膠接絕緣接頭夾板冷拆除裝置的應(yīng)用

杜 丹

朔黃鐵路發(fā)展公司肅寧分公司 河北 肅寧 062350

1 膠接絕緣接頭

1.1 安裝背景 鋼軌的膠接絕緣接頭主要用于構(gòu)成單元軌道電路的隔離和閉塞。雖然法、德等歐洲鐵路在區(qū)間采用無絕緣軌道電路,但在道岔區(qū)仍采用膠接絕緣接頭隔離不同單元區(qū)間,這是由于無絕緣軌道電路區(qū)間界面劃分存在一定距離盲區(qū),列車在道岔區(qū)內(nèi)運(yùn)行恰恰要求明確閉塞界面作為保證行車安全的前提,因此至今世界各國鐵路在道岔區(qū)內(nèi)無不采用絕緣接頭隔離閉塞分區(qū)。高速及重載鐵路基于對安全可靠性更高的要求,因而在道岔區(qū)內(nèi)采用膠接絕緣接頭是必然的選擇。

目前朔黃鐵路管內(nèi)所有無縫線路以及主要行車徑路岔區(qū)均廣泛采用膠接絕緣接頭,不僅大大提高了無縫線路的整體性和穩(wěn)定性,而且增強(qiáng)了鋼軌接頭阻力以及整體性,改善鋼軌絕緣性能,延長了設(shè)備使用壽命。

1.2 發(fā)展概況 1958年,鐵道科學(xué)研究院率先開展鋼軌膠接絕緣接頭的研究,經(jīng)過幾十年研究發(fā)展,同時(shí)為適應(yīng)我國鐵路對現(xiàn)場粘接鋼軌膠接絕緣接頭的需求,開發(fā)出常溫固化膠(雙組份膠)鋼軌膠接絕緣接頭,經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn),目前整體剪切強(qiáng)度的最高值達(dá)到3350－4220k N 不破壞。目前膠接絕緣接頭所使用的粘料主要以環(huán)氧樹脂為主體配置而成的膠粘劑,其特點(diǎn)為固化后內(nèi)聚力大,剪力強(qiáng)度可達(dá)50MPa 以上,剝離強(qiáng)度可達(dá)5k N/m 以上。

1.3 使用情況 1995年始,我國主要鐵路干線每年鋪設(shè)使用膠接絕緣接頭數(shù)量超過2000個(gè),據(jù)統(tǒng)計(jì),累計(jì)通過總重達(dá)550Mt發(fā)生膠層開裂和絕緣失效率極低。顯著減少了線路養(yǎng)護(hù)維修工作量,并提高了軌道電路的安全可靠性,社會效益、經(jīng)濟(jì)效益突出。

但是鋼軌膠接絕緣接頭在長期使用過程中也發(fā)現(xiàn)存在若干問題。以朔黃管內(nèi)線路使用情況為例,2018年肅寧北站冬季探傷以及手工檢查發(fā)現(xiàn)線上膠接絕緣接頭夾板折斷11處、接頭迎車端鋼軌螺栓孔裂紋6處,但絕緣接頭的膠層未開裂,致使在更換過程中需破壞粘接層,拆除膠接夾板。一定程度上給更換傷損鋼軌或傷損夾板帶來了不便。

2 傷損情況及處理經(jīng)驗(yàn)

2.1 傷損情況 以朔黃鐵路公司重載鐵路線路為例,年運(yùn)量已突破3億噸,特別是2萬噸列車規(guī)?；_行以

后,其膠接絕緣接頭部位傷損主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

(1)膠接絕緣接頭夾板裂紋。

(2)膠接絕緣接頭部位鋼軌母材端部傷損。

(3)膠接絕緣接頭絕緣性能下降。

2.2 常用傷損處理措施 膠接絕緣夾板突然折斷或接頭部位發(fā)現(xiàn)傷損時(shí),一般采用鋸斷后插入短軌或使用氧氣乙炔加熱方法拆除夾板。插入短軌法造成較大的人工及材料費(fèi)用,且影響行車時(shí)間較長;氧乙炔設(shè)備加熱法耗時(shí)較長(約35至40分鐘),并且使用氧乙炔特種設(shè)備的安全風(fēng)險(xiǎn)(如：火災(zāi)、爆炸、燒燙傷)和操作技術(shù)難度較高,操作人員需經(jīng)過特種工培訓(xùn)并謹(jǐn)慎操作方可完成,并且高溫還會改變母材的性能。

