徐小龍 上海鐵路局南京橋工段

60kg/m鋼軌30號道岔病害原因分析及整治措施

徐小龍 上海鐵路局南京橋工段

自60kg/m鋼軌30號道岔鋪設(shè)以來，除出現(xiàn)了滑床板斷裂、尼龍?zhí)坠苁У绕渌吞柕奶崴俚啦沓Ｒ姴『σ酝?，還出現(xiàn)了咽喉間隔鐵螺栓折斷、直尖軌側(cè)磨等病害。著重分析了此兩種病害的產(chǎn)生原因，并提出整治預(yù)防措施及實施效果。

60kg/m鋼軌30號道岔；病害分析；整治措施

2007年-2010年期間，在京滬線永寧鎮(zhèn)、興衛(wèi)村、高里等站先后鋪設(shè)了60kg/m鋼軌30號道岔（圖號為CZ2527）。多年來的現(xiàn)場使用及養(yǎng)護(hù)維修實踐證明，該型號道岔除出現(xiàn)了滑床板斷裂、尼龍?zhí)坠苁У炔『σ酝?，還出現(xiàn)了咽喉間隔鐵螺栓折斷及直尖軌側(cè)磨的病害。

1 咽喉間隔鐵螺栓折斷病害

經(jīng)統(tǒng)計，全段14組60kg/m鋼軌30號道岔在2007年-2011年間共發(fā)生了7次咽喉間隔鐵螺栓折斷，其中永寧鎮(zhèn)站2號3次，興衛(wèi)村站1號2次、高里站128號2次。咽喉間隔鐵螺栓折斷，易導(dǎo)致轉(zhuǎn)轍部位開口變化或道岔信號無表示，危及行車安全。

1.1 折斷的原因分析

咽喉間隔鐵路螺栓折斷原因有養(yǎng)護(hù)維修也有道岔自身設(shè)計方面的原因。

（1）列車在運行過程中會產(chǎn)生橫向水平力，造成翼軌外傾，咽喉間隔鐵螺栓要承受橫向水平力，同時，直股翼軌在列車動荷載作用下的撓曲力等因素的影響下，還會產(chǎn)生縱向水平力，在縱向水平力的作用下，直股翼軌會產(chǎn)生縱向位移，而曲股翼軌卻相對穩(wěn)定。在橫向水平力與縱向水平力的綜合作用下就有可能導(dǎo)致間隔鐵螺栓折斷。

（2）如果道岔內(nèi)及道岔前后的線路上存在軌距、方向不良、水平三角坑等病害，則上述幾何不平順會加劇列車通過道岔時的橫向水平力，間隔鐵螺栓折斷的概率增大。

（3）在對興衛(wèi)村站1號道岔連續(xù)2次發(fā)生咽喉間隔鐵螺栓折斷分析原因時發(fā)現(xiàn)∶在136號與137號枕間咽喉間隔鐵的結(jié)構(gòu)設(shè)計上，咽喉間隔鐵為單螺栓設(shè)計，螺栓桿直徑僅為27mm，安全儲備系數(shù)不大。

1.2 加固裝置的設(shè)計與安裝

我們在不改變道岔結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種加固裝置，能有效地杜絕間隔鐵螺栓的折斷(見圖1)。

（1）加固裝置的設(shè)計

采用軌距卡卡住兩翼軌，并用長桿螺栓將其連接，把兩翼軌牢牢固定住，兩翼軌軌底之間設(shè)一卡鐵，相當(dāng)于在咽喉部位又安裝了一套間隔鐵，提高咽喉部位的強度。

①卡鐵材質(zhì)選定為30號精密鑄鋼，并設(shè)計3mm的斜度,使其與翼軌軌底完全吻合。

②軌距卡材質(zhì)選定為45號精密鑄鋼，開口量22mm，與翼軌軌底完全吻合。

③長桿螺栓材質(zhì)選定為40號圓鋼，直徑確定為30mm。④防松防脫螺母材質(zhì)為35號精密鑄鋼，內(nèi)徑為30mm。

圖1 可動心軌咽喉加固裝置設(shè)計示意圖(單位∶mm)

（2）加固裝置的安裝

為了使加固裝置成為第一受力點，把加固裝置安裝在來車方向咽喉間隔鐵前端的位置(見圖2)。

圖2 可動心軌咽喉加固裝置的安裝結(jié)構(gòu)

