珠海项目城市有轨电车槽型轨道岔加工工艺研究

周璇

摘 要 为了解决交通阻塞、汽车尾气排放量剧增、噪音超标，严重污染城市空气质量和环境质量等问题，城市地铁和轻轨交通扮演了主角。随着国内交通快速发展，城市轨道交通发展迅猛，大连、上海、天津陆续建成有轨电车线路。在沈阳有轨电车成功交付后，珠海有轨电车项目也相继开展。本文介绍了珠海项目槽型轨（60R2）道岔中6号单开道岔的主要尺寸，技术参数和结构特点，重点分析了各个轨件的加工工艺以及加工难点。其中，由于6号单开道岔没有采用新型式的合金钢辙叉形式，所以借鉴同项目中单曲交叉中的辙叉加工难点进行分析。槽型轨道岔所用轨件的加工部位与常规类道岔轨件的区别较大，所以在工艺路线的制定、铣削部位的先后顺序以及工装刀具的选择都需要仔细思考。

关键词 有轨电车;槽型轨;单开道岔;加工工艺

绪论

目前，愈来愈多的城市开始大力发展城市轨道交通，国外已有超过50个国家和地区、400多个城市建设运营了现代有轨电车系统。尤其是欧洲，现代有轨电车系统应用广泛。包括萨拉戈萨、马赛、尼斯、巴黎等城市都在大规模兴建现代有轨电车。国内已有40多個城市正在规划、建设和运营有轨电车[1]。

珠海项目中槽型轨（60R2）道岔是在调研和总结奥钢联BWG槽型轨道岔设计制造和使用维护经验的基础上研制开发的新型道岔，在设计中采用了新设计思路和新结构，并对关键技术进行动力学仿真等分析计算，已经在沈阳、珠海等城市有轨电车项目的正线整体道床道岔铺设使用，以有轨电车珠海项目CNRC3101中的部分轨件以及CNRC3011中的辙叉部分为例[2]。

1主要尺寸及技术参数

道岔平面尺寸见图1。

道岔全长15250mm，前长（a）4800mm，后长（b）10450mm，基本轨长度7324mm，尖轨长度5056mm;导曲线半径R50717.5m;采用固定型辙叉，直侧股轨距均为1435mm;允许速度直向：V≤70 km/h，侧向：V≤20 km/h。

2主要结构特点

2.1 基本轨

基本轨采用60R2槽型轨，下颚补充刨切5mm。

2.2 尖轨

尖轨采用50AT贝氏体钢5056mm弹性可弯尖轨;尖轨尖端为藏尖式，工作边补充刨切3mm;由于基本轨进行补充刨切，使得尖轨机加工段轨头加宽（80mm处轨头宽度为7.4mm），增强了尖轨的使用寿命;为保证最小轮缘槽宽度，防止车轮轮背冲击尖轨，非工作边轨头刨切起点处前340.6mm至后239.8mm范围内进行补充刨切;尖轨跟端采用新型斜接头;跟端轨底铣削R40、深13mm半圆槽，通过圆键与间隔铁配合，限制尖轨纵向移动;见图2。

2.3 垫板

考虑排水等因素，垫板为通长的，滑床板也为通长的，滑床板与垫板之间焊接了导水孔。

2.4 辙叉

辙叉结构形式，钢坯辙叉采用U75V钢坯或者合金钢坯进行全机加工而成，淬火后硬度高达350HB以上，具有很高的耐磨性，铣削后通过闪光焊接与60R2导轨相连[3]。

2.5 护轨

设置UIC33护轨。该护轨结构简单，护轨更换较为方便。该类型护轨大量用于沈阳59R2钢轨6号正线单开道岔，加工方案成熟稳定。

2.6 附加结构

有轨电车都是在城市中使用，所以对道岔的封闭性要求很高，为了防止杂物进入转辙机影响尖轨摆动和密贴，设置了盖板和立墙。

3重点加工工艺研究

3.1 基本轨

（1）基本轨工艺流程如下直基本轨：下料→调直→钻孔→铣削1：6下颚（直线）→铣削1：6下颚补充刨切（折线）→铣削补充刨切剩余的凸台→铣削轨头R13圆弧→铣削前、后轨头耳部轮缘槽→铣削轨底→铣削下颚进刀、出刀处圆弧→调成品。

