高速鐵路特殊岔枕模具設計

段兆慧

(中鐵十四局集團房橋有限公司，北京 102400)

1 概述

道岔是一種使機車車輛從一股道轉入另一股道的線路連接設備，也是軌道的薄弱環(huán)節(jié)之一，道岔結構的質量和狀態(tài)直接影響著整個高速鐵路列車運行的安全性、平穩(wěn)性和舒適性。高速岔枕是高速鐵路道岔結構的重要組成部分，其尺寸精度以及預埋件定位精度對整個道岔系統(tǒng)的質量以及系統(tǒng)功能的發(fā)揮影響較大[1]。高速鐵路無砟軌道埋入式岔枕生產(chǎn)采用長線模臺法，其模具長度通常為70～100 m，生產(chǎn)工藝相對成熟[2]，模具精度能達到產(chǎn)品生產(chǎn)要求；但是對于特殊位置岔枕，比如牽引點部位岔枕及安裝密貼檢查器岔枕，由于側模殼體為全線封閉整體設計，對于側面預埋件的定位難以控制，費時費力，且精度不能完全保證。為滿足特殊部位岔枕側面預埋件精確定位需求，需要進行高速鐵路特殊岔枕模具設計。

2 模具設計過程

結合特殊岔枕預埋件位置以及岔枕張拉力值大小和張拉工藝要求，分別從模具預埋預留方式、張拉力承載方式和預應力放松方式方面進行特殊模具結構設計。由于特殊岔枕總體數(shù)量少，該岔枕專用模具選用短模具形式。

2.1 預埋件定位形式

特殊岔枕包括牽引點部位岔枕和安裝密貼檢查器岔枕，其特殊在于預埋件位置設置在岔枕側面，預埋結構均為預埋螺母形式。根據(jù)側面預埋件位置，在模具殼體側面開設預留定位孔，通過定位螺栓定位方式，進行預埋螺母精確定位。同時通過調位墊片調整預埋螺母定位螺栓方向，以保證預埋件的位置和方向準確定位。

根據(jù)岔枕長度和預埋螺母間距特點，模具總長度約為10 m，采用可換底模形式，每條模具內(nèi)可生產(chǎn)2根4 m以上長岔枕或者3根3 m以下短岔枕。根據(jù)岔枕側面預埋件位置模具設計可分為單截面和雙截面兩種(如圖1所示)。為便于岔枕側面預埋螺母的安裝與拆卸，雙截面模具預埋件定位裝置設于模具外側；單截面形式預埋件定位裝置可設于模具兩側。

圖1 岔枕模具及反力架斷面圖(單位：mm)

2.2 張拉力承載方式

2.2.1 結構設計

長線法預應力由張拉臺座承擔[3]，反力臺座基礎施工難度大、投入高且所用生產(chǎn)線位置固定；而采用機組流水法由模具本身承載張拉力，模具容易變形，使得岔枕質量控制難度增大，因此特殊模具設計為內(nèi)部模具殼體與外部受力框架分離、由反力柱框架承載張拉力的張拉承載結構形式，其具體布置見圖1。

2.2.2 結構受力檢算

為考慮與無側孔預埋件的雙截面無砟岔枕模具共用反立柱結構，張拉反力柱框架承載能力要滿足最大張拉力要求。

通過結構檢算，可見采用整體框架反立柱受力模式，可以滿足岔枕生產(chǎn)張拉受力要求。

2.3 預應力放松方式

為適用于特殊岔枕單根張拉和整體放張工藝要求，同時便于放張設備在短模之間可以靈活移動的需求，應進行模具的放張結構設計。

2.3.1 張拉反力框架端梁結構

如果放張方式采取活動端梁結構如圖2所示，需要在活動端梁與張拉反力柱之間設機械鎖緊螺母，放張時，人工采用機械扳手放松機械鎖緊螺母方式，使活動端梁回縮移動至預應力筋放松。但是，對于張拉力較大的岔枕無法采用人工放張，因此張拉反力框架采用固定端梁結構，如圖3所示。

固定端梁張拉反力框架結構，采用固定端梁與張拉盒相結合的模式，在放張端，將張拉盒與機械鎖緊螺母分別設置在框架固定端梁的內(nèi)外兩側，通過張拉絲杠連接。放張時，通過張拉放張機或者液壓扭力扳手放松張拉盒進行預應力放張操作。

圖2 活動端梁與機械鎖緊螺母放張結構

圖3 固定端梁與張拉盒及機械鎖緊螺母

2.3.2 放張設備選擇

采用機組流水放張方式的放張機，雖然通過張拉放張機的千斤頂張拉到不大于設計張拉力的某值，進行機械螺母的放松，可以實現(xiàn)大力值的放張，但是由于放張機體積大占用空間，而且短模之間移動需要行車吊運不夠便捷且存在安全隱患。液壓扭力扳手進行岔枕放張時，通過扭力扳手直接使螺母反向旋轉達到放松預應力鋼絲的目的，放張過程不需要再次張拉，不但滿足大力值的放張需求，同時由于其尺寸小巧，無須大型設備吊運便可以在模具間靈活移動，可大大降低安全隱患，因此，選擇液壓扭力扳手放張設備。

2.4 模具總體結構

綜上所述，帶側孔預埋件的專用岔枕模具由保證岔枕尺寸的模具殼體，與殼體分離單獨承載張拉力的反力柱框架以及張拉和放張裝置組成，根據(jù)需要殼體可為單截面和雙截面兩種不同形式，在殼體側面增加預埋件定位裝置，如圖4所示。

圖4 模具總體結構示意圖

3 專用模具試制產(chǎn)品檢驗

模具設計制作后，進行了產(chǎn)品試制，并且對產(chǎn)品進行了全面質量檢查。檢測項目包括外觀質量、各部尺寸、鋼筋焊接質量、缺絲、表面裂紋、混凝土28 d抗壓強度、混凝土28 d彈性模量、預埋套管抗拔力、桁架筋鋼筋焊接點抗拉強度、靜載抗裂強度，所檢項目均符合《鐵路岔區(qū)軌枕埋入式無砟軌道混凝土岔枕》(TB/T3297-2013)的要求，所檢產(chǎn)品均滿足設計要求。

4 結束語

通過對模具結構進行特殊設計，不僅岔枕預埋件精確定位問題得以解決，同時可以實現(xiàn)單根張拉和整體放張的工藝要求，避免模具受力變形，產(chǎn)品質量得到更好保障，為同類型產(chǎn)品生產(chǎn)積累了經(jīng)驗。