付 濤

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

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高速鐵路道岔廠內(nèi)制造平順性控制研究

付 濤

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

簡(jiǎn)述了高速鐵路道岔結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，從道岔零部件制造、道岔組裝、廠內(nèi)試鋪等方面，探討了高速鐵路道岔廠內(nèi)制造平順性的控制要點(diǎn)，有效提高了高速鐵路道岔制造的質(zhì)量。

高速鐵路，道岔，鋼軌，平順性

0 引言

高速鐵路道岔是高速鐵路三大核心技術(shù)之一，高平順性、高穩(wěn)定性、高安全性是高鐵道岔設(shè)計(jì)、制造與養(yǎng)護(hù)的最終目標(biāo)。高速鐵路道岔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，是平順性控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。道岔區(qū)的靜態(tài)平順性包括軌道幾何平順性和剛度均勻化，道岔幾何平順性主要包括高低、方向、水平、軌距變化率、輪軌接觸等方面，本文從高速鐵路道岔靜態(tài)幾何平順性控制著手，結(jié)合廠內(nèi)制造工藝，提出控制道岔靜態(tài)幾何平順性的關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)，并就相關(guān)項(xiàng)點(diǎn)的控制提出了解決方案。

1 高速鐵路道岔技術(shù)特點(diǎn)

高速鐵路道岔按號(hào)數(shù)分為60 kg/m鋼軌18號(hào)、60 kg/m鋼軌42號(hào)及60 kg/m鋼軌62號(hào)道岔，適用于直向容許通過(guò)速度250 km/h,350 km/h，側(cè)向容許通過(guò)速度80 km/h的有砟或無(wú)砟線路。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

1)18號(hào)道岔采用R1 100 m的單圓曲線；42號(hào)和62號(hào)道岔采用圓曲線+緩和曲線。

2)尖軌采用相離半切線型，相離值為12 mm，選用60D40鋼軌制造；跟端鍛壓成60 kg/m標(biāo)準(zhǔn)鋼軌，并進(jìn)行1∶40斜扭轉(zhuǎn)，便于與區(qū)間線路平順連接。

3)為保證尖軌跟端的平順性，根據(jù)不同溫度力的變化，跟端分為設(shè)置傳力機(jī)構(gòu)與不設(shè)傳力機(jī)構(gòu)兩種。

4)翼軌采用22.8 m的軋制特種斷面翼軌制造，相比模鍛翼軌，軋制翼軌加工制造容易且有效解決了平順性差、工電配合空間狹小的問(wèn)題。

5)依據(jù)水平藏尖結(jié)構(gòu)提高橫向平順性的原則，350 km/h道岔心軌采用水平藏尖，翼軌水平銑削9 mm的藏尖結(jié)構(gòu)。水平藏尖結(jié)構(gòu)降低了輪軌橫向作用力，有利于降低列車(chē)逆向進(jìn)岔時(shí)車(chē)輪撞擊心軌的可能性，確保列車(chē)安全平穩(wěn)。

2 零部件制造過(guò)程中平順性控制

高速鐵路道岔主要零部件均為長(zhǎng)大軌件，加工質(zhì)量的好壞直接影響到組裝質(zhì)量。為確保加工精度，軌件均采用大型數(shù)控龍門(mén)銑床、數(shù)控鉆床等數(shù)控設(shè)備加工制造，達(dá)到高速道岔精密部件精密制造的目的。

2.1 尖軌、心軌降低值與標(biāo)準(zhǔn)軌頭輪廓加工控制

有研究表明，尖軌與基本軌結(jié)合部的輪軌關(guān)系是影響動(dòng)車(chē)組過(guò)岔平穩(wěn)性的主要因素，心軌與翼軌結(jié)合部的輪軌關(guān)系是影響動(dòng)車(chē)組過(guò)岔安全性的主要因素。縮短輪載過(guò)渡范圍能有效提高動(dòng)車(chē)組過(guò)岔平穩(wěn)性。

250 km/h道岔尖軌降低值過(guò)渡慢、范圍大，350 km/h道岔尖軌降低值過(guò)渡快、范圍廣，見(jiàn)表1。

表1 尖軌降低值過(guò)渡范圍比較 mm

為改善列車(chē)運(yùn)行條件，保證長(zhǎng)心軌尖端有一定的寬度，將心軌尖端水平藏入翼軌內(nèi)9 mm，避免了心軌過(guò)早受力，同時(shí)心軌理論尖端位置較250 km/h 心軌前移了130 mm，降低值過(guò)渡范圍小，見(jiàn)表2。

