重載條件下60 kg/m鋼軌12號(hào)單開道岔的改造與應(yīng)用

高杰卿,潘 振

(1.中國鐵道科學(xué)研究院,北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所,北京 100081)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與科技進(jìn)步,鐵路既有線提速與重載技術(shù)取得了長足發(fā)展,我國大秦鐵路開行了2萬t重載列車,京滬、京廣、京哈等多條線路陸續(xù)開行了 5 000 t 列車、軸重25 t雙層集裝箱列車等[1]。呼和局管內(nèi)京包線大包段、包蘭線包惠段、集二線集賁段等通過改造也開行了軸重25 t C80貨運(yùn)列車,特別是京包線大包段屬于運(yùn)輸咽喉通道,萬噸列車加密開行,運(yùn)輸增量突飛猛進(jìn),年運(yùn)量達(dá)到2億t左右。

2002年呼和局管內(nèi)線路大量使用60 kg/m鋼軌12號(hào)SC330單開道岔,其中京包線大包段鋪設(shè)了700余組,呼和工務(wù)段管內(nèi)K583+000—K760+000鋪設(shè)了41組[2]。然而,伴隨著速度與軸重的提高,重載運(yùn)輸徑路上的道岔在運(yùn)營期間出現(xiàn)了諸多病害,如轍叉翼軌垂直磨耗、尖軌頂鐵不密貼、尖軌掉塊、混凝土岔枕螺栓折斷、混凝土岔枕套管失效、直向護(hù)軌磨耗、彈性軌撐松動(dòng)、膠墊歪斜、Ⅲ型彈條破損失效等。尤其是當(dāng)列車通過60 kg /m鋼軌12號(hào)單開道岔時(shí),軌距擴(kuò)張引起的晃車現(xiàn)象嚴(yán)重,道岔病害也不斷增多[3]。設(shè)備管理單位投入大量人力、物力對(duì)病害進(jìn)行反復(fù)整治,但傳統(tǒng)的整治Ⅲ型彈性軌撐的方式不能保證道岔的持續(xù)穩(wěn)定。針對(duì)這種狀況,對(duì)60 kg /m鋼軌12號(hào)SC330單開道岔零部件進(jìn)行技術(shù)改造。

1 道岔病害原因分析

60 kg/m鋼軌12號(hào)SC330單開道岔的彈條Ⅲ型扣件是無螺栓無擋肩扣件,由Ⅲ型彈條、軌撐扣板、軌撐等零部件共同組成。彈條Ⅲ型扣件取消了混凝土枕擋肩與螺栓,以彈條扣壓鋼軌,利用鑄造擋肩保持軌距、承受橫向力,以尼龍擋塊作為絕緣部件并調(diào)整軌距,通過軌撐扣板來下壓軌底、上頂軌顎,迫使軌撐與軌腹抵靠緊密,防止軌距擴(kuò)張和基本軌側(cè)傾[4]。但彈條Ⅲ型扣件在重載條件下通常不能提供足夠的彈性扣壓力,有時(shí)甚至失效,引起基本軌縱橫向位移、軌向變化、軌距擴(kuò)張等問題。針對(duì)引起這些病害的原因進(jìn)行調(diào)查分析。

1.1 彈條Ⅲ型扣件與道岔匹配關(guān)系

Ⅲ型彈性軌撐外形尺寸與道岔匹配不良,軌撐與軌腰之間、軌撐與滑床板上Ⅲ型彈條基座之間存在較大縫隙,在列車的動(dòng)力沖擊作用下,軌距、軌向發(fā)生變化,Ⅲ型彈條與軌撐扣板、彈條基座之間產(chǎn)生摩擦而導(dǎo)致部件磨耗,聯(lián)結(jié)零件松動(dòng),彈性扣壓力逐漸衰減,從而引起嚴(yán)重的岔區(qū)晃車現(xiàn)象[5]。

1.2 彈條Ⅲ型扣件結(jié)構(gòu)特性

彈條Ⅲ型扣件為無螺栓無擋肩扣件,無螺栓彈條來施壓調(diào)整其扣壓力,僅由自身彈性來保證足夠大的扣壓力。在日常維修中Ⅲ型彈條會(huì)由于反復(fù)拆裝作業(yè)而產(chǎn)生永久塑性變形,導(dǎo)致扣壓力逐漸減弱,有時(shí)甚至?xí)适Э蹓毫?。在重載條件下,彈條受力情況和工作條件更為復(fù)雜嚴(yán)峻,因此需要經(jīng)常更換新的Ⅲ型彈條來確?？蹓盒Ч?。

