新型重載道岔制造工藝研究

張 莉

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

1 概述

重載鐵路以其大軸重、高密度和大運(yùn)量的“三大特征”對(duì)工務(wù)道岔設(shè)備構(gòu)成了極其嚴(yán)酷的運(yùn)行壓力，在此運(yùn)行條件下，道岔主要部件(指尖軌、基本軌、高錳鋼轍叉及扣件系統(tǒng)等)的磨損和傷損遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通線路道岔。

為了提高道岔主要部件的使用壽命和減少養(yǎng)護(hù)維修時(shí)間，滿足重載線路建設(shè)發(fā)展的需要，由中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司、中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司分別牽頭開(kāi)展27 t軸重、30 t軸重新型道岔的研究工作，中鐵寶橋集團(tuán)有限公司參與道岔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝的研究工作。新型重載道岔采用了切削基本軌加厚尖軌、合金鋼鋼軌、嵌入式組合高錳鋼轍叉、合金鋼組合轍叉、新型扣件系統(tǒng)等新技術(shù)、新材料、新工藝，經(jīng)過(guò)7年的探索創(chuàng)新，研制出了多種新型重載道岔產(chǎn)品，并推廣應(yīng)用。

2 道岔常用型號(hào)

常用的新型重載道岔號(hào)數(shù)有12號(hào)、18號(hào)，道岔軌型有60 kg/m鋼軌、75 kg/m鋼軌，軸重有27 t，30 t，其軌下基礎(chǔ)均為有砟道床，轍叉均為固定型轍叉，共計(jì)8種圖號(hào)(如表1所示)。

表1 常用新型重載道岔型號(hào)

3 道岔主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3.1 切削基本軌加厚尖軌

曲線尖軌是重載道岔中更換最頻繁的部件之一，新型重載道岔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，首次采用了尖軌加厚技術(shù)，對(duì)基本軌軌頭工作邊進(jìn)行一定量的水平切削，尖軌軌頭相應(yīng)增厚，同時(shí)，鋼軌采用合金鋼鋼軌或U75V，U78CrV在線熱處理鋼軌，尖軌耐磨性能得到顯著提高。

3.2 轍叉

3.2.1嵌入式組合高錳鋼轍叉

為解決既有高錳鋼轍叉心、翼軌磨損及剝落掉塊的病害，采用了以高錳鋼材質(zhì)為主體的嵌入式組合高錳鋼轍叉，由整鑄叉心、翼軌、叉跟軌、間隔鐵及高強(qiáng)螺栓連接而成。采用了嵌入式整鑄結(jié)構(gòu)的叉心、雙咽喉結(jié)構(gòu)、三次爆炸預(yù)硬化等新結(jié)構(gòu)、新工藝，有效延長(zhǎng)了轍叉的使用壽命。

3.2.2合金鋼組合轍叉

合金鋼轍叉因翼軌和心軌母材材質(zhì)不同的特殊性，輪載轉(zhuǎn)移的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)了翼軌加強(qiáng)型合金鋼組合轍叉和鑲嵌翼軌式合金鋼組合轍叉，最大限度地提高轍叉的使用壽命。

3.3 扣件系統(tǒng)

與既有線路墊板不同的是新型重載道岔墊板兩側(cè)設(shè)計(jì)U型槽，岔枕上預(yù)埋鐵座，用軌距塊、Ⅱ型彈條、T形螺栓等聯(lián)結(jié)件與墊板固定，該扣件系統(tǒng)具備足夠的抗橫向荷載能力。

4 道岔制造工藝研究

4.1 道岔執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)

1)TJ/GW 137—2015 27噸軸重重載道岔暫行技術(shù)條件。

2)TJ/GW 107—2013 30噸軸重重載道岔技術(shù)條件(暫行)。

3)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖紙中指明的技術(shù)要求。

4.2 道岔制造前期準(zhǔn)備

為保證道岔的新材料、新結(jié)構(gòu)制造質(zhì)量，產(chǎn)品試制前期，開(kāi)展了尖軌跟端熱加工工藝、高錳鋼叉心三次爆炸預(yù)硬化工藝研究。同時(shí)制作了軌件加工專用刀具、轍叉加工成型刀具、檢測(cè)量具和樣板等，確保了新技術(shù)措施的順利實(shí)施。