曲基本轨：下料→调直→钻孔→铣削轨底→顶前端弯折→铣削1∶6下颚（直线）→铣削1：6下颚补充刨切（折线）→铣削补充刨切剩余的凸台→铣削轨头R13圆弧→铣削前、后轨头耳部轮缘槽→铣削下颚进刀、出刀处圆弧→调成品

（2）基本轨加工难点

曲基本轨和直基本轨的工艺路线不一样，是因为曲基本轨的弯折点在下颚密贴段，铣削下颚后再调顶容易导致密贴面直线度超差，影响和尖轨的密贴。根据《珠海有轨电车道岔暂行技术条件》中对基本轨轨顶面及工作边（轨顶面有降低值的除外）直线度为0.4mm/1m和藏尖式尖轨转辙器的基本轨与尖轨的贴合面切削的斜度内倾偏差应≤1∶80，不允许外倾的要求。基本轨的工艺难点在轨头下颚的补充刨切和成品的调顶[4]。

1）基本轨下颚加工

按常规产品的思路来加工60R2基本轨下颚的补充刨切容易导致轨头铣削5mm的同时轨腰也被铣削5mm，因为1∶6下颚的铣刀在铣削平直下颚到位的时候铣刀下部已经与轨腰贴平（在钢轨轨头不偏中的情况下），再补充刨切就会伤到轨腰，所以加工补充刨切时时我们把刀具的高度抬高28mm，这样既能满足轨头补充刨切，又能保证1∶6下颚的深度。

下颚补充刨切后在使用轨头卡尺测量时不能以实际测量（轨顶面下14mm处）的数值为准，因为基本下颚是内倾1∶6斜度，补充刨切5mm后，已经加工到轨顶的R13圆弧，测量得到的是轨顶面下6mm位置的宽度，要比实际的宽度大。刀具与R13圆弧交点距轨顶面是6mm，斜度为1∶6，通过计算，B=B-（14-6）/6=52.3-1.3=51，所以实际的宽度等于测量的数值减去1.3mm，见图7。

2）基本轨调顶

由于60R2槽型轨轨型特殊，轨腰厚度仅为12mm，调顶时轨腰受力变形量很大，而轨头所产生的变形量很小，为了达到调顶支距的要求，轨腰容易断裂（如果以轨头为支点进行调顶容易将轮缘槽一侧的“耳部”挤压变形），所以我们根据60R2槽型轨断面设计了仿形的镐头进行调顶，使得轨头和轨腰同时受力，提高了槽型轨调顶的质量。

3.2 尖轨

（1）尖轨的工艺流程

下料→调直→钻孔→铣削前段二三五刨、铣削刨切起点后段二三五刨、铣削断肢侧轨底、铣削轨腰槽、铣削跟端45°斜、铣削长肢侧轨底、铣削跟端R40键槽→调成品→与基本轨进行调配

（2）尖轨的加工难点

根据《珠海有轨电车道岔暂行技术条件》中对尖轨断面尺寸的要求如下：

尺寸及部位 b H

尖端及轨头宽5mm断面 轨头宽10mm及以上断面 尖端及轨头宽5mm断面 轨头宽20mm

～30mm断面 轨头宽50mm及以上断面

续表

允许

偏差 0

-0.5 ±0.5 0

-2.0 0

-2.0 ±0.5

a.加工部位多，加工量大

尖轨的材质为贝氏体钢轨，具有高强度高韧性，加工的部位较多，并且加工量大，对加工刀具和刀片的要求比较高，因此我们采用国外进口刀片，并配备轮廓仪检测由50AT整轨头加工成60R2整轨头的廓形尺寸。

b.顶弯工序与补充刨切工序难配合

为了保证最小轮缘宽度，尖轨非工作边需要进行补充刨切，在沈阳项目，采用的工艺路线的是尖轨经铣削、调成品后到刨床进行刨切，此次我们采用的是模拟弯折点反变形圆弧的方法，在顶弯前对非工作边线型进行特殊处理，保证非工作边相对于轨腰的位置度，在加工尖轨前段二刨时一并将补充刨切段用二刨铣刀加工反圆弧铣削到位，最后调顶成品，减少了刨切工序，提高了尖轨加工效率，使得产品的外观质量更好。

