地鐵道岔滑床板失效原因及整治措施

張家濤，尼 壘，李 永

(鄭州地鐵集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450000)

地鐵道岔轉(zhuǎn)轍器通過轉(zhuǎn)轍機(jī)牽引尖軌實現(xiàn)列車由一條線路轉(zhuǎn)往另一條線路，滑床板是重要的道岔轉(zhuǎn)轍器部件，主要用于支撐尖軌、扣壓基本軌。滑床板截面呈Π形(中空)，其滑床臺與滑床板焊接在一起，使用時表面承受周期性的壓力(車輪滾動)，滑床板狀態(tài)是否良好直接關(guān)系到列車的運行安全。

1 傷損滑床板位置分布

鄭州地鐵正線鋪設(shè)9號單開道岔直、曲各有16塊滑床板。目前，發(fā)生滑床臺壓嘴一側(cè)斷裂1處，位置為曲基本軌第五塊非軌撐滑床板；滑床臺脫焊1處，位置為曲基本軌第七塊非軌撐滑床板。由此可見，傷損滑床板一般分布在道岔曲基本軌一側(cè)。

在列車通過轉(zhuǎn)轍部分尖軌頂寬50 mm處后，荷載將全部由基本軌過渡到尖軌上，此處對應(yīng)位置為第七塊滑床板，可見現(xiàn)場滑床板傷損分布位置與其受力情況基本一致。

2 滑床板受力分析

滑床板的傷損與復(fù)雜受力情況密不可分。正常狀態(tài)下，滑床板受到列車通過尖軌由自重產(chǎn)生的垂直力和離心作用給基本軌的橫向力。鋼軌受力時，由底邊緣將力傳向彈片扣壓端，滑床臺受力主要通過彈片傳遞(正常組裝狀態(tài)下，壓舌與鋼軌底邊表面間隙為1.5 mm)，彈片端部的受力作用于銷釘上?；舶甯鞑课皇芰a(chǎn)生一定的變形量，超過彈性變形量時則發(fā)生斷裂，當(dāng)滑床臺焊縫強(qiáng)度低于底板受力變形產(chǎn)生的抵抗力時則發(fā)生脫焊。

3 滑床板傷損問題分析

3.1 焊高不滿足要求及焊接質(zhì)量不良

滑床臺通過焊接固定在底座上，焊縫高度制造圖設(shè)計為5 mm，測量發(fā)現(xiàn)焊縫開裂、滑床臺四周焊縫高度不均勻，最低焊高為4 mm，不符合制造圖設(shè)計要求。國內(nèi)新建地鐵線路目前已將滑床臺焊縫高度調(diào)整為8 mm，以預(yù)防因焊高不足而引起的開焊。

滑床臺與底板的構(gòu)造材質(zhì)不同，對其焊接工藝要求較高。開焊滑床臺兩側(cè)焊縫不飽滿、虛焊，脫焊位置焊接不密實、不均勻，焊縫拐角處焊接粗糙[1]。

滑床板兩側(cè)螺釘緊固后，滑床板下橡膠墊將給滑床板一個向上的作用力，若該力較大而使底板上拱，就會使底板表面承受過大的拉應(yīng)力而處于拉、壓循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)，滑床板受力變形量超過彈性變形量時則發(fā)生斷裂；因焊高不足及焊接質(zhì)量不良導(dǎo)致焊縫疲勞強(qiáng)度降低，若低于滑床板受力變形產(chǎn)生的抵抗力則發(fā)生脫焊。因此，應(yīng)注意焊縫質(zhì)量的控制[2]。

3.2 滑床臺銷釘位置偏差大

滑床臺定位銷釘中心至滑床臺端部尺寸為100±1 mm，測量發(fā)現(xiàn)5號線航海路站P4105脫焊滑床臺定位銷釘中心至滑床臺端部尺寸為106 mm，不符合制造圖尺寸要求?；才_銷釘孔等制造精度影響彈片的受力情況，定位銷釘實際位置與圖紙位置的偏差增加了彈片的受力，加速了滑床臺脫焊。

3.3 未安裝調(diào)整片

滑床臺與鋼軌底邊有3 mm調(diào)整片，主要作用是填塞滑床臺與鋼軌間隙，減少鋼軌側(cè)翻。當(dāng)列車通過道岔曲股時會產(chǎn)生離心力，使滑床臺壓嘴位置受到一個垂直向上的作用力，促使滑床板受力發(fā)生變形。因此，滑床板組裝時，調(diào)整片的正確使用是保證滑床臺正常受力的關(guān)鍵，而滑床板壓嘴一側(cè)斷裂和滑床臺開焊現(xiàn)場均未安裝調(diào)整片。

