孫立彬

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司,陜西寶雞 721006)

朔黃鐵路75 kg/m鋼軌12號嵌入式組合高錳鋼轍叉設(shè)計(jì)

孫立彬

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司,陜西寶雞 721006)

朔黃鐵路是我國“西煤東運(yùn)”第二條大通道的重要組成部分,隨著擴(kuò)能改造工程的完成,鐵路運(yùn)輸能力提升至3.5億t,既有線路中的轍叉已不能滿足運(yùn)輸發(fā)展的需求。為此研發(fā)設(shè)計(jì)了75 kg/m鋼軌12號嵌入式組合高錳鋼轍叉,并進(jìn)行上道驗(yàn)證。嵌入式組合高錳鋼轍叉結(jié)構(gòu)緊湊,質(zhì)量穩(wěn)定可靠,與既有固定型高錳鋼整鑄轍叉可互換使用。運(yùn)營實(shí)踐證明,該固定型轍叉使用狀態(tài)良好,心軌、翼軌磨耗均勻,壽命顯著提高,且養(yǎng)護(hù)維修工作量小,滿足了重載鐵路運(yùn)輸?shù)男枰?市場前景非常廣闊。

重載鐵路;轍叉;固定型;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 概述

朔黃鐵路是我國“西煤東運(yùn)”第二條大通道的重要組成部分,2012年經(jīng)擴(kuò)能改造工程完成后,鐵路運(yùn)輸能力由規(guī)劃的2億t提升至3.5億t,既有線路中的轍叉已不能滿足運(yùn)輸發(fā)展的需求。為此研發(fā)設(shè)計(jì)了75 kg/m鋼軌12號嵌入式組合高錳鋼轍叉,提高行車表面初始硬度,充分發(fā)揮高錳鋼良好的沖擊韌性,增強(qiáng)轍叉整體穩(wěn)定性及耐磨性,較既有固定型高錳鋼整鑄轍叉使用壽命提高2.5倍以上,滿足重載鐵路需求。

2 設(shè)計(jì)原則

(1)本次設(shè)計(jì)的嵌入式組合高錳鋼轍叉與既有道岔中的固定型高錳鋼整鑄轍叉、合金鋼組合轍叉可直接互換使用。

(2)轍叉位置的混凝土岔枕可以通用。

(3)轍叉趾跟端設(shè)置1∶40軌底坡。

(4)扣件為彈條Ⅱ型扣件。

(5)適應(yīng)跨區(qū)間無縫線路。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

75 kg/m鋼軌12號嵌入式組合高錳鋼轍叉以高錳鋼材質(zhì)為主體,由嵌入式整鑄高錳鋼叉心(以下簡稱錳叉心)、叉跟軌、翼軌、間隔鐵通過高強(qiáng)螺栓連接而成,見圖1。

圖1 嵌入式組合高錳鋼轍叉結(jié)構(gòu)示意

(1)錳叉心(圖2)

圖2 錳叉心結(jié)構(gòu)示意

①錳叉心的軌頂、軌墻和輪緣槽壁厚為35～45 mm,較既有固定型高錳鋼整鑄轍叉的22～25 mm提高50%以上,增強(qiáng)了轍叉的整體強(qiáng)度及剛性,適應(yīng)了重載鐵路大軸重的要求[6]。

②為保護(hù)心軌小斷面,減少其上道使用初期所受車輪的沖擊,對心軌及翼軌頂面的垂直高差進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)(圖3),即心軌實(shí)際尖端15 mm斷面為9.5 mm,心軌35 mm斷面為4.4 mm。

圖3 心軌及翼軌頂面垂直高差(單位:mm)

圖4 心軌加寬示意(單位:mm)

圖5 雙咽喉結(jié)構(gòu)示意(單位:mm)

圖6 車輪傳動(dòng)區(qū)軌頂面等寬結(jié)構(gòu)(單位:mm)

⑥高錳鋼轍叉在使用初期,其優(yōu)異的沖擊硬化特性未能有效發(fā)揮,強(qiáng)度較低,耐磨性較差,受到車輪的沖擊和摩擦,轍叉行車表面易出現(xiàn)磨損和塑性變形[10]。為提高轍叉初期抗磨損和抗變形能力,對轍叉行車表面采用了爆炸預(yù)硬化處理技術(shù),表面硬度達(dá)到350HB以上。