(a)插入短軌法(b)氧氣乙炔加熱法

由于其粘接強(qiáng)度很高,當(dāng)出現(xiàn)傷損或夾板折斷時(shí),拆除夾板較為困難。朔黃鐵路原平分公司與膠結(jié)絕緣夾板生產(chǎn)廠家合作,在夾板端部留有撬棍槽,用特制鍥鐵緊貼夾板端鋼軌腹部,用大錘擊打鍥鐵使夾板分離。但是這種方法需要定制夾板,成本較高,且敲擊鋼軌時(shí)容易誤傷鋼軌母材,碰傷手腳安全隱患較高。

3 冷拆除裝置的探索與應(yīng)用

3.1 先進(jìn)拆除工藝的探索 朔黃鐵路原平分公司使用大錘擊打鍥鐵使夾板分離的方法雖然因?yàn)樾始鞍踩[患問題沒有得到廣泛應(yīng)用,但是給夾板一個(gè)橫向作用力,抵抗粘接劑的粘接強(qiáng)度,從而使夾板與鋼軌分離,成為現(xiàn)階段先進(jìn)拆除膠接絕緣接頭的主要探索方向。

基于以上方向,膠接絕緣接頭夾板冷拆除裝置開始進(jìn)行立項(xiàng)研究,其根本目的是利用現(xiàn)有工具材料,設(shè)計(jì)制作更高效安全的膠結(jié)絕緣夾板拆除裝置,解決現(xiàn)場拆除過程中存在的安全隱患,同時(shí)降低生產(chǎn)成本,提高工作效率。

3.2 冷拆除裝置設(shè)計(jì)原理 研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過查閱資料了解,膠接夾板使用的膠接劑的粘合力約每平方厘米200Kg,以60Kg/m 鋼軌為例,一塊夾板與鋼軌之間的粘合力約216噸,若對夾板整體施力,需要克服全部粘合力才能拆除,但是若采用局部受力分段拆除,則可利用杠桿原理進(jìn)行施力,所克服粘合力通過計(jì)算最大不超過15噸。

表1 常溫固化環(huán)氧粘結(jié)劑物理力學(xué)性能

經(jīng)過調(diào)查,目前工隊(duì)常用液壓起撥道器頂力均在28.3噸左右,足以克服局部粘合力。制造一套便于拆裝的設(shè)備將液壓機(jī)橫向安裝在鋼軌上,使用液壓裝置對夾板施加橫向力,使夾板與鋼軌從一端開始互相分離,即是該膠接絕緣夾板冷拆除設(shè)備的原理。

表2 工務(wù)工隊(duì)現(xiàn)有液壓起撥道器主要技術(shù)參數(shù)

另外被拆除的夾板需要有一個(gè)受力點(diǎn)接受來自液壓機(jī)的軸向力,此點(diǎn)在螺栓孔處容易實(shí)現(xiàn),結(jié)合杠桿原理,夾板最外端螺栓孔最適合。因此在操作過程中將夾板兩端螺栓孔固定封死,橫向聯(lián)結(jié)頂桿、液壓裝置、固定架,即可完成冷拆除工作。

3.3 密封夾板螺栓孔方法改進(jìn) 為了使受力點(diǎn)穩(wěn)靠、安全且能夠有效使橫向作用力向夾板傳遞,達(dá)到冷拆除膠接絕緣夾板的目的,受力點(diǎn)螺栓孔的密封必不可少。早期采用特殊定制膨脹螺栓,即頂桿與密封相結(jié)合整體受力,但是受到的條件限制較多,比如為了安裝膨脹螺栓,需要對夾板擴(kuò)孔處理等程序,費(fèi)時(shí)費(fèi)工且可靠性較低。

經(jīng)過后期現(xiàn)場不斷試驗(yàn)、改進(jìn),采取孔塞焊聯(lián)加頂桿的辦法實(shí)現(xiàn)對夾板螺栓孔受力點(diǎn)的固定封死,使操作流程更加簡潔高效。