1.3 加固裝置的實施效果

2011年7月，在興衛(wèi)村站1號道岔安裝了第一套咽喉加固裝置，至今未發(fā)生咽喉間隔鐵螺栓折斷的設(shè)備故障。實踐證明，安裝加固裝置還有以下幾方面的優(yōu)點∶

（1）為可動心道岔增添了一個強化項目，能確保可動心提速道岔轍叉咽喉部位開口不發(fā)生變化。

（2）增強了道岔結(jié)構(gòu)設(shè)計的強度，同時安裝后又不影響道岔結(jié)構(gòu)，不會妨礙道岔作業(yè)。

（3）從根本上了解決了可動心提速道岔咽喉部位因間隔鐵螺栓折斷而引起的設(shè)備故障。

2 直尖軌側(cè)磨病害

60kg/m鋼軌30號道岔尖軌采用60AT鋼軌制造,為半切線型彈性可彎尖軌,長度為28m，可動部分為25.305m，有6個牽引點,采用分動鉤型外鎖閉裝置和6機牽動,動程分別為160mm、132mm、110mm、87mm、65mm、40mm。

2.1 側(cè)磨的幾何特征分析

下面我們以興衛(wèi)村站1號岔直尖軌側(cè)磨為例(見圖3)。

圖3 道岔側(cè)磨情況示意(單位∶mm)

（1）轉(zhuǎn)轍部位直股(直尖軌所在的一股)鋼軌作用邊形成一個連續(xù)的側(cè)磨波形,側(cè)磨量由小變大,再由大變小，而其對股(直基本軌)無側(cè)磨。

（2）每個側(cè)磨波形中磨耗量(幅值)最大處的位置相對固定∶為轉(zhuǎn)轍機第二牽引點(以下簡稱二動)至曲基本軌彎折點。

（3）側(cè)磨波形長度相對固定∶為8.73m。

2.2 產(chǎn)生側(cè)磨的原因分析

（1）豎切不密切對側(cè)磨的影響。

若尖軌二動部位尖軌與基本軌靜態(tài)不密貼值為4mm,在列車通過時,動態(tài)下二動部位"被迫"密貼,則動態(tài)下尖軌在二動位置有4mm的橫向位移S尖。

根據(jù)曲線半徑、弦長和正矢的關(guān)系：

F=C2/8R,推出R=C2/8F。

假定第三牽引點與基本軌密貼，該道岔第三牽引點到第二牽引點位置L=3.6m,F=S尖=4mm=0.004m,

則R=(3.6×2)2/(8×0.004)=1620m。

這樣,尖軌形成了一個半徑約為1620m的“曲線”。

當(dāng)列車進(jìn)入道岔前,列車運行相對平穩(wěn),進(jìn)入后經(jīng)過轉(zhuǎn)轍部位這個曲線時,輪緣擠壓摩擦尖軌。

因此得出結(jié)論1：豎切不密切是造成直尖軌側(cè)磨的原因之一。

（2）輪軌關(guān)系的不匹配對側(cè)磨的影響。

由于道岔導(dǎo)曲線內(nèi)的墊板有1：40的軌底坡，而尖軌則是采用的1：40的軌頂坡，必然在尖軌跟端處有軌底坡向軌頂坡的過渡。建立運動模型如下(見圖4、圖5)。

圖4 正常輪軌關(guān)系接觸示意圖

圖5 “不等效錐度”輪軌關(guān)系接觸示意圖

圖4、圖5的運動模型說明了輪對在通過尖軌跟部時出現(xiàn)了左右軌對的“不等效錐度”，即產(chǎn)生了“輪徑差”。

當(dāng)圖5的運動模型經(jīng)過約20m左右的運行后即產(chǎn)生了如下圖6的運動模型。

圖6 直尖軌側(cè)磨部位輪軌關(guān)系接觸示意圖

通過圖6發(fā)現(xiàn)，作用于曲基本軌的輪緣背已磨損直尖軌，輪緣背與鋼軌已沒有游間，這樣的輪軌作用與輪對在曲線上的運行原理模型完全相同，這是由圖5的左右輪對“不等徑運動”造成的。