(2)叉跟軌、翼軌、間隔鐵及其聯(lián)結(jié)方式(圖7)

①叉跟軌、翼軌采用75 kg/m在線熱處理鋼軌制造,鋼軌材質(zhì)U78CrV;翼軌的趾端和叉跟軌的跟端設(shè)置1∶40軌底坡,扭轉(zhuǎn)過渡長度為280 mm。

②間隔鐵采用全斷面接觸結(jié)構(gòu),材質(zhì)為鑄鋼,提高了轍叉整體框架剛度,保證轍叉整體穩(wěn)定性。

③組裝采用扭矩為900～990 N·m的grade8/ SAEJ995 JUL99標(biāo)準(zhǔn)φ35 mm方頭螺栓及螺母,包括與其相配套的防轉(zhuǎn)鋼軌墊圈和彈簧墊圈。

圖7 錳叉心與叉跟軌、翼軌的聯(lián)結(jié)

(3)墊板

墊板厚度26 mm,寬190 mm,長度722 mm,與原道岔相同,鐵座焊接位置根據(jù)轍叉軌底寬度發(fā)生變化,但岔枕螺栓孔的位置不變,從而保證混凝土岔枕的通用性。

(4)扣件

扣件采用彈條Ⅱ型扣件。

(5)橡膠墊板

鋼軌下設(shè)5 mm厚橡膠墊板,鐵墊板下設(shè)10 mm厚橡膠墊板。

4 嵌入式組合高錳鋼轍叉的特點(diǎn)

(1)轍叉采用錳叉心和鋼軌栓接主體結(jié)構(gòu),適用于無縫線路;且螺栓位置接近等距離分布,使得轍叉剛度均勻化[11-12]。

(2)轍叉車輪傳動(dòng)區(qū)實(shí)現(xiàn)整體錳鋼化,同材料、同強(qiáng)度、同壽命。

(3)嵌入式錳叉心結(jié)構(gòu)緊湊,壁厚均勻,有利于鑄造工藝的實(shí)施和內(nèi)部質(zhì)量的提高。

(4)轍叉采用心軌加寬技術(shù),增加心軌接觸面積,提高心軌的耐磨性和抗沖擊性。

(5)轍叉采用雙咽喉結(jié)構(gòu),縮短轍叉有害空間距離,提高翼軌耐磨性。

(6)轍叉車輪傳動(dòng)區(qū)軌頂接觸面等寬設(shè)計(jì),增強(qiáng)列車過叉時(shí)的平穩(wěn)性。

(7)轍叉采用爆炸預(yù)硬化技術(shù),表面硬度達(dá)到350HB以上,硬化層深度≥30 mm。

(8)轍叉養(yǎng)護(hù)維修簡單,互換性好,具有較高的性價(jià)比。

5 結(jié)語

圖8 轍叉線路上道使用狀況

朔黃鐵路75 kg/m鋼軌12號嵌入式組合高錳鋼轍叉已通過專家評審,并于2013年7月2日進(jìn)行上道試鋪驗(yàn)證,截止2013年10月29日通過運(yùn)量總重超過0.8億t,轍叉整體狀態(tài)良好(圖8),心軌、翼軌磨耗均勻,磨耗深度1.4 mm,無掉塊、螺栓松動(dòng)等現(xiàn)象,預(yù)計(jì)使用壽命達(dá)3億t以上。目前,我公司每月進(jìn)行質(zhì)量跟蹤,及時(shí)掌握其使用狀況,便于產(chǎn)品的持續(xù)優(yōu)化

Design of No.12 Embedded Rail-bound High Manganese Steel Frog with 75 kg/m Rails Used in Shuozhou-Huanghua Railway

SUN Li-bin
(China Railway BaoJi Bridge Group Co.,Ltd.,Baoji 721006,Shaanxi Province,China)

U213.6

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.08.012

1004-2954(2014)08-0053-02

2013-11-18;

2013-12-02

孫立彬(1981—),男,工程師,2004年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院,工學(xué)學(xué)士,E-mail:slb30014@163.com。