高速鐵路道岔尖軌加工過程質(zhì)量控制

張 宜

(中鐵寶橋(南京)有限公司，江蘇 南京 210046)

1 概述

道岔作為高速鐵路軌道的關(guān)鍵設(shè)備，由于高速鐵路道岔運(yùn)行速度高、維修時(shí)間短，因此要求具有更高的安全性、平順性和可靠性三大特性，這對(duì)道岔制造提出更高要求。尖軌作為道岔的關(guān)鍵部件之一，其加工必須具備先進(jìn)的加工及質(zhì)量控制方法。本文重點(diǎn)分析尖軌加工過程中的部分關(guān)鍵控制因素，并闡述其質(zhì)量控制方法。

2 高速道岔尖軌的加工及主要質(zhì)量控制因素

2.1 尖軌的鉆孔及倒角

客運(yùn)專線系列道岔為我國自主研發(fā)道岔，尖軌上各類連接孔均設(shè)置在軌腰上。列車過岔時(shí)，易在孔四周產(chǎn)生較大應(yīng)力集中，進(jìn)而產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致尖軌斷裂。

為改善上述情況，開展了鉆孔倒角一體化研究，開發(fā)了“單側(cè)鉆孔倒角+單側(cè)倒角”的方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化倒角。該方式倒角完整、連續(xù)、均勻，倒角質(zhì)量好,見圖1。

2.2 尖軌的銑削

高速鐵路道岔尖軌一般為長(zhǎng)大軌件，且加工曲線一般為圓曲線，為滿足尖軌軌頭的加工精度要求，一般采用三坐標(biāo)低速大功率長(zhǎng)行程數(shù)控銑床完成尖軌加工，尖軌軌頭加工主要為原材修復(fù)和刨切段加工兩部分。

1)尖軌的原材修復(fù)及跟端軌頭加工。

目前，尖軌原材修復(fù)及跟端軌頭采用“一次性通長(zhǎng)直線帽型銑削”的方式進(jìn)行加工。通過對(duì)尖軌軌頭工作邊與軌頭非工作邊進(jìn)行雙帽型加工，保證鋼軌整個(gè)軌頭的輪廓度均能得到修復(fù)。

2)尖軌刨切段軌頭加工。

尖軌刨切段作為與基本軌的過渡部位，該處的輪軌關(guān)系是影響列車過岔的重要因素之一，因此該段的加工精度尤其重要。

在滿足道岔制造標(biāo)準(zhǔn)的情況下，通過對(duì)長(zhǎng)期道岔轉(zhuǎn)轍器組裝經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，尖軌各斷面的尺寸公差一般以表1為宜。

表1 尖軌各斷面軌寬、軌高公差要求

3)尖軌軌頭加工質(zhì)量控制。

尖軌軌頭加工質(zhì)量控制分為加工過程在線檢測(cè)與軌件成品檢測(cè)。

為提高產(chǎn)品質(zhì)量，開發(fā)了一套道岔自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行尖軌加工過程在線檢測(cè)。道岔自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為一種在線式激光自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng),見圖2。檢測(cè)器安裝在銑床上并跟隨銑床運(yùn)動(dòng)。通過激光二維掃描和測(cè)距傳感器的配合工作，檢測(cè)系統(tǒng)可以采集到軌道加工面上各處的加工面外形，并根據(jù)截面所處的位置生成軌頭的外形尺寸。

在加工過程中，通過加工面與預(yù)期加工效果的對(duì)比，對(duì)后續(xù)走刀的刀補(bǔ)、進(jìn)給量提供參考；在單個(gè)道岔加工完成后，會(huì)根據(jù)最終的加工面檢測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)比，對(duì)軌件成品生成外形質(zhì)量評(píng)價(jià),見圖3。

