朔黄铁路75 kg/m钢轨12号嵌入式组合高锰钢辙叉设计

孙立彬

(中铁宝桥集团有限公司,陕西宝鸡 721006)

朔黄铁路75 kg/m钢轨12号嵌入式组合高锰钢辙叉设计

孙立彬

(中铁宝桥集团有限公司,陕西宝鸡 721006)

朔黄铁路是我国“西煤东运”第二条大通道的重要组成部分,随着扩能改造工程的完成,铁路运输能力提升至3.5亿t,既有线路中的辙叉已不能满足运输发展的需求。为此研发设计了75 kg/m钢轨12号嵌入式组合高锰钢辙叉,并进行上道验证。嵌入式组合高锰钢辙叉结构紧凑,质量稳定可靠,与既有固定型高锰钢整铸辙叉可互换使用。运营实践证明,该固定型辙叉使用状态良好,心轨、翼轨磨耗均匀,寿命显著提高,且养护维修工作量小,满足了重载铁路运输的需要,市场前景非常广阔。

重载铁路;辙叉;固定型;结构设计

1 概述

朔黄铁路是我国“西煤东运”第二条大通道的重要组成部分,2012年经扩能改造工程完成后,铁路运输能力由规划的2亿t提升至3.5亿t,既有线路中的辙叉已不能满足运输发展的需求。为此研发设计了75 kg/m钢轨12号嵌入式组合高锰钢辙叉,提高行车表面初始硬度,充分发挥高锰钢良好的冲击韧性,增强辙叉整体稳定性及耐磨性,较既有固定型高锰钢整铸辙叉使用寿命提高2.5倍以上,满足重载铁路需求。

2 设计原则

(1)本次设计的嵌入式组合高锰钢辙叉与既有道岔中的固定型高锰钢整铸辙叉、合金钢组合辙叉可直接互换使用。

(2)辙叉位置的混凝土岔枕可以通用。

(3)辙叉趾跟端设置1∶40轨底坡。

(4)扣件为弹条Ⅱ型扣件。

(5)适应跨区间无缝线路。

3 结构设计

75 kg/m钢轨12号嵌入式组合高锰钢辙叉以高锰钢材质为主体,由嵌入式整铸高锰钢叉心(以下简称锰叉心)、叉跟轨、翼轨、间隔铁通过高强螺栓连接而成,见图1。

图1 嵌入式组合高锰钢辙叉结构示意

(1)锰叉心(图2)

图2 锰叉心结构示意

①锰叉心的轨顶、轨墙和轮缘槽壁厚为35～45 mm,较既有固定型高锰钢整铸辙叉的22～25 mm提高50%以上,增强了辙叉的整体强度及刚性,适应了重载铁路大轴重的要求[6]。

②为保护心轨小断面,减少其上道使用初期所受车轮的冲击,对心轨及翼轨顶面的垂直高差进行最优设计(图3),即心轨实际尖端15 mm断面为9.5 mm,心轨35 mm断面为4.4 mm。

图3 心轨及翼轨顶面垂直高差(单位:mm)

图4 心轨加宽示意(单位:mm)

图5 双咽喉结构示意(单位:mm)

图6 车轮传动区轨顶面等宽结构(单位:mm)

⑥高锰钢辙叉在使用初期,其优异的冲击硬化特性未能有效发挥,强度较低,耐磨性较差,受到车轮的冲击和摩擦,辙叉行车表面易出现磨损和塑性变形[10]。为提高辙叉初期抗磨损和抗变形能力,对辙叉行车表面采用了爆炸预硬化处理技术,表面硬度达到350HB以上。

(2)叉跟轨、翼轨、间隔铁及其联结方式(图7)

①叉跟轨、翼轨采用75 kg/m在线热处理钢轨制造,钢轨材质U78CrV;翼轨的趾端和叉跟轨的跟端设置1∶40轨底坡,扭转过渡长度为280 mm。

②间隔铁采用全断面接触结构,材质为铸钢,提高了辙叉整体框架刚度,保证辙叉整体稳定性。

③组装采用扭矩为900～990 N·m的grade8/ SAEJ995 JUL99标准φ35 mm方头螺栓及螺母,包括与其相配套的防转钢轨垫圈和弹簧垫圈。

图7 锰叉心与叉跟轨、翼轨的联结

(3)垫板

垫板厚度26 mm,宽190 mm,长度722 mm,与原道岔相同,铁座焊接位置根据辙叉轨底宽度发生变化,但岔枕螺栓孔的位置不变,从而保证混凝土岔枕的通用性。

(4)扣件

扣件采用弹条Ⅱ型扣件。

(5)橡胶垫板

钢轨下设5 mm厚橡胶垫板,铁垫板下设10 mm厚橡胶垫板。

4 嵌入式组合高锰钢辙叉的特点

(1)辙叉采用锰叉心和钢轨栓接主体结构,适用于无缝线路;且螺栓位置接近等距离分布,使得辙叉刚度均匀化[11-12]。

(2)辙叉车轮传动区实现整体锰钢化,同材料、同强度、同寿命。

(3)嵌入式锰叉心结构紧凑,壁厚均匀,有利于铸造工艺的实施和内部质量的提高。

(4)辙叉采用心轨加宽技术,增加心轨接触面积,提高心轨的耐磨性和抗冲击性。

(5)辙叉采用双咽喉结构,缩短辙叉有害空间距离,提高翼轨耐磨性。

(6)辙叉车轮传动区轨顶接触面等宽设计,增强列车过叉时的平稳性。

(7)辙叉采用爆炸预硬化技术,表面硬度达到350HB以上,硬化层深度≥30 mm。

(8)辙叉养护维修简单,互换性好,具有较高的性价比。

5 结语

图8 辙叉线路上道使用状况

朔黄铁路75 kg/m钢轨12号嵌入式组合高锰钢辙叉已通过专家评审,并于2013年7月2日进行上道试铺验证,截止2013年10月29日通过运量总重超过0.8亿t,辙叉整体状态良好(图8),心轨、翼轨磨耗均匀,磨耗深度1.4 mm,无掉块、螺栓松动等现象,预计使用寿命达3亿t以上。目前,我公司每月进行质量跟踪,及时掌握其使用状况,便于产品的持续优化

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

孙立彬(1981—),男,工程师,2004年毕业于石家庄铁道学院,工学学士,E-mail:slb30014@163.com。