3.3 通长垫板加工难点

通长垫板的加工难点在于底板和滑床台板经垫块的焊接后产生变形影响滑床台面的平面度。

《珠海有轨电车道岔暂行技术条件》要求：转辙器大垫板底面平面度不大于1.5mm，台板平面度不大于0.5mm，其余鐵垫板底面平面度为1.0mm;各种与钢轨底面接触的台板在焊接后与底板的平行度为0.5mm。

滑床台板的作用表面，其粗糙度Ra≤12.5μm，厚度偏差，焊接后的滑床台板表面至底板表面高度偏差为±0.3mm;尖轨轨底直线度和平面度应使用专用测试台进行测量控制，测试台上应设有与滑床台板作用一致的台板，各台板的上表面应与轨底面接触，若有间隙，不应大于0.5mm，不应连续出现0.5mm及以上的间隙。

通过学习和探讨，我们在底板上需要和垫块焊接的位置用激光切割加工出小于垫块形状的开口，在开口处进行焊接，这样焊接后底板产生的变形较小，然后焊接垫块和顶面的滑床台板（滑床台板厚度预留2～3mm精加工量），经四柱压力机将底板调平，最后到铣床加工滑床台面，这样可以很好的保证滑床台板的平面度。

3.4 辙叉加工难点

CNRC3011钢坯辙叉采用U75V钢坯或者合金钢坯进行全机加工而成，淬火后硬度高达350HB以上，具有很高的耐磨性，合金钢辙叉的加工难点在于叉心的铣削、与相连导轨的闪光焊接和成品的调顶。

（1）结构复杂，对刀具要求高

叉心的很多加工部位在铣床使用成型刀具无法加工到位，一些细部尺寸需要到加工中心配球头刀进行铣削，这样加工效率底，加工费用昂贵。为此设计了4把刀具，将叉心在铣床进行粗加工再到加工中心精加工。

（2）叉心与导轨焊接直线度难保证

辙叉心与导轨闪光焊接时由于槽型轨断面比较复杂，焊接后工作边和顶面容易出现错牙，并且焊接后轮缘槽内部的焊渣不好打磨，我们将焊接后的辙叉到数控铣床利用成型刀加工轮缘槽和工作边。

（3）叉心与导轨焊接后变形量大

焊接后的辙叉需要在四柱压力机的工作台上进行1∶1放样，根据放样图调顶。在直线度和顶弯支距不合格的时候还需要借助弯轨器，辙叉的宽度较大，而弯轨器自带的工装只适合单根钢轨的调顶，所以制作了适用于辙叉的弯轨器工装，很好地解决了这一问题，将钢轨顶弯支距控制在偏差为  mm之内。

4结束语

CNRC3101轨件及CNRC3011辙叉部分的主要工序均采用数控机床加工完成，使产品达到了图纸要求，保证了产品质量，对组装提供了很大的便利，目前该道岔已完成铺设，并顺利交付使用。

工艺的改进与创新是通过不断的学习和总结经验来实现的，要突破传统的设计思路及加工工序，我相信槽型轨单开道岔的工艺也会越来越完善，有助于提高产品质量，让中国制造走向世界。

参考文献

[1] 王灏，田振清，周楠森，等.现在有轨电车研究与实践[J].中国建筑工业出版社，2011，6：190.

[2] 陈海舟.数控铣削加工宏程序及应用实例[M].机械工业出版社，2012，8.

[3] 王键石.机械加工常用刀具数据速查手册[M].机械工业出版社，2009，9.

[4] 王权，李春龙.钢种、轨型及生产工艺对钢轨矫后残余应力的影响[J].金属热处理，2002，9：23.