梳子型道岔高锰钢复合辙叉及尖轨转辙器工艺难点控制

周健

[摘    要]本文在对梳子型道岔产品中的复合辙叉及尖轨转辙器结构特点进行细致分析的基础上，通过对其中难点分析和刀具加工计算，确定了最终解决方案。梳子型道岔各产品的试制加工，充分利用了现有的设备、工装和刀具，并成功设计和运用了新型刀具，为以后批量产品和类似产品的加工提供了借鉴。

[关键词]梳子型道岔;复合辙叉;尖轨转辙器;工艺;刀具

[中图分类号]U213.62 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）11–0–02

Process Difficulty Control of Comb Turnout High Manganese

Steel Composite Frog and Switch Switch

Zhou Jian

[Abstract]Based on the detailed analysis of the structural characteristics of composite frog and switch rail switch in comb turnout products， the final solution is determined through the analysis of difficulties and tool processing calculation. The trial production and processing of comb turnout products make full use of the existing equipment， tooling and cutting tools， and successfully design and use new cutting tools， which provides a reference for the processing of batch products and similar products in the future.

[Keywords]comb turnout; Compound frog; Switch rail switch; workmanship tool

梳子型道岔是用于地铁车辆进出各条停车线的一种特殊道岔，由于道岔布置相对集中，能够大规模节约用地。应用在站场内，能够提高站场布置的灵活性。采用贯通式布置，可以大大提高车场调车效率。青岛现代有轨电车50 kg/m钢轨梳子型道岔是我国第一组梳子型道岔，2014年12月在中铁山桥集团有限公司试制完成，为国内首创。梳子型道岔试铺效果如图1所示。

梳子型道岔包括一组尖轨，两组复合辙叉，两组尖轨转辙器，一组双曲线辙叉。其中，复合辙叉、双曲线辙叉及尖轨转辙器均为高锰钢铸件，结构比普通辙叉复杂，加工难度大。

1 产品结构特点

1.1 复合辙叉

复合辙叉为不规则型组合辙叉，由复合辙叉一和复合辙叉二通过鱼尾板拼装组成，共包含3股工作边，即直线工作边、凹曲线工作边（R=25717.5 mm）和凸曲线工作边（R=24 282.5 mm），共3个理论尖端，轮缘槽最小处宽度为33 mm。

1.1.1 复合辙叉一

复合辙叉一包括加长型和普通型两种，均由直线工作边和凸曲线工作边组成。凸曲线曲率半径R=24 282.5 mm，且轮缘槽深度由50 mm过渡到26 mm再过渡至50 mm。

1.2.2 复合辙叉二

复合辙叉二由单曲辙叉与双曲辙叉复合而成，其中单曲辙叉由直线工作边和凹曲线工作边组成，双曲辙叉由凹曲线工作边和凸曲线工作边组成，各工作边长度都不相同。其中凹曲线曲率半径R=25 717.5 mm，弦长达到3 320.2 mm;凸曲线曲率半径R=24 282.5 mm，弦长达到3 096.8 mm，且最小轮缘槽处宽度为33 mm。

1.2 尖轨转辙器

尖轨转辙器由高锰钢材质的尖轨及尖轨座配装组成，通过尖轨圆柱与尖轨座圆孔配合达到尖轨摆动，形成直线和曲线两股通车。当尖轨与尖轨座护轨贴合时，直向通车;当尖轨与尖轨座工作边贴合时，曲向通车。该组转辙器特点：当曲向通车时，尖轨与尖轨座密贴长度达到1 044.7 mm，且由不同斜率的两段折线组成。曲线工作边曲率半徑较小（R=25 717.5 mm），且对应轮缘槽宽度最小处为26 mm。

2 难点分析

2.1 复合辙叉一

需要精确保证轮缘槽深度，及轮缘槽底过渡区域长度。上下面加工量需要以轮缘槽深度26 mm段为基准确定。由于轮缘槽深度不同，加工工作边时不能一次加工到位。

2.2 复合辙叉二

复合辙叉需要保证直线、凹曲线、凸曲线各工作边线型合格，同时保证三种线型工作边的相对位置。难点在于复合辙叉曲线工作边曲率大，轮槽宽度小，造成测量及加工困难。以凹曲线工作边为例，曲率半径R=25717.5 mm，弦长L=3 320.2 mm，1/2处支距为53.6 mm，轮缘槽宽度最小仅为33mm，支距尺寸远大于轮缘槽宽度。

在加工曲线工作边时，为防止刀具与工作边产生跟切，在加工曲线工作边时需将刀具调整一定入刀角度α，经过推算，α约为0.065（α=0.5L/R，L为工作边弦长，R为工作边曲率半径）。而刀具允许通过的最小宽度：l0=l1×α+h（l1为实际加工过程中轨距线处刀盘有效长度，h为刀盘厚度）。

经过测量车间现有机床能够使用最薄的加工刀具厚度为h=25 mm，加工深度47 mm时对应轨距线14 mm处刀具有效长度l1=260 mm，在使用最薄刀盘时通过的最小宽度l0=41.8 mm>33 mm，造成刀具与轮缘槽侧面干涉，刀具难以直接通过，所以无法按普通曲线方法加工。