4.2.1尖軌跟端熱加工工藝研究

新設(shè)計(jì)了壓型模具，模具帶扭轉(zhuǎn)斜度，分別制作了U75V材質(zhì)的60AT1-60 kg/m,60AT1-75 kg/m跟端壓型鋼軌(見(jiàn)圖1)，數(shù)量各3根，每根長(zhǎng)度6 000 mm，對(duì)其進(jìn)行化學(xué)成分、硬度、金相組織及硬化層深度檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果為：金相組織以索氏體為主，并有少量粗片狀珠光體和少量鐵素體，無(wú)異常組織出現(xiàn)，軌頭硬度為HB367,HB374，化學(xué)元素含量均滿足TB/T 2635熱處理鋼軌技術(shù)條件的要求，尖軌根端熱處理如圖2所示。

4.2.2轍叉實(shí)體試件表面爆炸預(yù)硬化后硬度測(cè)試

對(duì)試驗(yàn)轍叉心軌15 mm～45 mm斷面頂面經(jīng)過(guò)三次爆炸預(yù)硬化處理后，測(cè)量不同深度的硬度值，結(jié)果顯示：其表面硬度從初始的HB200提高至HB406，硬化層深度達(dá)到30 mm以上。經(jīng)過(guò)爆炸硬化后的轍叉基體仍保持奧氏體結(jié)構(gòu)，具有非常好的韌性，形成上硬下軟的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成材質(zhì)的良好匹配，既可充分保證安全性，又能提高轍叉使用初期的耐磨性能。錳叉心爆炸硬化后實(shí)體深度—硬度測(cè)試曲線見(jiàn)圖3。

4.2.3加工刀具

中鐵寶橋集團(tuán)有限公司根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制作多把專用加工刀具(見(jiàn)圖4，圖5)，保證了產(chǎn)品加工精度。

4.2.4檢測(cè)量具及樣板

中鐵寶橋集團(tuán)有限公司為更精確的測(cè)量產(chǎn)品，提高檢測(cè)手段，制作多種檢測(cè)量具及樣板(見(jiàn)圖6～圖9)。

4.3 主要部件制造工藝研究

本次工藝攻關(guān)的重點(diǎn)是軌件、板件等在既有成熟的道岔制造工藝基礎(chǔ)上，再次細(xì)化工藝，將重要零部件、關(guān)鍵工序?qū)Ω魃a(chǎn)班組進(jìn)行工藝交底，并制定合理的工藝流程，控制尺寸精度。

4.3.1基本軌

工藝過(guò)程：下料、鋸切、標(biāo)識(shí)→調(diào)直、數(shù)控鉆孔→銑軌頭及密貼邊→調(diào)直(頂彎)→除銹、涂裝→組裝。

加工控制重點(diǎn)：基本軌工作邊水平銑削后鋼軌頂面R圓弧的加工，密貼邊水平銑削長(zhǎng)度的加工及過(guò)渡范圍，以及孔系位置的精準(zhǔn)。

工藝措施：采用成型刀具，通過(guò)基本軌銑削樣板，控制基本軌工作邊與尖軌的密貼加工精度；采用數(shù)控鉆床，有效控制孔系位置的準(zhǔn)確性。

4.3.2尖軌

工藝過(guò)程：下料、鋸切、標(biāo)識(shí)→跟端壓型、熱處理→調(diào)直→二次下料、鋸切→銑成型段軌底→數(shù)控鉆孔→矯調(diào)→銑短肢側(cè)軌肢、軌腰螺栓槽→銑工作邊和非工作邊帽型→銑軌頭非工作邊→銑軌頭工作邊→銑軌頂降低值→鍛壓段探傷→時(shí)效→頂彎(調(diào)直)→除銹、涂裝→組裝。

加工控制重點(diǎn)：尖軌非工作邊的加工、尖軌工作邊與非工作邊的帽型加工、與電務(wù)配合接口尺寸。

工藝措施：通過(guò)技術(shù)交底，讓操作員工了解尖軌設(shè)計(jì)理念，確保加工正確；采用成型刀具，通過(guò)帽型加工樣板、輪廓儀、電務(wù)接口樣板，控制尖軌軌頂面輪廓和電務(wù)配合接口尺寸。

4.3.3轍叉

1)錳叉心制造。

錳叉心鑄造采用先進(jìn)的VRH造型工藝，電弧爐氧化法冶煉鋼水，光譜分析儀精確控制鋼水化學(xué)成分。水韌處理過(guò)程采用數(shù)控?zé)崽幚砑夹g(shù)，工藝過(guò)程綠色環(huán)保。