表2 心軌降低值過(guò)渡范圍比較 mm

尖軌、長(zhǎng)心軌均采用60D40鋼軌制造，為與60 kg/m鋼軌連接跟端均需在650 mm范圍內(nèi)進(jìn)行鍛壓，軌頂輪廓通過(guò)機(jī)加工修復(fù)，見(jiàn)圖1。另外，由于軌頭50 mm斷面后均不再有降低值，60D40原材軌頭輪廓與標(biāo)準(zhǔn)輪廓存在一定量的偏差，需經(jīng)機(jī)加工修正。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，得出50 mm斷面至跟端通長(zhǎng)數(shù)控銑削的方案。該工藝軌件一次裝卡，專(zhuān)用成型輪廓銑刀一次加工完成，有效解決了原有工藝存在的縱向、橫向的不平順，經(jīng)軌頭輪廓儀檢測(cè)，軌頭輪廓的相似度與軌頂面平順性均都到了大幅提升。

2.2 翼軌機(jī)加工過(guò)程控制

高速鐵路道岔翼軌采用22.8 m的軋制特種斷面翼軌制造，趾端機(jī)加工成60 kg/m鋼軌標(biāo)準(zhǔn)軌型。為消除頂面垂直磨耗后的不平順，翼軌頂面輪廓根據(jù)心軌工作邊軌跡加工成特殊結(jié)構(gòu)形式。同時(shí)，翼軌在咽喉處向后水平銑削9 mm，便于心軌藏尖，提高翼軌與心軌貼合部位工作邊的平順性。

翼軌趾端采用專(zhuān)用成型輪廓銑刀軌頭與軌腰分別一次加工成型，具有高精度、高平順性的優(yōu)點(diǎn)，如圖2所示。

2.3 軌件1∶40斜扭轉(zhuǎn)控制

為與區(qū)間高鐵線路平順連接，尖軌(心軌)跟端、翼軌趾端均需扭轉(zhuǎn)1∶40，1∶40的扭轉(zhuǎn)精度是鋼軌頂面輪廓加工準(zhǔn)確與否及平順性指標(biāo)的前提與關(guān)鍵。尖軌與心軌扭轉(zhuǎn)范圍為跟端650 mm范圍內(nèi)，允許偏差為1∶40±1∶320；翼軌扭轉(zhuǎn)范圍為趾端750 mm范圍內(nèi)，允許偏差為1∶40±1∶400。制造過(guò)程中1∶40采用了大型專(zhuān)用設(shè)備進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，通過(guò)扭斜機(jī)的刻度盤(pán)可對(duì)1∶40精確控制，偏差極小，見(jiàn)圖3。

斜度測(cè)量?jī)x是專(zhuān)門(mén)針對(duì)高鐵道岔斜度扭轉(zhuǎn)檢測(cè)而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的新型測(cè)量?jī)x器，通過(guò)高精度的測(cè)量?jī)x器，可精確控制扭轉(zhuǎn)斜度的質(zhì)量。

2.4 不足位移的控制

道岔牽引轉(zhuǎn)換中，尖軌和心軌往往達(dá)不到設(shè)計(jì)的理想線型，即存在不足位移現(xiàn)象。不足位移是一種動(dòng)態(tài)的軌距變小，在輪軌的作用下有可能減小，但不足位移對(duì)高速運(yùn)行的列車(chē)平穩(wěn)性有很大影響，因此，不足位移是道岔平順性控制的重要部分。

1)多點(diǎn)牽引，18號(hào)道岔轉(zhuǎn)轍器部分設(shè)置3個(gè)牽引點(diǎn)，轍叉部分設(shè)置2個(gè)牽引點(diǎn)；42號(hào)道岔轉(zhuǎn)轍器部分設(shè)置6個(gè)牽引點(diǎn)，轍叉部分設(shè)置3個(gè)牽引點(diǎn)。

2)在轉(zhuǎn)轍器及轍叉部分設(shè)置減摩擦滑床板，并且間隔設(shè)置輥輪滑床板，將摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦，減小了轉(zhuǎn)換過(guò)程中的轉(zhuǎn)換摩擦力。

3)42道岔設(shè)置心軌雙肢彈性可彎結(jié)構(gòu)，心軌廠內(nèi)預(yù)設(shè)工作邊頂彎反拱。

3 組裝及整組驗(yàn)收中平順性控制

零部件的加工精度是平順性控制的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，而廠內(nèi)的零部件組裝與整組試鋪是高鐵道岔平順性控制的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。廠內(nèi)道岔組裝與試鋪均在多功能專(zhuān)用平臺(tái)上進(jìn)行，為保證組裝精度與道岔的高平順性，平臺(tái)平面度控制在0.5 mm以?xún)?nèi)，并定期進(jìn)行平面度的檢測(cè)與調(diào)整。

3.1 鋼軌組件相對(duì)高差控制

零部件加工的精度很大程度上決定了組裝精度，由于存在偏差累計(jì)組裝后不可避免存在高差超差現(xiàn)象，相對(duì)高差控制是高鐵道岔縱向平順性的最終目標(biāo)。