1.3 縱向約束分析

Ⅲ型彈性軌撐依靠自身與鋼軌間的摩擦力約束縱向位移,但由于軌撐的抗滑移阻力不足,導(dǎo)致無縫線路岔區(qū)前后基本軌易爬行串動(dòng)。岔區(qū)彈條、軌撐與鋼軌間的反復(fù)摩擦易造成軌撐偏移,彈條松動(dòng)脫落,扣壓力喪失,從而加劇了道岔病害的產(chǎn)生。

1.4 動(dòng)力作用影響

道岔轉(zhuǎn)轍部分在列車的動(dòng)力沖擊作用下易形成軌道高低和方向不良,加劇線路爬行,惡化彈條Ⅲ型扣件零部件的磨損和松動(dòng)情況,從而導(dǎo)致扣壓力逐漸衰減。

2 道岔病害整治措施及方法

2.1 60 kg/m鋼軌12號(hào)SC330單開道岔部件的改造

為解決彈條Ⅲ型扣件各部件的外形尺寸與道岔不匹配、自身彈性扣壓結(jié)構(gòu)缺陷、抗滑移阻力不足需用鐵絲綁固等問題,采用彈條Ⅱ型扣件系統(tǒng)代替彈條Ⅲ型扣件系統(tǒng)。彈條Ⅱ型扣件設(shè)計(jì)參數(shù)為：單個(gè)彈條扣壓力不小于10 kN,彈程不小于10 mm,組裝扣件承受橫向疲勞荷載7×104kN,適應(yīng)荷載循環(huán)200萬次。彈條Ⅱ型扣件扣壓力大,強(qiáng)度安全儲(chǔ)備大,殘余變形小,適合重載運(yùn)輸條件[6]。因此使用通用Ⅱ型螺栓彈條、支距扣板、調(diào)整楔、軌撐等部件代替原有彈條Ⅲ型緊固扣件(見圖1)。但由于彈條Ⅱ型扣件與彈條Ⅲ型扣件在結(jié)構(gòu)、形狀上有很大區(qū)別,不可直接安裝在原有的滑床板或墊板上,所以需要根據(jù)彈條Ⅲ型扣件的布置位置和尺寸,對(duì)轉(zhuǎn)轍器的滑床板、轉(zhuǎn)轍器的轍后墊板、轍叉的兩端墊板3部分進(jìn)行改造[7-8]。

圖1 轉(zhuǎn)轍器、轍叉部位Ⅲ型改造Ⅱ型

2.1.1 轉(zhuǎn)轍器滑床板部位改造

根據(jù)彈條Ⅲ型扣件的布置位置,在確保軌距、鋼軌中心線、孔距、偏心距等不變的情況下,對(duì)轉(zhuǎn)轍器滑床板部位結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)改造。圖2為轉(zhuǎn)轍器滑床板部位Ⅲ型改造Ⅱ型前后對(duì)比。

圖2 轉(zhuǎn)轍器滑床板部位Ⅲ型改造Ⅱ型前后對(duì)比

圖3為改造后的Ⅱ型轉(zhuǎn)轍器滑床板設(shè)計(jì)圖(按部頒標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì))。本圖按右開道岔設(shè)計(jì),左開時(shí)按本圖對(duì)稱制造。其中底板材料采用Q235；結(jié)構(gòu)形式由彈條Ⅲ型扣件無螺栓無擋肩滑床板改為Ⅱ型K形鐵座(41)螺栓滑床板；外部結(jié)構(gòu)尺寸按Ⅲ型對(duì)應(yīng)滑床板的長、寬、厚及孔距、偏心距設(shè)計(jì)；K形鐵座部位尺寸按Ⅱ型通用尺寸設(shè)計(jì)；墊板在圖示位置打印“A(偏心距)、序號(hào)及左右開”標(biāo)記；底板質(zhì)量為20.3 kg,總質(zhì)量為31.1 kg。根據(jù)此設(shè)計(jì)圖依次對(duì)5#,6#直股滑床板,5#,6#曲股滑床板,7#,8#,9#,11#,13#,15#,16#軌撐滑床板,34#軌撐墊板進(jìn)行改造,并按照表1數(shù)量明細(xì)進(jìn)行更換安裝。