3.4 尖軌與基本軌頂面相對高度超限

一般尖軌頂面寬20 mm處低于基本軌2 mm。在運營維護(hù)中，若發(fā)現(xiàn)在尖軌頂面寬50 mm及以上斷面處低于基本軌頂面2 mm及以上，需對道岔進(jìn)行維修或更換。

測量滑床臺開焊直尖軌,發(fā)現(xiàn)尖軌頂面寬20 mm斷面處低于基本軌0.5 mm,尖頂面寬50 mm斷面處高于基本軌2.6 mm。列車通過時直尖軌受力較大，引起尖軌過早受力，同時加大尖軌對滑床板的沖擊力，造成或加劇滑床板焊縫裂紋或脫焊。

3.5 滑床板空吊、軌枕傾斜、膠墊壓潰

空吊是軌底和鐵墊板或鐵墊板與軌枕間有一定的間隙，表現(xiàn)為垂直方向的空吊和滑床板一側(cè)空吊。

滑床板垂直方向空吊的受力情況為：列車經(jīng)過時滑床板底板受垂直力向下產(chǎn)生一定的形變量，底板下方空隙越大則形變量越大，變形超過自身撓度時即發(fā)生斷裂或裂紋[1]。

滑床板側(cè)吊的受力情況為：滑床板底板下使用了部分特殊形式的墊片或者枕木偏斜等原因?qū)е禄舶逑聠蝹?cè)密貼、另一側(cè)懸空的狀態(tài)，在列車經(jīng)過時易在膠墊下密貼處形成剪力點，滑床板底板受剪力破壞導(dǎo)致裂紋或斷裂[2]。

如實測滑床板壓嘴斷裂處一側(cè)短岔枕內(nèi)沿相對于外沿傾斜為30 mm，滑床板內(nèi)沿相對于外沿傾斜為17 mm且尖軌與滑床板之間存在1.75 mm縫隙，前后兩塊滑床板與尖軌之間縫隙分別為2.5 mm和2.2 mm，離縫較大，均超過標(biāo)準(zhǔn)值。列車通過時尖軌向滑床板傳遞一個向下的動態(tài)作用力，此時滑床板壓嘴位置受到基本軌軌底向上的動態(tài)作用力。因滑床板傾斜，加之列車長期直股運行，滑床板壓嘴位置存在應(yīng)力集中，導(dǎo)致滑床板壓嘴一側(cè)疲勞斷裂。

曲基本軌內(nèi)側(cè)彈片扣壓，外側(cè)III型彈條扣件扣壓，內(nèi)、外側(cè)扣壓力不均衡時，列車通過時容易造成基本軌外傾，軌底上翹力量轉(zhuǎn)至滑床板壓嘴導(dǎo)致一側(cè)斷裂。

3.6 鋼軌軌面波磨對滑床板受力的影響

當(dāng)列車通過時,曲尖軌、導(dǎo)曲線上股受到橫向擠壓力,下股鋼軌表面輪軌作用復(fù)雜,滑動和滾動交錯發(fā)生,易產(chǎn)生鋼軌波磨，而鋼軌波磨又加劇了尖軌受力的復(fù)雜性[3]。

若鋼軌軌面發(fā)生波磨，鋼軌表面將會不平順，輪軌作用力也會加劇，特別是輪對經(jīng)過波峰時沖擊力也會達(dá)到峰值，而列車經(jīng)過波谷時受力會減小，尖軌下滑床板頻繁受到高頻振動力，輕則造成疲勞傷損，重則造成滑床板瞬間受力超過其最大變形撓度而發(fā)生斷裂[3]。

3.7 三道縫問題

三道縫是指道岔基本軌軌底與滑床臺槽邊有縫、基本軌軌頭下顎及軌底上部與軌撐接觸部分不密貼有縫、軌撐與滑床板的擋肩不密貼有縫。

三道縫會導(dǎo)致列車通過道岔時軌撐不能有效阻止基本軌橫移，壓不住、頂不死，造成道岔軌向不順、軌距不符合要求，加劇車輪的搖擺和沖擊，沖擊荷載的增大容易造成滑床板斷裂，破壞道岔各部件整體穩(wěn)定性。從道岔養(yǎng)護(hù)維修及道岔加強(qiáng)兩方面考慮，日常檢查中通過眼觀或是塞尺發(fā)現(xiàn)相關(guān)部位縫隙，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整。