3.4 冷拆除裝置技術(shù)方案 根據(jù)受力分析,首先對機(jī)架進(jìn)行材質(zhì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并畫出平面及立面圖紙。針對圖紙及前期設(shè)計(jì),確定采用焊接工藝進(jìn)行制作。工藝確定完畢后,對廢舊料具清點(diǎn),選擇能夠使用的工具材料,缺少的工具材料進(jìn)行采購。其次在制作過程中不能自己進(jìn)行制作的委托外單位使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。最后進(jìn)行零部件整合組裝,檢測機(jī)架焊點(diǎn)強(qiáng)度是否符合要求。

3.5 冷拆除裝置的結(jié)構(gòu)改進(jìn) 冷拆除裝置結(jié)構(gòu)的研究共經(jīng)過了三代的改進(jìn),已基本滿足研制目標(biāo)。

第一代產(chǎn)品：使用整體式機(jī)架,雙液壓機(jī)固定式設(shè)計(jì),但機(jī)架受力不合理,加之雙液壓機(jī)固定在整體式機(jī)架上設(shè)備總體重量太大。

第二代產(chǎn)品：在便攜性及受力結(jié)構(gòu)受力點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn),采用組裝式機(jī)架,獨(dú)立單液壓機(jī)設(shè)計(jì)。受力問題有改善,但組裝式機(jī)架零件增加導(dǎo)致便攜性問題沒有根本性解決。

第三代產(chǎn)品：放棄了組裝式機(jī)架,使用了高強(qiáng)度鋼材焊接成了小型整體式機(jī)架,單液壓機(jī)獨(dú)立可拆裝,機(jī)架相比第二代體積減少一半,重量減少2/3,安裝時(shí)間由第二代雙人6分鐘左右降低到了單人1分鐘以內(nèi),徹底解決了便攜性問題。

3.6 冷拆除裝置主要技術(shù)參數(shù) 第三代冷拆除裝置由機(jī)架、液壓裝置、頂桿、孔塞組成,可解體,方便搬運(yùn)及裝車。材料主要由工務(wù)現(xiàn)有鋼梁(20Mn低碳結(jié)構(gòu)鋼)、液壓機(jī)、無縫鋼管、螺栓等加工制造,節(jié)約成本。

表3 冷拆除裝置主要技術(shù)參數(shù)

3.7 冷拆除裝置應(yīng)用效果 傳統(tǒng)方式需要使用氧氣、乙炔等易燃易爆物,安全隱患較大;平均火烤時(shí)間在40min,寒冷情況下時(shí)間還會延長且高溫還會對鋼軌母材材質(zhì)產(chǎn)生一定影響。使用膠接夾板冷拆除裝置工具少,降低了設(shè)備搬動(dòng)運(yùn)輸壓力,運(yùn)用液壓裝置杜絕了火災(zāi)爆炸隱患,拆除一個(gè)接頭只需20min,效率提升明顯且冷拆除不會對鋼軌母材產(chǎn)生任何影響。

隨著朔黃線下行整體換鋪無縫線路工程完工,膠結(jié)絕緣接頭在朔黃正線的使用更加廣泛,而面臨運(yùn)量加大,行車密度提升的現(xiàn)狀,膠結(jié)絕緣接頭的更換將是各工隊(duì)需要共同面對的一個(gè)重要課題。冷拆除設(shè)備于2017年在河間工務(wù)工隊(duì)共拆除膠接絕緣夾板一百余塊,試驗(yàn)效果安全高效,截至目前已在朔黃鐵路肅寧分公司管內(nèi)普遍推廣運(yùn)用。經(jīng)過近兩年時(shí)間的現(xiàn)場驗(yàn)證,該裝置將傳統(tǒng)整體作業(yè)時(shí)間由60分鐘壓縮至30分鐘以內(nèi),作業(yè)人數(shù)由10人減少至3人,提高工作效率50%以上。運(yùn)用液壓機(jī)械傳動(dòng)學(xué)原理,結(jié)構(gòu)合理、原料易得、制造成本低、操作便利,較傳統(tǒng)氧氣乙炔拆除設(shè)備每套節(jié)約1萬元,節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本,從根本上提高了膠結(jié)絕緣接頭的養(yǎng)護(hù)效率。