圖3 改造后的Ⅱ型轉(zhuǎn)轍器滑床板設(shè)計(jì)圖(單位：mm)

序號(hào)零件圖號(hào) 零件名稱每組數(shù)量1SC330-106-15#,6#直股滑床板22SC330-106-35#曲股滑床板13SC330-107-16#曲股滑床板14SC330-1087#軌撐滑床板25SC330-1098#軌撐滑床板16SC330-1109#軌撐滑床板60-077SC330-11011#軌撐滑床板60-338SC330-11213#軌撐滑床板19SC330-11015#軌撐滑床板60-6210SC330-11016#軌撐滑床板60-9211SC330-11834#軌撐墊板212SC350-140軌撐60AX2413SC350-141調(diào)整楔2414專線4232-4T型螺栓M24×802415NS-01(b)-c螺母M242416NS-07限位板M242417專線3351Ⅱ型彈條24

2.1.2 轉(zhuǎn)轍器轍后墊板部位改造

根據(jù)彈條Ⅲ型扣件的布置位置,在確保軌距、鋼軌中心線、孔距、偏心距等不變的情況下,對(duì)轉(zhuǎn)轍器轍后墊板部位結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)改造。圖4為轉(zhuǎn)轍器轍后墊板Ⅲ型改造Ⅱ型前后對(duì)比。其中Ⅱ型底板材料采用Q235；結(jié)構(gòu)形式由彈條Ⅲ型扣件無螺栓無擋肩墊板改為Ⅱ型鐵座(41)螺栓墊板；外部結(jié)構(gòu)尺寸按Ⅲ型對(duì)應(yīng)轍后墊板的長、寬、厚及孔距設(shè)計(jì)；鐵座(41)部位尺寸按Ⅱ型通用尺寸設(shè)計(jì)；墊板上打印“A(偏心距)、12、轉(zhuǎn)、墊板序號(hào)及左右開”標(biāo)記。根據(jù)轉(zhuǎn)轍器轍后墊板位置依次對(duì)19#,20#,21#,22#,30#轍后墊板進(jìn)行設(shè)計(jì)改造,并按照表2數(shù)量明細(xì)進(jìn)行更換安裝。

圖4 轉(zhuǎn)轍器轍后墊板部位Ⅲ型改造Ⅱ型前后對(duì)比

序號(hào)零件圖號(hào) 零件名稱每組數(shù)量1SC330-11419#轍后墊板12SC330-11520#轍后墊板23SC330-11521#轍后墊板24SC330-11522#轍后墊板25SC330-12030#轍后墊板16專線4232-18B支距扣板60/100-104(20#墊板用)27專線4232-18B支距扣板60/122-126(21#墊板用)28專線4232-18B支距扣板60/146-150(22#墊板用)29專線4232-4T型螺栓M24×90(支距扣板用)610專線4232-4T型螺栓M24×65(19#、30#墊板用)211NS-01(b)-c螺母M24812NS-07限位板M24813專線3351Ⅱ型彈條814專線4232-10A接頭軌距塊9-11(19#,30#墊板用)2

2.1.3 轍叉兩端墊板部位改造

根據(jù)彈條Ⅲ型扣件的布置位置,在確保軌距、鋼軌中心線、孔距、偏心距等不變的情況下,對(duì)轉(zhuǎn)轍器轍叉兩端墊板部位結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)改造。圖5為轍叉兩端墊板Ⅲ型改造Ⅱ型前后對(duì)比。其中Ⅱ型底板材料采用Q235；結(jié)構(gòu)形式由彈條Ⅲ型扣件無螺栓無擋肩墊板改為K形鐵座(33)螺栓墊板；外部結(jié)構(gòu)尺寸按Ⅲ型對(duì)應(yīng)轍叉兩端墊板的長、寬、厚及孔距設(shè)計(jì)；K形鐵座(33)部位尺寸按Ⅱ型通用尺寸設(shè)計(jì)。根據(jù)轉(zhuǎn)轍器轍叉兩端墊板位置依次對(duì)8#叉前墊板、11#叉后墊板進(jìn)行設(shè)計(jì)改造,并按照表3數(shù)量明細(xì)進(jìn)行更換安裝。

