加工

基本軌主要控制軌腰孔的位置精度和尖軌密貼段斜面的加工，曲基本軌還要保證曲線段圓順無硬彎。其工藝流程為：坯料檢查→鋸切→銑削密貼邊→鉆孔→調(diào)直直基本軌（頂彎曲基本軌）→探傷→組裝。

3.4.2 尖軌的加工

在試制前期，對尖軌進(jìn)行多次跟端壓制、跟端變形段的熱處理工藝試驗(yàn)攻關(guān)，以確保其跟端外形尺寸和硬度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。機(jī)加工主要控制軌腰孔的位置精度，尖軌工作邊、非工作邊和軌頭廓型的精度，工作邊直線度、曲尖軌要圓順無硬彎。其工藝流程為：坯料檢查→鋸切→調(diào)直→跟端壓制→跟端熱處理→調(diào)直→取長→銑底→跟端探傷→鉆孔→跟端扭轉(zhuǎn)→銑削→檢驗(yàn)→調(diào)直、頂彎→裝配件→探傷。

3.5 試制過程質(zhì)量控制

在75 kg/m鋼軌12號道岔尖軌、基本軌的試制過程中，為了保證加工質(zhì)量，技術(shù)人員要跟蹤加工過程；車間加工嚴(yán)格執(zhí)行“三檢”“三按”制度；質(zhì)檢人員要依照圖紙和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，嚴(yán)格把關(guān)，對試制用的60AT軌、75 kg/m鋼軌原材料施行入廠檢驗(yàn)；對尖軌的跟端變形段磁粉探傷，全長超聲探傷；對尖軌、基本軌的外形尺寸、外觀、表面硬度等按要求逐項(xiàng)檢驗(yàn)，有效控制試制質(zhì)量，以達(dá)到設(shè)計(jì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)束語

通過對75 kg/m鋼軌12號道岔尖軌、基本軌的優(yōu)化研究，試制后，在大同工務(wù)段進(jìn)行了上道試用，試用半年后觀察外觀和磨耗情況良好，探傷檢測未發(fā)現(xiàn)異常，則繼續(xù)使用。由此表明，優(yōu)化后的尖軌、基本軌能改善道岔使用狀態(tài)，延長道岔鋼軌件的使用壽命，減少線路養(yǎng)護(hù)維修的工作量，滿足線路的使用需求。

〔編輯：白潔〕