新型重载道岔制造工艺研究

张 莉

(中铁宝桥集团有限公司，陕西 宝鸡 721006)

1 概述

重载铁路以其大轴重、高密度和大运量的“三大特征”对工务道岔设备构成了极其严酷的运行压力，在此运行条件下，道岔主要部件(指尖轨、基本轨、高锰钢辙叉及扣件系统等)的磨损和伤损远远大于普通线路道岔。

为了提高道岔主要部件的使用寿命和减少养护维修时间，满足重载线路建设发展的需要，由中国铁道科学研究院集团有限公司、中铁工程设计咨询集团有限公司分别牵头开展27 t轴重、30 t轴重新型道岔的研究工作，中铁宝桥集团有限公司参与道岔结构设计与制造工艺的研究工作。新型重载道岔采用了切削基本轨加厚尖轨、合金钢钢轨、嵌入式组合高锰钢辙叉、合金钢组合辙叉、新型扣件系统等新技术、新材料、新工艺，经过7年的探索创新，研制出了多种新型重载道岔产品，并推广应用。

2 道岔常用型号

常用的新型重载道岔号数有12号、18号，道岔轨型有60 kg/m钢轨、75 kg/m钢轨，轴重有27 t，30 t，其轨下基础均为有砟道床，辙叉均为固定型辙叉，共计8种图号(如表1所示)。

表1 常用新型重载道岔型号

3 道岔主要结构特点

3.1 切削基本轨加厚尖轨

曲线尖轨是重载道岔中更换最频繁的部件之一，新型重载道岔结构设计中，首次采用了尖轨加厚技术，对基本轨轨头工作边进行一定量的水平切削，尖轨轨头相应增厚，同时，钢轨采用合金钢钢轨或U75V，U78CrV在线热处理钢轨，尖轨耐磨性能得到显著提高。

3.2 辙叉

3.2.1嵌入式组合高锰钢辙叉

为解决既有高锰钢辙叉心、翼轨磨损及剥落掉块的病害，采用了以高锰钢材质为主体的嵌入式组合高锰钢辙叉，由整铸叉心、翼轨、叉跟轨、间隔铁及高强螺栓连接而成。采用了嵌入式整铸结构的叉心、双咽喉结构、三次爆炸预硬化等新结构、新工艺，有效延长了辙叉的使用寿命。

3.2.2合金钢组合辙叉

合金钢辙叉因翼轨和心轨母材材质不同的特殊性，轮载转移的复杂性，设计了翼轨加强型合金钢组合辙叉和镶嵌翼轨式合金钢组合辙叉，最大限度地提高辙叉的使用寿命。

3.3 扣件系统

与既有线路垫板不同的是新型重载道岔垫板两侧设计U型槽，岔枕上预埋铁座，用轨距块、Ⅱ型弹条、T形螺栓等联结件与垫板固定，该扣件系统具备足够的抗横向荷载能力。

4 道岔制造工艺研究

4.1 道岔执行的标准

1)TJ/GW 137—2015 27吨轴重重载道岔暂行技术条件。

2)TJ/GW 107—2013 30吨轴重重载道岔技术条件(暂行)。

3)标准设计图纸中指明的技术要求。

4.2 道岔制造前期准备

为保证道岔的新材料、新结构制造质量，产品试制前期，开展了尖轨跟端热加工工艺、高锰钢叉心三次爆炸预硬化工艺研究。同时制作了轨件加工专用刀具、辙叉加工成型刀具、检测量具和样板等，确保了新技术措施的顺利实施。

4.2.1尖轨跟端热加工工艺研究

新设计了压型模具，模具带扭转斜度，分别制作了U75V材质的60AT1-60 kg/m,60AT1-75 kg/m跟端压型钢轨(见图1)，数量各3根，每根长度6 000 mm，对其进行化学成分、硬度、金相组织及硬化层深度检验。检验结果为：金相组织以索氏体为主，并有少量粗片状珠光体和少量铁素体，无异常组织出现，轨头硬度为HB367,HB374，化学元素含量均满足TB/T 2635热处理钢轨技术条件的要求，尖轨根端热处理如图2所示。

4.2.2辙叉实体试件表面爆炸预硬化后硬度测试

对试验辙叉心轨15 mm～45 mm断面顶面经过三次爆炸预硬化处理后，测量不同深度的硬度值，结果显示：其表面硬度从初始的HB200提高至HB406，硬化层深度达到30 mm以上。经过爆炸硬化后的辙叉基体仍保持奥氏体结构，具有非常好的韧性，形成上硬下软的结构，构成材质的良好匹配，既可充分保证安全性，又能提高辙叉使用初期的耐磨性能。锰叉心爆炸硬化后实体深度—硬度测试曲线见图3。

4.2.3加工刀具

中铁宝桥集团有限公司根据产品结构特点，制作多把专用加工刀具(见图4，图5)，保证了产品加工精度。

4.2.4检测量具及样板

中铁宝桥集团有限公司为更精确的测量产品，提高检测手段，制作多种检测量具及样板(见图6～图9)。

4.3 主要部件制造工艺研究

本次工艺攻关的重点是轨件、板件等在既有成熟的道岔制造工艺基础上，再次细化工艺，将重要零部件、关键工序对各生产班组进行工艺交底，并制定合理的工艺流程，控制尺寸精度。