組裝與試鋪過(guò)程中心軌、翼軌相對(duì)高差的控制：與尖軌、基本軌組裝類(lèi)似，心軌15 mm～50 mm斷面范圍內(nèi)，各檢測(cè)斷面相對(duì)于翼軌的降低值偏差：±0.5 mm。

檢測(cè)時(shí)采用水平尺、高差尺、塞尺等多種測(cè)量工具進(jìn)行測(cè)量控制，見(jiàn)圖4。

3.2 直股直線度與曲股圓順控制

道岔直股直線度是道岔組裝非常關(guān)鍵的控制項(xiàng)點(diǎn)，其質(zhì)量的好壞直接影響到組裝質(zhì)量。18號(hào)高速道岔轉(zhuǎn)轍器與可動(dòng)心轍叉全長(zhǎng)分別為23.392 m和20.992 m，直線度要求為：1 m/10 m。傳統(tǒng)測(cè)量方法存在線繩不易固定、撓度大、測(cè)量結(jié)果誤差較大等缺點(diǎn)，直線度檢測(cè)裝置是為解決上述問(wèn)題而專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的新型測(cè)量裝置，如圖5所示。該裝置測(cè)量精度在50 m范圍內(nèi)達(dá)到0.5 mm，受環(huán)境影響較小，適用于廠內(nèi)組裝、試鋪的直線度檢測(cè)，也適用于線路鋪設(shè)時(shí)鋼軌直線度檢測(cè)。

曲基本軌與曲線尖軌是道岔圓順的控制重點(diǎn)，其圓順度與岔枕定位精度、釘孔距精度、墊板承軌槽制造精度、頂鐵間隙及曲基本軌與曲線尖軌制造精度相關(guān)。18號(hào)高速道岔為1 100 m半徑的單圓曲線線型，在制造中采用短直線逼近圓曲線并配合圓順樣板的方法進(jìn)行，一般采用每間隔1 m頂彎一次，即每米一圓順，頂彎圓順原理如圖6所示。

由圖6推算得出：

圓順樣板一般采用單邊600mm長(zhǎng)的對(duì)稱(chēng)式條形樣板，則圓順樣板Y的計(jì)算公式為：

當(dāng)R確定時(shí)，圓順樣板唯一確定。實(shí)踐證明，每1 m頂彎圓順逼近圓弧能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的各點(diǎn)支距值且工作邊平順性較好。

4 結(jié)語(yǔ)

高速鐵路道岔廠內(nèi)制造技術(shù)已經(jīng)形成成熟的體系，并不斷地優(yōu)化改進(jìn)。通過(guò)對(duì)道岔的制造工藝與檢測(cè)方法研究得出以下結(jié)論：

1)零部件機(jī)加工、道岔組裝試鋪工藝滿(mǎn)足了高速鐵路道岔精密制造的要求，實(shí)踐證明通過(guò)廠內(nèi)平順性有效控制可極大改善高鐵線路的平順性。

2)先進(jìn)的檢測(cè)方法是平順性控制的最直接手段。

3)平順性控制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，隨著科學(xué)理論體系的不斷完善，平順性控制的項(xiàng)點(diǎn)與測(cè)量方法也需不斷拓展與改進(jìn)。

[1] 工管技[2008]7號(hào)，客運(yùn)專(zhuān)線道岔制造驗(yàn)收暫行技術(shù)條件[S].

[2] 袁寶軍，費(fèi)維周.時(shí)速250 km客運(yùn)專(zhuān)線鐵路60 kg/m鋼軌18號(hào)單開(kāi)道岔制造工藝[J].軌道工程，2006(S1)：179-181.

[3] 孫 亮，馮金鳳，毛建平.60號(hào)～18號(hào)客專(zhuān)道岔可動(dòng)心軌轍叉試鋪檢驗(yàn)方法研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2012(8)：96-99.

[4] 王 平，劉學(xué)毅，陳 嶸.我國(guó)高速鐵路道岔技術(shù)的研究進(jìn)展[J].高速鐵路技術(shù)，2010(2)：6-13.

The control research on production harshness in high speed railway turnout

Fu Tao

(ChinaRailwayBaojiBridgeGroupCo.,Ltd,Baoji721006,China)

This paper elaborated the characteristics of high speed railway turnout structure, from the turnout components manufacturing, turnout assembly, factory trial laying and other aspects, discussed the control key points of production harshness in high speed railway turnout, effectively improved the quality of high speed railway turnout production.

high speed railway, turnout, rail, harshness

1009-6825(2016)10-0131-03

2016-01-21

付 濤(1983- ),男，工程師

U213.6

A