2.3 尖轨转辙器

①保证贴合面缝隙符合公差要求，其中在转辙器开通侧向时密贴长度达到1 044.7 mm，且密贴段为两段折线。②保证尖轨与尖轨座配装后工作边处平顺过渡（保证尖轨与尖轨座圆同心），尖轨圆为数控加工，而尖轨座圆则需通过划出圆孔加工线，委外加工。所以为保证配装后平顺过渡及整体线型合格，需准确划出圆孔加工线。③轮缘槽宽度26 mm处对应曲线工作边加工问题，由于工作边曲率半径小（R=25 717.5 mm），经过计算使用最薄工作边加工刀具也无法通过，无法完成加工。

3 解决方案

3.1 复合辙叉

（1）复合辙叉一。先加工辙叉顶面，保证轮轮缘槽深度26±1 mm、50±1 mm合格，再整体加工工作边深度26 mm，保证整体线型合格，再加工深度为50 mm区域段，通过数控编程设定和实现，最后通过打磨完成过渡区域。保证整个工作边侧面完成加工且尺寸合格。

（2）复合辙叉二。①设计更薄的刀盘：经过计算当满足通过33 mm的轮缘槽时，刀盘厚度为17 mm，厚度过薄，刀盘强度难以保障，不予采纳。②设计新球刀：考虑到工作边角度1∶6，轮缘槽宽度以及刀片排列，设计出直径最大的球刀。但由于刀体强度限制，加工量大必然对刀体产生影响，所以限制该刀具每次加工量较小，造成加工时间过长。③使用原有最薄刀盘，改变刀盘摆角α：车间现有机床无法实现刀具沿加工曲线即时改变刀具摆角，只能人为控制，将曲线分多段进行加工。从趾端入刀至理论尖端1，刀盘可直接通过;理尖1→理尖2，理尖2至跟端轮槽宽度为33 mm，根据公式：l0=L×l1/2R+h，刀盘有效长度l1、曲率半径R和刀盘厚度h值均为常量，允许通过最小宽度l0与L成正比，即若想l0值变小，则需L值变小。通过公式计算，当l0=33 mm时，则L=1 582 mm。结合辙叉实际情况，弦长3 320.2 mm，且在铸造时轮缘槽侧面会留有加工量，为减少因改变刀具摆角在接刀点产生跟切带来的影响，将趾跟端各进行两次对刀，四次改变刀具摆角，两次接刀在有害空间，一次在理尖2与跟端工作边处接刀。通过数控机床进行返点，在工作边轨距线处进行接刀，整体线型可以准确保证。但实际加工中仍会在接刀点产生跟切，无法完全消除跟切对工作边带来的影响。

最优方案：考虑到球刀加工量小以及使用普通刀盘改变摆角产生跟切的问题，经过研究决定，采用两种方案结合的方法对工作边进行加工。先使用大刀盘改变摆角进行粗加工，即留量1～2 mm进行加工，通过按工作边对角线找正，先加工直线工作边，后加工凹曲线工作边，最后加工凸曲线工作边。使用φ40×R12.5-1：6球刀进行精加工，确保曲线精确加工，同时可节约加工时间。

加工完成后经过测量，曲线线型、開口、各断面尺寸及轮缘槽宽度均符合要求，且复合辙叉拼装后整体符合要求，加工合格。

3.2 尖轨转辙器

3.2.1 尖轨

尖轨非工作边由三段折线组成，尖轨设计图纸以第一段贴合面为基准线，以基线返点尖轨圆心，但实际加工过程中，不易保证圆心与贴合面相对尺寸。基线平直段较短（长度547.6 mm），改为以长度为1 294.3 mm非工作边直线为基准线，该段直线与圆柱相切，相对位置容易保证。根据密贴缝隙公差的要求，制定合理的加工公差，通过三维软件（SolidWorks）进行加工模拟，一次装卡通过数控编程完成加工，同时使用专用厚度样板，精确测量各项点尺寸合格，以保证密贴缝隙符合要求。

3.2.2 尖轨座

（1）设计新型工装样板，如图2所示，保证尖轨座划圆孔线时以实际加工工作边轨距线为基准，准确返出圆心点，划出圆加工线及备查线，且操作简易。

（2）由于尖轨座曲线工作边部分轮缘槽宽度为26 mm，且工作边曲率半径较小（R=25 717.5 mm），现有刀具无法通过。而新型球刀由于设计原因，允许加工量较小。经过研究，采用使用普通刀具分别从两端头进行加工，至无法加工的位置，后使用φ40×R12.5-1：6球刀进行接刀，以保证曲线精度。加工完成后，尖轨转辙器密贴缝隙，线型、开口及轮缘槽宽度等各尺寸均符合要求，加工顺利完成。

4 结束语

梳子型道岔高锰钢复合辙叉及尖轨转辙器的成功试制，试铺合格，各项技术指标符合设计图纸和相关技术条件的要求，顺利通过来自北京城建设计发展集团股份有限公司等单位专家组的验收，为今后批量生产提供了大量技术经验。

参考文献

[1] 中华人民共和国铁道行业标准：TB/T447-2004[S].

[2] 《机械设计手册》编委会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.