肖武斌,黃殷夫,劉 晉

(廣州鐵路(集團(tuán))懷化工務(wù)段，湖南懷化 418000)

1 概述

由于列車運(yùn)行速度、載重的大幅度提高,道岔軌道動(dòng)態(tài)幾何尺寸變化加劇,混凝土岔枕地腳螺栓由于在螺紋過(guò)渡處的應(yīng)力集中無(wú)法避免,螺栓被剪斷發(fā)展更快。地腳螺栓折斷在混凝土枕螺孔里,在不損壞地腳螺栓內(nèi)尼龍膠圈的前提下,取出折斷的地腳螺栓,重新裝配新地腳螺栓,是工務(wù)部門面臨的新課題。現(xiàn)場(chǎng)引起混凝土枕螺栓失效的原因有以下幾方面。

(1)當(dāng)列車高速側(cè)向通過(guò)提速道岔時(shí),在列車車輪沖擊荷載頻繁作用下,鋼軌帶動(dòng)墊板作橫向或縱向移動(dòng),地腳螺栓受到墊板強(qiáng)大的剪切力,造成地腳螺栓疲勞剪斷。

(2)由于φ6 mm×6 mm斷面彈簧墊圈強(qiáng)度不足,易失效,大螺栓松動(dòng)長(zhǎng)時(shí)間吊板(明吊和暗坑),在列車動(dòng)力作用下,反復(fù)抽拔損壞套管,造成抽筒或混凝土枕螺栓斷裂。

(3)軌枕螺栓松動(dòng),加之吊板引起。道岔鋼軌與墊板連接緊固后抵抗橫向力的阻力主要來(lái)源于混凝土枕螺栓擰緊后墊板底下的膠墊提供的橫向摩擦阻力,螺栓松動(dòng)浮起,引起正壓力幾乎為零,無(wú)法提供摩擦阻力,僅靠混凝土枕螺栓本身提供橫向阻力；同時(shí)彈簧墊圈受力折損后,伴隨吊板在列車荷載的沖擊作用下引起折斷。

因此，必須研制取出折斷的軌枕地腳螺栓的裝備。

2 磁力鉆取機(jī)的工作原理

利用交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生220 V 50 Hz電源,給磁力鉆取機(jī)供電磁化,磁力鉆取機(jī)通過(guò)磁力吸引固定在定位的鐵墊板上,鐵墊板通過(guò)螺栓固定在鋼軌底板上,對(duì)混凝土岔枕內(nèi)的折斷軌枕螺栓中心鉆取φ16～18 mm的深孔,鉆削深度達(dá)到50 mm以上即可,然后用反絲錐反向鏇入開(kāi)口的螺栓套中,利用外力擠壓固定將斷螺栓旋出,再重新裝配上新的混凝土岔枕螺栓。一旦螺栓銹蝕嚴(yán)重,硬塑套筒損壞,可更換空心鉆套,再安裝新的尼龍螺紋套即可。

3 主要技術(shù)參數(shù)

(1)額定電壓:AC220V

(2)額定頻率:50 Hz

(3)鉆孔直徑(最大):23 mm

(4)額定輸入功率:1 100 W

(5)額定轉(zhuǎn)速:350 r/min

(6)最大工作行程:180 mm

(7)電磁吸力:13 kN

(8)鉆孔時(shí)間:4～5 min/顆

(9)鉆頭進(jìn)給量:0.5～0.8 mm/s

4 工藝裝備特性

(1)快速定位功能。利用磁力快速磁化機(jī)具底將把整個(gè)鉆機(jī)固定,可實(shí)現(xiàn)快速定位。

(2)鉆取折斷混凝土岔枕螺栓(套筒)效率高,配以加溫裝置,4～5 min可取出1顆混凝土岔枕斷螺栓,不損壞混凝土岔枕內(nèi)膠套,快速高效。

(3)為確保作業(yè)安全,該機(jī)應(yīng)利用“天窗”點(diǎn)施工。

(4)鉆取機(jī)總質(zhì)量控制在25 kg范圍內(nèi),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,1人可操作使用。

5 主要配件設(shè)計(jì)及作用

(1)磁力鉆取機(jī):主鉆取機(jī)優(yōu)先采用通電快速磁化,產(chǎn)生磁力快速吸住在定位坐墊板上。鉆機(jī)選用二相220 V 50 Hz交流電源驅(qū)動(dòng),額定功率1 100 W。鉆機(jī)額定轉(zhuǎn)速為350 r/min,鉆頭可產(chǎn)生28 N·m的力偶。設(shè)計(jì)鉆頭的直徑最大值為24 mm,鉆頭可產(chǎn)生最大力F=1.167 kN?13 kN(電磁力吸引力)，滿足鉆頭鉆孔力的需要,機(jī)具不會(huì)被摔離。見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 磁力鉆取機(jī)操作正面

圖2 磁力鉆取機(jī)反面

(2)鉆取機(jī)支座墊板:20 mm厚Q235普通鋼板制造,用于安裝支撐固定磁力鉆取機(jī)。墊板安裝專用鎖緊裝置,通過(guò)絲桿的緊固扣壓在鋼軌軌底板上。如圖3、圖4所示。

圖3 鉆取機(jī)支座墊板正面

圖4 鉆取機(jī)支座墊板反面

(3)反絲錐采用合金鋼(3Cr12SiV)制造,該合金易熱處理、風(fēng)冷、耐高溫、韌性好、耐磨,用于撥出混凝土岔枕斷螺栓,反方向旋入螺栓孔內(nèi),過(guò)盈配合,正方向連同螺紋套旋出。如圖5所示。

