道岔尖/心軌加工廓形檢驗基準及偏差取值

趙振華 王樹國 王璞

（1.鐵科（北京）軌道裝備技術有限公司，北京 102200；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081）

道岔區(qū)輪軌關系直接影響高速行車平穩(wěn)性，道岔尖/心軌機加工廓形決定了輪載過渡范圍的輪軌匹配關系，是道岔設計、制造和鋪設過程中的關鍵控制參數［1］。因此，TB/T 3307.1—2014《高速鐵路道岔制造技術條件第1 部分：制造與組裝》［2］對道岔尖/心軌廓形偏差進行了較為嚴格的規(guī)定，要求在道岔生產過程中對尖/心軌廓形進行詳細檢查與控制。由于未規(guī)定廓形檢測基準和檢測范圍，廓形檢測在實踐過程中仍存在較大爭議，廓形極限偏差也有待進一步商榷。

針對此問題，本文開展了系統(tǒng)的廓形測試，基于大量廓形檢測數據的統(tǒng)計、對比和趨勢分析，對高速鐵路道岔尖/心軌廓形檢測方法及極限偏差進行了研究，為標準條款的制定和修訂提供參考，為不同速度等級的尖/心軌廓形加工提供更合理的指導。

1 既有廓形檢驗方法及存在的問題

在高速鐵路道岔生產過程中，軌件廓形檢測屬于過程檢驗。采用抽檢方式，軌件抽樣比例約占各類型軌件總量的5%。目前廓形檢測主要針對處于輪載轉換區(qū)域的尖/心軌特征斷面進行。以客運專線系列道岔為例，尖/心軌廓形檢測特征斷面見表1。

表1 不同型號的客運專線道岔尖/心軌廓形檢測特征斷面

采集廓形數據時，根據圖紙所示尺寸，利用卷尺確定軌件上特征斷面的位置，用鋼軌廓形測量儀進行數據采集。基于尖/心軌在工廠內的存儲條件，不能保證所有采集斷面的y軸與水平面處于垂直狀態(tài)。因此，后期數據處理時，部分廓形要進行旋轉才能具備檢測條件。此外，各制造企業(yè)和質量監(jiān)督單位對廓形檢測基準、檢測范圍的理解也存在差異［3］。

2 廓形檢測基準及檢測范圍

2.1 廓形檢測基準

針對廓形檢測中存在的問題，提出了中點基準和工作邊基準2 種廓形偏差檢測基準，并分別確定了采用這2種基準進行廓形檢測的方法，見圖1、圖2。

1）中點基準

首先確定實測廓形最高點并過最高點做水平線，將水平線向下偏移16 mm；將水平線用實測廓形剪切并保留實測廓形工作邊和非工作邊的部分，得到實測廓形參考線。采用相同的方法得到設計廓形參考線。

圖1 廓形檢測基準（單位：mm）

圖2 廓形檢測方法（單位：mm）

將實測廓形參考線與設計廓形參考線的中點對齊，檢測實測廓形和設計廓形的最大偏差值。實測廓形凸出設計廓形時偏差為正，反之為負。

2）工作邊基準

采用上述方法得到實測廓形參考線和設計廓形參考線后，將參考線與工作邊的交點對齊，檢測實測廓形和設計廓形的最大偏差值。

2.2 廓形檢測范圍

文獻［4-5］規(guī)定，高速鐵路鋼軌廓形打磨面的最大寬度為軌頂圓弧范圍。文獻［6］規(guī)定，鋼軌打磨廓形和目標廓形的分析比對方法為：在y-z坐標系內以軌頂切線為基準（實測廓形不旋轉），實際廓形與目標廓形在軌頂最高點處上下對齊、在Z-16處左右對齊（Z-16為最高點向下16 mm 處），廓形驗收范圍為鋼軌軌頭橫向-25～32 mm。

綜上，建議將道岔尖/心軌廓形檢測范圍定義為廓形最高點至軌肩R13 圓弧終點?？紤]到各特征斷面R13圓弧終點與廓形最高點距離不同，為便于檢測，將廓形檢測范圍終點與最高點距離確定為16 mm，即實測廓形與設計廓形參考線位置處，見圖3。

圖3 廓形檢測范圍（單位：mm）

3 尖/心軌廓形偏差分布及分析

尖/心軌前端呈尖型，分別與相應的基本軌/翼軌配合，引導車輪從基本軌/翼軌過渡至尖/心軌，需要進行軌頭加工的區(qū)域為尖/心軌尖端到尖/心軌整軌頭斷面。以尖軌為例，加工區(qū)域如圖4 所示。軌頭加工采用分步驟加工的方式，一般按照非工作邊→工作邊→軌頂的順序，其中工作邊加工和軌頂加工的工序會在尖軌工作面接刀。