4 滑床板傷損問題整治措施

4.1 制造精度、焊接工藝需滿足設(shè)計要求

滑床板制造要嚴(yán)格按照制造圖進(jìn)行，特別是定位銷釘孔距及距離壓嘴端部的尺寸。

在加工中，滑床臺和底板盡可能全面接觸，不得存在縫隙。在焊接過程中嚴(yán)格焊接工藝、控制焊接高度和焊接質(zhì)量，不得出現(xiàn)因焊接工藝不當(dāng)導(dǎo)致焊縫位置晶粒粗大、硬度偏低、焊縫不飽滿、虛焊等情況；改善焊接工藝，收焊時焊槍停留時間適當(dāng)縮短；采用正常件的焊接工藝，即在滑床臺和基板交界線處分兩次焊接，有利于改善晶粒粗大和應(yīng)力集中問題。同時，滑床板出廠應(yīng)在合格證書上明確其使用材質(zhì)，使用驗收單位應(yīng)對其材質(zhì)、制造工藝、焊接工藝等進(jìn)行第三方檢測，待檢測合格后方可運用至現(xiàn)場。

4.2 正確使用調(diào)整片

在道岔鋪設(shè)施工階段，要使用調(diào)整片消除基本軌軌底與滑床臺之間的縫隙，減小過車時基本軌對滑床臺的扳動力。

4.3 加強(qiáng)道岔養(yǎng)護(hù)維修

(1)檢查滑床板下膠墊是否歪斜、變形、變性失效，及時更換變性失效的下膠墊，確保軌下平面一致，改善軌道剛度不均勻現(xiàn)象。

(2)檢查道岔的軌向、高低是否正常，鋼軌表面是否有波磨，尖軌尖是否有裂紋、剝落掉塊，道岔前后區(qū)域螺栓扭矩、扣件壓力是否符合運營維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)等，對超限處所及時預(yù)防或整改。

(3)針對道岔岔枕傾斜造成滑床板傾斜問題：調(diào)整橡膠墊片，在保證岔枕完整的情況下使滑床板保持水平；調(diào)整橡膠墊片仍不能滿足設(shè)計要求時，打磨岔枕使滑床板保持水平。

(4)明確要求道岔滑床臺涂油的品種、涂油量及工藝，嚴(yán)禁因涂油量大而污染墊板下膠墊。

4.4 采取補(bǔ)強(qiáng)措施

(1)采用整鑄滑床板。目前行業(yè)內(nèi)多采用普通滑床板即滑床臺與底板焊接拼裝而成，在滑床臺安裝銷釘和彈片來扣壓基本軌。彈片扣壓基本軌的接觸方式為線接觸，接觸面積小，造成基本軌容易外翻，而且列車在反復(fù)行駛中彈片受擋肩制約不能后退，容易從前端竄出，由此造成滑床臺、板反復(fù)受到?jīng)_擊。

采用整鑄滑床板優(yōu)勢：一是優(yōu)化了滑床板原有彈片結(jié)構(gòu)，摒棄焊接技術(shù)，彈片由線接觸改為面接觸，克服了彈片在反復(fù)行車中形成的前端竄出缺陷，扣壓能力顯著增強(qiáng)；二是滑床臺表面設(shè)有2～4 mm厚的減磨復(fù)合層，光滑耐磨，有效保證了滑床板承托尖軌扳動順暢；三是進(jìn)一步提高道岔滑床板整體穩(wěn)定性、行車安全性，降低了日常養(yǎng)護(hù)維修量。

(2)增加軌撐方案。定做一批帶軌撐的道岔滑床板，在軌枕上重新鉆孔錨固尼龍?zhí)坠?，用帶軌撐的滑床板替換原來的滑床板。增加軌撐后，當(dāng)鋼軌受到垂直力和橫向力時，軌撐有一個反向的作用力，對鋼軌向外翻轉(zhuǎn)可以起到一定的作用，減小滑床臺下彈片的受力。

5 結(jié)語

綜上所述，道岔滑床板出現(xiàn)滑床臺脫焊、滑床臺壓嘴一側(cè)斷裂為滑床板受力、制造尺寸、焊接工藝及焊高、運營維護(hù)等綜合因素疊加導(dǎo)致，但滑床臺與基板焊縫處存在焊接缺陷、焊高不足是導(dǎo)致滑床板在焊縫處疲勞斷裂的主要原因。