圖5 轍叉兩端墊板部位Ⅲ型改造Ⅱ型前后對(duì)比

序號(hào)零件圖號(hào) 零件名稱每組數(shù)量1SC330-2078#叉前墊板12SC330-20711#叉后墊板13專線4232-18支距扣板60/132-124(8#墊板用)14專線4232-18支距扣板60/125-116(11#墊板用)15專線4232-4T型螺栓M24×90(支距扣板用)26NS-01(b)-c螺母M2427NS-07限位板M2428專線3351Ⅱ型彈條2

2.2 60 kg/m鋼軌12號(hào)SC330單開道岔整治步驟

2012年,呼和工務(wù)段組織召開道岔病害整治專題會(huì)議,并對(duì)管內(nèi)白塔站29#道岔進(jìn)行改造應(yīng)用,采用改造后的鐵墊板、通用Ⅱ型彈條、軌撐、扣板等部件替換60 kg/m鋼軌12號(hào)SC330道岔上的Ⅲ型彈條、軌撐、扣板等部件。具體整治步驟如下[9]：① 方枕；② 更換軌撐墊板、軌撐滑床板、轍后墊板、叉前墊板、叉后墊板；③ 更換大螺釘；④ 更換配軌；⑤ 安裝Ⅱ型彈條、軌撐、支距扣板等；⑥ 檢測軌距、水平、軌向等幾何尺寸；⑦ 質(zhì)量達(dá)標(biāo),開通線路,放行列車。

3 整治效果

對(duì)白塔站29#道岔進(jìn)行現(xiàn)場改造與應(yīng)用,并進(jìn)行了為期1年的觀測,效果十分顯著；隨后于2014年對(duì)呼和工務(wù)段管內(nèi)41組道岔全部進(jìn)行了改造,并對(duì)道岔整治前后的使用情況進(jìn)行了詳細(xì)比對(duì)。實(shí)踐結(jié)果表明：60 kg/m鋼軌12號(hào)SC330單開道岔未改造整治之前,平均每3～5 d緊固Ⅲ型彈條1次,由于彈條自身彈性較大,拆裝十分困難,每次作業(yè)至少需要5人,作業(yè)次數(shù)頻繁,使用工具多,作業(yè)量大；而使用Ⅱ型彈性軌撐改造整治后,從現(xiàn)場實(shí)際使用情況來看,平均每半月緊固彈條1次,僅用活口扳手或電動(dòng)扳手便可拆裝,每次作業(yè)3人便可完成,作業(yè)次數(shù)減少,工作效率提高,線路靜態(tài)檢查設(shè)備優(yōu)良率達(dá)到100%,動(dòng)態(tài)檢查設(shè)備優(yōu)良率達(dá)到99.86%[10]。并可達(dá)到如下整治效果：

1)軌距可控制在±1 mm,高低、水平、軌向、三角坑為2 mm。

2)軌下墊一塊大膠墊,實(shí)現(xiàn)無墊片,并且無歪斜、破損及串動(dòng)等情況。

3)尼龍擋塊無位置偏斜、裂損及失效情況。

4)彈條位置正確,軌距擋板無歪斜,且無斷裂、破損及失效現(xiàn)象。

5)接頭螺栓扭力全部達(dá)標(biāo),扣件系統(tǒng)密貼、緊固。

6)軌枕間距方正,軌枕無偏斜、破損及失效情況。

4 結(jié)語

60 kg/m鋼軌12號(hào)SC330單開道岔改造后,基本軌縱橫向位移及軌向、軌距變化得到有效控制,從根本上消除了病害。道岔結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定,幾何尺寸達(dá)標(biāo),聯(lián)結(jié)零件未出現(xiàn)松動(dòng),尤其是道岔轉(zhuǎn)轍器部位的彈性軌撐處于達(dá)標(biāo)狀態(tài),減少了養(yǎng)護(hù)維修工作量,提高了作業(yè)效率及設(shè)備質(zhì)量。2014至2016年,呼和局又組織集寧、包頭、烏海工務(wù)段對(duì)管內(nèi)60 kg/m鋼軌12號(hào)SC330單開道岔進(jìn)行改造,效果非常顯著,建議全面推廣。

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