圖4 尖軌加工區(qū)域

為確定既有尖/心軌廓形偏差分布，以客運專線道岔為例，采用國內4 家主要的道岔制造企業(yè)（分別用A 廠—D 廠表示）近期生產的尖/心軌實測廓形數據進行統(tǒng)計分析。

3.1 尖/心軌廓形偏差分布

采集尖軌廓形共329 個，分別以中點基準和工作邊基準進行檢測，得到廓形偏差分布見表2。

表2 4家制造企業(yè)尖軌廓形偏差分布

心軌左右側均為工作邊，均須進行檢測。檢測完成后，取同一廓形兩側偏差中的較大值作為該廓形的偏差。采集心軌廓形335 個，分別以中點基準和工作邊基準進行檢測，得到廓形偏差分布見表3。

表3 4家制造企業(yè)心軌廓形偏差分布

3.2 尖/心軌廓形合格率

根據TB/T 3307.1—2014進行評估，得出4家制造企業(yè)的尖/心軌廓形合格率，見表4。可以看出，各制造企業(yè)生產的尖/心軌廓形合格率普遍較低。分步加工的工藝是尖/心軌廓形合格率低的原因之一［7］，但目前行業(yè)內尚無更好的加工工藝。

表4 4家制造企業(yè)尖/心軌廓形合格率

4 尖/心軌廓形合理公差取值及檢測基準探討

4.1 廓形公差取值探討

TB/T 3307.1—2014 規(guī)定，尖/心軌機加工區(qū)域廓形和設計廓形的偏差不應大于0.2 mm。尖/心軌非機加工區(qū)域與廓形相關的形狀公差為軌冠飽滿度。TB/T 3109—2013《鐵路道岔用非對稱斷面鋼軌》［8］按線路速度等級對軌頭飽滿度公差值進行了規(guī)定：運行速度小于200 km/h 時為±0.6 mm；運行速度大于等于200 km/h時為+0.6，-0.3 mm。其中正公差為凸出，負公差為凹入。

現場調研表明，引起晃車的廓形偏差在15 mm 斷面為+1.6 mm，在35 mm 斷面為+1.9 mm，在40 mm 斷面為+2.7 mm，均遠大于0.2 mm。

根據現場調研情況和生產現狀，建議參考尖/心軌非機加工區(qū)域軌冠飽滿度公差，按線路速度等級對尖/心軌機加工區(qū)域廓形公差進行規(guī)定：運行速度小于200 km/h 時取0.6 mm；運行速度大于等于200 km/h 時取0.3 mm。

4.2 廓形檢測基準選取

對廓形公差值取0.20，0.25，0.30，0.35，0.40 mm時的尖/心軌廓形合格率進行統(tǒng)計，見圖5。

圖5 不同廓形檢測基準下尖/心軌廓形合格率

由圖5可知：在廓形公差取值較小的情況下，不同的檢測基準對尖軌廓形合格率有較大影響，以中點基準進行檢測時，軌頭寬度公差會對廓形公差產生影響；隨著公差取值的增加，2 種基準對應的尖軌合格率不斷接近；公差取值為0.3 mm 時，2 種基準下尖軌合格率僅相差6%，工作邊基準合格率高于中點基準；不同的檢測基準對心軌合格率無明顯影響。

綜上，為避免軌頭寬度尺寸對廓形檢測產生影響，建議尖軌廓形檢測時采用工作邊基準。為避免心軌加工偏中，建議心軌廓形檢測時采用中點基準。

5 結論與建議

本文提出了2 種道岔尖/心軌廓形檢驗基準，給出了2 種基準下的廓形檢測范圍，并對國內4 家道岔制造企業(yè)近期生產的客專線系列道岔進行了廓形偏差數據的統(tǒng)計分析。

結合現場調研情況和尖/心軌生產現狀，建議參考尖/心軌非機加工區(qū)域軌冠飽滿度公差，按線路速度等級規(guī)定尖/心軌機加工區(qū)域廓形公差：運行速度小于200 km/h 時取0.6 mm，運行速度大于等于200 km/h 時取0.3 mm。為避免軌頭寬度對廓形偏差產生影響，建議尖軌廓形檢測采用工作邊基準；為避免心軌加工偏中，建議心軌廓形檢測采用中點基準。

下一步工作擬針對不同速度等級的道岔尖/心軌廓形進行動力學仿真，根據仿真結果選取現場試驗道岔進行跟蹤觀測，根據觀測結果進一步優(yōu)化廓形公差取值。