馮毅

橋用鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)伸縮器)是大跨度鋼梁及鋪設(shè)無(wú)縫線(xiàn)路的高圬工橋上不可缺少的軌道設(shè)備，為適應(yīng)超長(zhǎng)無(wú)縫線(xiàn)路的鋪設(shè)要求，用來(lái)調(diào)節(jié)因溫度變化、動(dòng)載等因素作用所引起的鋼軌伸縮。南京長(zhǎng)江大橋?yàn)楣F兩用鋼桁梁結(jié)構(gòu)橋，按該橋的結(jié)構(gòu)形式(3孔×160 m連續(xù)鋼桁梁，1孔128 m簡(jiǎn)支鋼桁梁)，于1990年5月～7月間共鋪設(shè)了8組鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，解決了“卡脖子”設(shè)備。該伸縮器設(shè)計(jì)年代早，經(jīng)過(guò)冬去夏來(lái)的嚴(yán)寒酷暑，經(jīng)過(guò)上億噸動(dòng)量的檢驗(yàn)，運(yùn)行平穩(wěn)，伸縮正常，證明已達(dá)到了設(shè)計(jì)的主要性能。但在使用過(guò)程中，出現(xiàn)了尖軌爬行、尖軌及基本軌傷損等缺陷，截止2005年最高運(yùn)行速度為120 km/h。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，原有伸縮調(diào)節(jié)器已不能適應(yīng)鐵路跨越式發(fā)展的需要，使列車(chē)行車(chē)速度與軸重受限，研制新型伸縮器勢(shì)在必行。

1 研制背景及現(xiàn)有伸縮器的病害分析

南京長(zhǎng)江大橋鐵路橋線(xiàn)路繁忙，通過(guò)運(yùn)量大，屬咽喉要道，為提高其通過(guò)速度，研制提速客車(chē)以200 km/h的速度、25 t軸重提速貨車(chē)以120 km/h的速度通過(guò)該伸縮器。中鐵寶橋集團(tuán)公司受上海鐵路局委托，于2005年5月下旬到上海鐵路局、南京長(zhǎng)江大橋引橋及明橋使用的伸縮器進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，既有伸縮器存在以下問(wèn)題:1)尖軌存在不同程度的縱向爬行，這主要是由于鋼桁梁橋在溫差變化下發(fā)生縱向位移，在超長(zhǎng)無(wú)縫線(xiàn)路中鋼軌溫度力需要釋放的前提下，基本軌相對(duì)尖軌的伸縮對(duì)尖軌施加較大的縱向力所引起的。若尖軌防爬措施不力、養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，則易出現(xiàn)尖軌跟端處軌距擴(kuò)張，軌距千分頂達(dá)不到要求且不易調(diào)整的問(wèn)題。2)原伸縮器尖軌跟端壓型段運(yùn)行半年時(shí)間內(nèi)，即產(chǎn)生大于0.5 mm的“馬鞍型磨耗”，按維修驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)已屬超限。3)原伸縮器尖軌尖端部分有不均勻側(cè)磨，個(gè)別地方存在蠶豆、黃豆大小不同程度的掉塊，有一處鋪設(shè)位置在距尖端700 mm處有軋傷掉塊現(xiàn)象，軋傷長(zhǎng)110 mm，最深處4 mm。這主要是由伸縮調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及高速大軸重的運(yùn)行條件引起的。伸縮器的設(shè)計(jì)，既應(yīng)保證尖軌位置固定，又要使基本軌在伸縮過(guò)程中與尖軌的摩擦阻力達(dá)到最小，在達(dá)到該性能要求的前提下，尖軌尖端處易出現(xiàn)一菱形有害空間，在較高速度、大軸重運(yùn)行條件下，尖軌尖端處易出現(xiàn)不均勻磨耗。4)基本軌伸縮端1 m～2 m范圍內(nèi)有剝落掉塊現(xiàn)象。由于基本軌尖軌組件安裝在有1∶40斜度的整體大墊板上，基本軌的伸縮不可能在一個(gè)水平面上完成，另一方面，在基本軌該范圍內(nèi)，車(chē)輪已完全爬上尖軌，因此在磨耗型車(chē)輪作用的情況下，順向過(guò)車(chē)的磨耗型車(chē)輪將對(duì)基本軌末端造成一定程度的沖擊。

2 研制內(nèi)容

分析以上既有伸縮器出現(xiàn)的病害原因及高速、大軸重的技術(shù)要求，新型伸縮器在設(shè)計(jì)研制過(guò)程中，有針對(duì)性地采取了以下方案及措施。

2.1 平面線(xiàn)型設(shè)計(jì)