尖軌軌件成品檢測(cè)分為外形尺寸檢測(cè)和軌頭輪廓檢測(cè)。

外形尺寸一般采用游標(biāo)卡尺、尺厚卡尺等量具進(jìn)行測(cè)量。尖軌加工完成后，采用鋼軌輪廓儀對(duì)尖軌軌頭進(jìn)行信息采集，并與標(biāo)準(zhǔn)軌頭輪廓對(duì)比，觀測(cè)軌頭加工輪廓和設(shè)計(jì)輪廓的差值,見圖4。

2.3 尖軌的頂調(diào)

2.3.1尖軌的直線度與矢度控制

道岔直股直線度是組裝過程中關(guān)鍵的控制項(xiàng)點(diǎn)，直接關(guān)系到道岔直股通過速度。高速鐵路道岔直股直線度要求為1 mm/10 m，由于直線尖軌通長(zhǎng)為一段直線，為保證測(cè)量的精度，一般采用鋼軌直線度檢測(cè)尺檢測(cè)，見圖5，該裝置測(cè)量精度50 m范圍內(nèi)達(dá)到0.5 mm，測(cè)量方便[1]。

曲線尖軌的矢度是道岔圓順的控制重點(diǎn)，其圓順的精度直接關(guān)系后續(xù)組裝的精度，直接影響頂鐵間隙、墊板的定位等。所有曲線尖軌在完成加工后，均進(jìn)行軌件試裝，以調(diào)整并檢測(cè)尖軌的線型、直線度、跟端支距，以確保軌件的組裝精度，見圖6。

由于轉(zhuǎn)轍器部分牽引點(diǎn)設(shè)置在尖軌與基本軌的密貼部分，密貼結(jié)束點(diǎn)與固定端之間在多次轉(zhuǎn)換后，會(huì)出現(xiàn)不足位移，從而列車在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)車輪沖擊鋼軌的情況，極大的影響舒適度。為解決上述問題，尖軌在頂調(diào)過程中，一般設(shè)置微量的反拱，達(dá)到抵消不足位移的效果。

2.3.2尖軌跟端1∶40扭斜

為與正線連接，尖軌跟端一般設(shè)置1∶40扭斜，允許偏差為1∶±320，一般采用400 t壓力機(jī)進(jìn)行扭斜，采用斜度測(cè)量?jī)x測(cè)量，見圖7。

3 思考及展望

3.1 新型尖軌軌頭加工銑刀結(jié)構(gòu)的研究以及刀具材料的改進(jìn)

軌頭加工作為尖軌加工的關(guān)鍵工序，直接影響道岔的輪軌關(guān)系。目前尖軌工作邊輪廓度加工質(zhì)量不穩(wěn)定，已有加工刀具從理論上無法解決該問題，亟需開發(fā)新型刀具及刀具材料解決該問題。

3.2 鋼軌頂調(diào)工藝的改進(jìn)及其理論化研究

作為尖軌加工質(zhì)量不穩(wěn)定的頂調(diào)工序，目前仍然依靠人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行加工，沒有理論支持。后續(xù)應(yīng)采用科學(xué)的方法進(jìn)行理論化研究，為實(shí)際操作指導(dǎo)，提升尖軌的加工質(zhì)量。

3.3 進(jìn)行尖軌軌頭輪廓在線檢測(cè)研究

在已有在線檢測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)開發(fā)軌頭輪廓在線檢測(cè)研究。在加工過程中，實(shí)時(shí)掌握尖軌輪廓的情況，及時(shí)修復(fù)不合格產(chǎn)品，提升尖軌的加工質(zhì)量。

4 結(jié)語

為提升尖軌的加工質(zhì)量，仍需繼續(xù)采用新工藝、新設(shè)備、新材料、先進(jìn)的檢測(cè)方式融入尖軌的加工，并結(jié)合道岔的運(yùn)行情況，不斷的改進(jìn)加工工藝，滿足高速鐵路道岔安全性、平順性和可靠性三大特性的要求，保障高速鐵路的運(yùn)行可靠、安全。