4.3.1基本轨

工艺过程：下料、锯切、标识→调直、数控钻孔→铣轨头及密贴边→调直(顶弯)→除锈、涂装→组装。

加工控制重点：基本轨工作边水平铣削后钢轨顶面R圆弧的加工，密贴边水平铣削长度的加工及过渡范围，以及孔系位置的精准。

工艺措施：采用成型刀具，通过基本轨铣削样板，控制基本轨工作边与尖轨的密贴加工精度；采用数控钻床，有效控制孔系位置的准确性。

4.3.2尖轨

工艺过程：下料、锯切、标识→跟端压型、热处理→调直→二次下料、锯切→铣成型段轨底→数控钻孔→矫调→铣短肢侧轨肢、轨腰螺栓槽→铣工作边和非工作边帽型→铣轨头非工作边→铣轨头工作边→铣轨顶降低值→锻压段探伤→时效→顶弯(调直)→除锈、涂装→组装。

加工控制重点：尖轨非工作边的加工、尖轨工作边与非工作边的帽型加工、与电务配合接口尺寸。

工艺措施：通过技术交底，让操作员工了解尖轨设计理念，确保加工正确；采用成型刀具，通过帽型加工样板、轮廓仪、电务接口样板，控制尖轨轨顶面轮廓和电务配合接口尺寸。

4.3.3辙叉

1)锰叉心制造。

锰叉心铸造采用先进的VRH造型工艺，电弧炉氧化法冶炼钢水，光谱分析仪精确控制钢水化学成分。水韧处理过程采用数控热处理技术，工艺过程绿色环保。

机加工工艺过程：一次调直划线→铣轨底→铣端头→二次调直划线→铣轨顶→铣工作边及圆弧→铣翼轨工作边圆弧→三次调直→打磨及抛光→爆炸预硬化→四次调直、复线→修整工作边及圆弧→铣钻孔→铣翼轨外侧→成型加工打磨及抛光→五次调直→打磨成型→检验。

三次爆炸预硬化工艺过程：锰叉心行车表面进行全长三次爆炸预硬化，硬化前表面硬度为HB(170～229)，硬化后表面硬度不小于HB321。硬化范围包括辙叉全长轨顶面、工作边及圆弧。

2)轨件加工。

叉跟轨工艺过程：下料→锯切→标识→钻孔→顶弯→铣非工作边轨底→铣工作边轨底→铣轨头非工作边→铣轨头工作边→铣降低值→精调→探伤→打磨→组装→铣。

翼轨工艺过程：下料→锯切→标识→钻孔→铣3×φ65孔→顶弯→铣非工作轨底→铣工作边轨底→铣轨头工作边→铣跟端轨顶面→顶扭→精调→探伤→组装。

3)辙叉组装。

叉心与叉跟轨组装→机加工人字尖→人字尖与翼轨组装→固定垫板→摆放胶垫→组装垫板→组装支距扣板→检验→除锈、涂装。

4.3.4护轨

下料锯切→钻孔→铣工作边、轨顶降低值→时效→矫调→除锈、涂装→包装。

4.3.5垫板

划线→下料→调平→划线、铣斜面及各平面→铣底板两端U型槽→铣底板倒角→打印标记→划线(划铁座、台板、导铁、挡条等焊接线)→组焊→调平→防锈处理→组装、包装。

加工控制重点：垫板长度公差、底板U型槽的对中、滑床台板焊接后的底面平面度，控制滑床台板与承轨槽相对高差。

工艺措施：为保证轨距块的安装将垫板两侧U型槽间距公差控制在±0.5 mm以内，加工时，以垫板U型槽为加工基准；通过前期开发的专用检测量具有效控制台板与底板的相对高差。

5 新型重载道岔的应用

新型重载道岔在大秦线迁安北站、神朔线神木北站试用，试用效果达到了预期研制目标。用于该项目研究成果的道岔主要部件——尖轨在迁安北站上道使用241 d，使用寿命是原曲线尖轨的4倍；尖轨在大同南站上道使用206 d，使用寿命是原曲线尖轨的2.9倍；嵌入式组合高锰钢辙叉在大秦线上道使用338 d，使用寿命是原辙叉的3.7倍，通过总重2.86亿t。在神朔线神木北站21号岔位铺设的尖轨通过总重达到了6.70亿t，嵌入式组合高锰钢辙叉通过总重4.43亿t。

2014年，中铁宝桥集团有限公司为山西中南部铁路通道生产196组60 kg/m钢轨12号、18号单开道岔(30 t轴重)；2015年，为张唐重载铁路生产90组75-12号、18号新型重载道岔(30 t轴重)；2017年—2018年，为浩吉铁路生产353组60 kg/m钢轨12号、18号单开道岔(27 t轴重)，创造了良好的经济效益和社会效益。同时，减少了现场养护维修工作量，节约了大量人力、物力资源。

6 结语

新型重载道岔的研制成功，为我国重载道岔的新技术、新材料、新工艺的研发及道岔的制造、铺设等提供了大量可借鉴的先进技术，提高了大轴重下道岔使用寿命，减少了养护维修工作量。同时，也为我国重载道岔走出国门奠定了基础。