伸縮調(diào)節(jié)量為±500 mm，軌頭刨切采用復(fù)合曲線(xiàn)，從1 mm斷面至5 mm斷面為正弦型曲線(xiàn)，5 mm斷面至71 mm斷面為二次曲線(xiàn)。一方面保證了尖軌的粗壯度，另一方面相對(duì)于圓曲線(xiàn)型尖軌線(xiàn)型而言，在較短范圍內(nèi)減少了因基本軌相對(duì)于尖軌在伸縮過(guò)程中由于撓曲變形形成的伸縮阻力，見(jiàn)圖1。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1)尖軌采用60AT軌設(shè)計(jì)，基本軌采用與既有線(xiàn)路相同的60標(biāo)準(zhǔn)軌。

2)為解決基本軌伸縮端1 m～2 m范圍內(nèi)剝落掉塊現(xiàn)象，基本軌自尖軌20 mm斷面起到伸縮端作軌頂面1∶3斜度刨切，同時(shí)伸縮端作300 mm范圍內(nèi)加工12 mm垂直刨切。

3)針對(duì)無(wú)碴明橋面木橋枕的鋪設(shè)條件，為加強(qiáng)尖軌基本軌的整體性及穩(wěn)定性，在尖軌基本軌組件下設(shè)置整體大墊板，尖軌與基本軌采用與橋面軌道相同的軌頂坡。軌頂坡由大墊板上設(shè)置相應(yīng)斜坡來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于大墊板上焊件較多，考慮到加工工藝的可行性，大底板設(shè)置為鉸接分開(kāi)式。尖軌跟端設(shè)置鉸接軌撐，通過(guò)軌撐聯(lián)結(jié)尖軌與大底板為一體，以消除尖軌的縱向爬行。兩塊大墊板接頭采用高強(qiáng)螺栓摩擦副連接成伸縮器尖軌范圍內(nèi)的整體式軌下墊板，大底板接頭處剖面結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4)在尖軌尖端前岔枕處，基本軌開(kāi)始被軌撐導(dǎo)向彎折，此處岔枕間距及軌距易隨基本軌伸縮發(fā)生變化，為保證尖軌尖端處的密貼，大墊板上尖軌前端處設(shè)置兩塊導(dǎo)向軌撐，另一方面，基本軌不設(shè)置預(yù)彎，以消除伸縮器尖軌尖端處菱形有害空間。

5)在基本軌側(cè)設(shè)置減摩導(dǎo)向軌撐，裝配后的結(jié)構(gòu)如圖3所示，減摩導(dǎo)向軌撐如圖4所示。

該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是:a.垂直鋼軌方向設(shè)置兩個(gè)螺栓扣壓，防止基本軌伸縮過(guò)程中產(chǎn)生的橫向力對(duì)軌撐造成側(cè)傾而形成軌撐失效。b.軌撐與基本軌采用圓弧面接觸，減小了摩擦阻力。

6)配合減摩導(dǎo)向軌撐，在無(wú)軌撐扣壓側(cè)采用Ⅱ型彈條扣件進(jìn)行彈性扣壓，軌距塊設(shè)置為減摩軌距塊，結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3 鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器在橋上無(wú)縫線(xiàn)路中的應(yīng)用適應(yīng)性

1)伸縮器尖軌不宜位于橋梁伸縮軌縫之上，因該處為橋梁剛度變化及沉降變化較劇烈處，與列車(chē)在伸縮器上的振動(dòng)疊加之后，宜造成尖軌的傷損加劇。2)伸縮器基本軌一端(即伸縮端)宜布置100 m～200 m小阻力扣件，因伸縮器基本軌端阻力較小，一般只有50 kN左右，鋼軌的伸縮位移較大，若扣件阻力大于道床阻力，則鋼軌將帶動(dòng)橋枕發(fā)生較大的縱向位移，宜造成道床破壞，影響軌道平順性。3)在有條件的情況下，盡量采用雙向伸縮器，因?yàn)閮山M單向伸縮調(diào)節(jié)器成尾部對(duì)向布置時(shí)，尖軌所受縱向力較小，因而伸縮位移較小，不會(huì)造成伸縮調(diào)節(jié)器的幾何形位大的變化。

4 結(jié)語(yǔ)

60 kg/m鋼軌±500mm鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器自2005年10月起鋪設(shè)于南京長(zhǎng)江大橋、淮河大橋明橋面后，至2008年5月、2010年10月兩次鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，仍正常使用，根據(jù)工務(wù)部門(mén)信息反饋，完全可以達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)的提速客車(chē)以200 km/h的速度、25 t軸重提速貨車(chē)以120 km/h的速度通過(guò)的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)成功，效果理想。