當(dāng)圖6的運動模型在運動至曲基本軌第一彎折點時將會撞擊曲基本軌，這是因為曲基本軌第一彎折點相對這一曲線來說,為曲線頭的反彎點。

在撞擊曲基本軌第一彎折點后輪對又回到圖4的運動模型。因此，在動態(tài)添乘時經(jīng)常會出現(xiàn)尖軌跟端與尖軌尖端的劇烈搖晃。

因此得出結(jié)論2：輪軌關(guān)系的不匹配是造成道岔直尖軌側(cè)磨的另一原因。

2.3 側(cè)磨的整治和預(yù)防措施

（1）加強道岔幾何尺寸的控制。及時消滅提速道岔前后100m范圍存在的軌道原始不平順,如連續(xù)小軌向和鋼軌硬彎等,同時要定期開展工電聯(lián)整,消除工電結(jié)合部的病害。

（2）提高焊接打磨的質(zhì)量。對尖軌跟端的焊接接頭在不同時期要分別進(jìn)行預(yù)打磨、預(yù)防性打磨和修理性打磨。即在焊接后線路開通前進(jìn)行接頭平順性打磨、運營2-3天后根據(jù)光帶的變化進(jìn)行預(yù)防性打磨及在后期的線路保養(yǎng)中要定期開展修理性打磨。

①打磨的范圍：尖軌跟部前后各1m以上，以確保軌底坡向軌頂坡過渡有足夠的順坡長度；

②打磨的方法：打磨時對直尖軌跟端的外側(cè)及導(dǎo)曲軌的內(nèi)側(cè)進(jìn)行打磨，即"非對稱性打磨"，確保導(dǎo)曲線內(nèi)的光帶與尖軌跟的光帶在一條直線上，修正軌底坡與軌頂坡的平順性；

③打磨的質(zhì)量：光帶在尖軌跟部不能產(chǎn)生突變，即鋼軌中心線與輪軌接觸中心線始終在一條直線上,打磨后接觸光帶應(yīng)居中，且寬度為20mm～30mm；焊縫的平順性應(yīng)符合軌頂面0～+0.3（mm/2m）（“+”表示凸出）；軌頭內(nèi)側(cè)工作面+0.3～0.3（mm/2m）（“+”表示凹進(jìn)）。

（3）改善軌底坡的過渡。由于在1：40的軌底坡向軌頂坡的過渡過程中，無論是人工機械打磨還是大機養(yǎng)路機械打磨，都很難把握打磨的角度及順坡長度，因此，可以對尖軌跟端48號-57號枕采用1：20的楔型膠墊過渡，以實現(xiàn)軌底坡向軌頂坡過渡的平順性。

2.4 實施效果

2011年下半年，我們在興衛(wèi)村站1號道岔采用上述方法開展了側(cè)磨整治,通過整治實踐,取得了很好的效果。

（1）產(chǎn)生了良好的社會效益。通過開展整治，基本杜絕了直尖軌、曲基本軌的側(cè)磨,同時也減少了因道岔直尖軌側(cè)磨而造成的機車搖晃，消滅了整治前的DF4D機車添乘儀水平加速度兩波（尖軌跟、尖軌尖）0.20g以上的報警及人體感覺不良，大大提高了列車運行的平穩(wěn)度，

（2）產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益。2011年11月份在興衛(wèi)村站1號岔因側(cè)磨更換直尖軌曲基軌后，我們采取了上述的整治措施，到2013年12月份已通過總重達(dá)2.2Mt，尚未出現(xiàn)側(cè)磨的跡象，基本實現(xiàn)了與道岔同壽命的使用。而在2009年-2011年間，該道岔每通過0.8Mt噸左右即要進(jìn)行因側(cè)磨過大或嚴(yán)重?fù)u晃而必須更換直尖軌與曲基本軌，大大延長了設(shè)備使用壽命,節(jié)約了工務(wù)生產(chǎn)成本。

[1]新軌道力學(xué).中國鐵道出版社.2001.

[2]關(guān)學(xué)生邵長勝丁文慶.可動心軌提速道岔咽喉間隔鐵螺栓折斷原因分析及預(yù)防措施.鐵道建筑技術(shù).2007[增].

[3]左玉良重載快速區(qū)段固定型提速道岔轉(zhuǎn)轍部位直股鋼軌側(cè)磨的研究.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計.2005（1）.

責(zé)任編輯：宋飛 龔佩毅
來稿時間：2014-1-23