圖5 反絲錐

(4)鉆孔導(dǎo)向套:普通45號(hào)鋼制造,用于在鉆混凝土岔枕斷螺栓孔時(shí)鉆頭導(dǎo)向,防止鉆頭在開(kāi)始定位時(shí)鉆偏,以免影響整個(gè)鉆削過(guò)程。見(jiàn)圖6,圖7。

圖6 鉆孔導(dǎo)向套

圖7 空心鉆導(dǎo)向套

(5)空心鉆導(dǎo)向芯：普通45號(hào)鋼制造,用于在空心鉆鉆尼龍膠套孔時(shí)鉆頭導(dǎo)向,防止空心鉆鉆頭鉆偏。

6 工藝流程控制

(1)卸掉斷螺栓的扣板地腳螺栓。

(2)用壓機(jī)抬高鋼軌,取掉大膠墊。

(3)將鉆取機(jī)支座墊板扣在鋼軌軌底板上。

(4)將導(dǎo)向套插入混凝土岔枕螺栓孔內(nèi)。

(5)將鉆取機(jī)放在支座墊板上,鉆頭對(duì)正導(dǎo)向套。

(6)發(fā)動(dòng)發(fā)電機(jī),送電,將鉆機(jī)磁力開(kāi)關(guān)往上打,指示燈亮,鉆取機(jī)磁鐵吸在支座墊板上。

(7)扳動(dòng)鉆孔機(jī)加力桿,先緩慢進(jìn)入,見(jiàn)鐵屑從導(dǎo)向套內(nèi)冒出時(shí)提起鉆頭,將導(dǎo)向套旋出,再重新往下鉆；此時(shí)鉆頭已定位,可加大下壓力度,同時(shí)注意鉆機(jī)聲音的變化,如鉆機(jī)聲音變小,速度變慢,說(shuō)明下壓力過(guò)大,應(yīng)調(diào)整下壓力；再看鉆出的鐵屑顏色,鐵屑顏色變藍(lán)說(shuō)明溫度高,需減小下壓力或用水冷卻；斷螺栓鉆通時(shí),手感會(huì)有變化,鉆機(jī)負(fù)載小了聲音也會(huì)有變化,此時(shí)應(yīng)提起鉆頭,關(guān)閉磁性開(kāi)關(guān),移出鉆機(jī)。

(8)將反絲錐扦入斷螺栓孔內(nèi),逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)絲錐,便可將斷螺栓旋出,斷螺栓旋出后扦入夾具板孔內(nèi)頂緊螺絲將反絲錐取出。

(9)用棘輪扳手旋反絲錐的力度應(yīng)控制在1 200 N·m以內(nèi),即一人用力,如扭不動(dòng),說(shuō)明斷螺絲銹蝕嚴(yán)重,改用尼龍?zhí)子每招你@鉆取法,方法如下。

①換上空心鉆頭。

②將定位塞扦入尼龍?zhí)卓變?nèi)。

③將空心鉆頭校準(zhǔn),扦入定位塞。

④開(kāi)動(dòng)鉆機(jī),掌握好鉆孔速度，加水冷卻鉆孔。

⑤將尼龍?zhí)足@掉后,用旋勾將水泥枕內(nèi)殘留的膠套外絲旋出,再將新的膠套旋入水泥枕內(nèi)。

(10)墊板和扣件復(fù)原,將新螺栓涂油旋緊。

折斷螺栓取出工藝流程如圖8所示。

圖8 折斷螺栓取出工藝流程

7 經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

(1)預(yù)測(cè)效益：以60 kg/m鋼軌12號(hào)單開(kāi)道岔為例,混凝土岔枕長(zhǎng)度從2.25～4.7 m長(zhǎng)短不一,共計(jì)86根,抽換1根混凝土岔枕平均價(jià)按700元的材料費(fèi)、800元的工費(fèi)及其他費(fèi)用計(jì)算,則抽換一根混凝土岔枕需要1 500元(不計(jì)其他費(fèi)用)。實(shí)際使用該機(jī)鉆取1個(gè)螺栓的總費(fèi)用不到300元,可節(jié)約1 200元。按年損壞15%比例修復(fù)計(jì)算,懷化工務(wù)段管內(nèi)有正線道岔451組,則每年我段可節(jié)省直接費(fèi)用：451×15%×1 200=8.118萬(wàn)元,而采用該設(shè)備縮短的維修時(shí)間增加的運(yùn)輸效益沒(méi)有考慮。經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

(2)推廣應(yīng)用前景：隨著工務(wù)設(shè)備的不斷提升,全路將有更多的混凝土岔枕上線,在既有道岔技術(shù)及軌道彈性沒(méi)有得到提高的前提下,混凝土岔枕螺栓剪斷會(huì)時(shí)有發(fā)生,大力推廣使用該設(shè)備其經(jīng)濟(jì)效益更加顯著。目前該設(shè)備已應(yīng)用到懷化、婁底、張家界等工務(wù)段,應(yīng)用數(shù)量達(dá)10余臺(tái),有著廣闊的推廣應(yīng)用前景。

(3)安全效益：道岔墊板螺栓折斷必然影響道岔的整體性,加快道岔病害的發(fā)展,如果螺栓得不到及時(shí)更換,數(shù)量一旦增多,必然對(duì)行車留下設(shè)備隱患。該設(shè)備研制成功,解決了工務(wù)部門安全配套的工裝問(wèn)題,為安全生產(chǎn)提供了便利。

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