機(jī)加工工藝過(guò)程：一次調(diào)直劃線→銑軌底→銑端頭→二次調(diào)直劃線→銑軌頂→銑工作邊及圓弧→銑翼軌工作邊圓弧→三次調(diào)直→打磨及拋光→爆炸預(yù)硬化→四次調(diào)直、復(fù)線→修整工作邊及圓弧→銑鉆孔→銑翼軌外側(cè)→成型加工打磨及拋光→五次調(diào)直→打磨成型→檢驗(yàn)。

三次爆炸預(yù)硬化工藝過(guò)程：錳叉心行車表面進(jìn)行全長(zhǎng)三次爆炸預(yù)硬化，硬化前表面硬度為HB(170～229)，硬化后表面硬度不小于HB321。硬化范圍包括轍叉全長(zhǎng)軌頂面、工作邊及圓弧。

2)軌件加工。

叉跟軌工藝過(guò)程：下料→鋸切→標(biāo)識(shí)→鉆孔→頂彎→銑非工作邊軌底→銑工作邊軌底→銑軌頭非工作邊→銑軌頭工作邊→銑降低值→精調(diào)→探傷→打磨→組裝→銑。

翼軌工藝過(guò)程：下料→鋸切→標(biāo)識(shí)→鉆孔→銑3×φ65孔→頂彎→銑非工作軌底→銑工作邊軌底→銑軌頭工作邊→銑跟端軌頂面→頂扭→精調(diào)→探傷→組裝。

3)轍叉組裝。

叉心與叉跟軌組裝→機(jī)加工人字尖→人字尖與翼軌組裝→固定墊板→擺放膠墊→組裝墊板→組裝支距扣板→檢驗(yàn)→除銹、涂裝。

4.3.4護(hù)軌

下料鋸切→鉆孔→銑工作邊、軌頂降低值→時(shí)效→矯調(diào)→除銹、涂裝→包裝。

4.3.5墊板

劃線→下料→調(diào)平→劃線、銑斜面及各平面→銑底板兩端U型槽→銑底板倒角→打印標(biāo)記→劃線(劃鐵座、臺(tái)板、導(dǎo)鐵、擋條等焊接線)→組焊→調(diào)平→防銹處理→組裝、包裝。

加工控制重點(diǎn)：墊板長(zhǎng)度公差、底板U型槽的對(duì)中、滑床臺(tái)板焊接后的底面平面度，控制滑床臺(tái)板與承軌槽相對(duì)高差。

工藝措施：為保證軌距塊的安裝將墊板兩側(cè)U型槽間距公差控制在±0.5 mm以內(nèi)，加工時(shí)，以墊板U型槽為加工基準(zhǔn)；通過(guò)前期開(kāi)發(fā)的專用檢測(cè)量具有效控制臺(tái)板與底板的相對(duì)高差。

5 新型重載道岔的應(yīng)用

新型重載道岔在大秦線遷安北站、神朔線神木北站試用，試用效果達(dá)到了預(yù)期研制目標(biāo)。用于該項(xiàng)目研究成果的道岔主要部件——尖軌在遷安北站上道使用241 d，使用壽命是原曲線尖軌的4倍；尖軌在大同南站上道使用206 d，使用壽命是原曲線尖軌的2.9倍；嵌入式組合高錳鋼轍叉在大秦線上道使用338 d，使用壽命是原轍叉的3.7倍，通過(guò)總重2.86億t。在神朔線神木北站21號(hào)岔位鋪設(shè)的尖軌通過(guò)總重達(dá)到了6.70億t，嵌入式組合高錳鋼轍叉通過(guò)總重4.43億t。

2014年，中鐵寶橋集團(tuán)有限公司為山西中南部鐵路通道生產(chǎn)196組60 kg/m鋼軌12號(hào)、18號(hào)單開(kāi)道岔(30 t軸重)；2015年，為張?zhí)浦剌d鐵路生產(chǎn)90組75-12號(hào)、18號(hào)新型重載道岔(30 t軸重)；2017年—2018年，為浩吉鐵路生產(chǎn)353組60 kg/m鋼軌12號(hào)、18號(hào)單開(kāi)道岔(27 t軸重)，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)，減少了現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)維修工作量，節(jié)約了大量人力、物力資源。

6 結(jié)語(yǔ)

新型重載道岔的研制成功，為我國(guó)重載道岔的新技術(shù)、新材料、新工藝的研發(fā)及道岔的制造、鋪設(shè)等提供了大量可借鑒的先進(jìn)技術(shù)，提高了大軸重下道岔使用壽命，減少了養(yǎng)護(hù)維修工作量。同時(shí)，也為我國(guó)重載道岔走出國(guó)門奠定了基礎(chǔ)。