36 号同侧曲线单开道岔加工工艺研究

刘高岩

（铁科（北京）轨道装备有限公司，北京 102200）

根据京沈客专可行性研究及初步设计文件，京沈客专北京动车运用所拟建于铁科院环行试验基地，即有环线内侧。标定试验线一期建设需要与现有正圆形曲线大环试验线接轨，故需设计并铺设曲线道岔。道岔通常铺设在直线上，国内无在曲线上铺设道岔的先例。同侧曲线（TKZ-36）单开道岔为京沈客专线星火枢纽项目采购的新型道岔，本文主要根据道岔的结构特点以及现有设备情况，确定适用同侧曲线道岔、大号码道岔的加工工艺、组装工艺及运转方案。

1 主要尺寸及技术参数

道岔平面尺寸如图1 所示，其主线（下股）为大环曲线，半径为1 432.39 m，允许通过速度为160 km•h-1；支线（上股）半径为2 000 m，允许通过速度为80 km•h-1，列车轴重不大于25 t。道岔的轨下基础采用混凝土岔枕和有砟道床，全部岔枕均垂直于R2000717.5 工作边，其间距按此钢轨工作边量计，并且均超出R2000717.5 工作边582.5 mm（牵引点两侧岔枕除外）。除转辙器牵引点及两侧可动心轨辙叉牵引点外，其他岔枕间距均为600 mm。转换设备采用分动外锁闭，多机多点牵引方式。道岔轨距均为1 435 mm（构造加宽除外）。

图1 道岔平面尺寸

2 结构特点及技术分析

2.1 转辙器

2.1.1 转辙器结构

转辙器部分设置有6 个牵引点，采用分动钩形外锁闭装置，且间隔设置有辊轮滑床板和防跳限位装置，跟端采用双限位器结构。

2.1.2 基尖轨结构

基本轨采用60 kg•m-1的钢轨制造，长度为42 575 mm ；尖轨采用材料为60AT2，长度为40 625 mm 的半切线型弹性可弯尖轨；尖轨尖端为藏尖式，工作边补充刨切3 mm。

2.2 可动心轨辙叉

2.2.1 辙叉结构

可动心轨辙叉采用钢轨组合型，心轨采用60AT2钢轨制造，跟端采用双肢弹性可弯式，翼轨采用60TY1 与60 kg•m-1的钢轨焊接而成；护轨为分开式，采用33 kg•m-1的槽型钢轨制造。辙叉部分设置有3 个牵引点，采用分动钩形外锁闭装置。

2.2.2 辙叉加工分析

由于此道岔号数不同于普通国铁产品，没有成熟经验，因此翼轨的2#、3#弯折点部位需要做反圆弧试验来确定铣削参数。

2.3 试铺

此36 号道岔线型为双曲线，全长超百米，确定定位基准难度大，定位精度受场地大小、基准精度以及量具精度的影响较大。针对同侧曲线道岔的试铺难题，结合厂内组装台位和生产情况，36 号道岔采用钢板焊接托盘试铺。

3 加工工艺研究

3.1 长钢轨下料

36 号道岔的轨件较长，在下料时因联合锯钻、轨底铣床、数控钻等机床长度的限制，需要制作加长托辊延长上下料架，以保证轨件在机床顺利加工。

因为轨件过长厂房宽度有限会带来转向过跨的问题，所以需要提前确定道岔方向，将原材料按加工和试铺方向进厂，避免厂内转向。

3.2 长钢轨钻孔工艺研究

因为基本轨和尖轨长度都超过40 m，已经超出数控钻孔机床工作台的行程，基本轨、尖轨无法实现一次装卡用一个数控程序加工完成，所以采用分段程序加工。先加工前端1#程序至轨件中部的相邻孔，之后再加工后端2#程序。加工2#程序时，将1#程序最后一孔作为2#程序起点的定位基准，且两个程序应输入同一动力头。另外，加工时还需要设计一套孔定位工装，以保证柱形外圆与定位孔的孔径一致，并将定位块端面铣平、打磨光滑，从而保证定位精度。

3.3 加工设备刀具选择

尖轨原材材质为高强度高韧性的U75VG 钢轨，轨件长度和加工量较大，加工的部位也较多，对加工刀具和刀片的要求比较高，因此采用进口刀片[1]。

3.4 基本轨工艺流程开发

加工基本轨时可以按照以下工艺流程：下料→调直→钻孔倒角→铣削工作边轨头下颚5 mm →铣削1:4.47 下颚（直线）→铣削下颚出刀处折线→调成品。

3.5 尖轨工艺流程开发

加工尖轨时可以按照以下工艺流程：下料→模锻→铣削飞边→跟端整体热处理→打砂→探伤→调顶→二次下料→铣削跟端轨底→调台扭斜→钻孔倒角→铣削前端二三五刨→铣削2 040 mm 断面的2×2 倒角→铣削轨腰槽→铣削短肢轨底一刨→铣削刨切起点后轨顶通长→铣削跟端工作边→铣削跟端非工作边帽型、铣削跟端弹性可弯段→调成品→探伤。

3.5.1 尖轨铣削方案研究

工艺路线的制定会直接影响轨件的加工质量、机床设备的利用率以及完工日期，从而影响产品的产量。为平衡质量和产量，设计了两次装夹分段加工的方式，即先铣削前半段二三五刨、轨底及轨腰槽，再铣削后半段的轨头双帽型和弹性可弯段。加工过程中只有前半段较为耗时。其优点是在加工36 号尖轨时，数控铣床的另一个龙门可正常铣削其他产品轨件，从而提高机床利用率；缺点是需要二次装夹，轨顶帽型接刀的难度较大。

3.5.2 尖轨铣削程序开发

由图1 可知，尖轨轨腰中心线为曲线，然而在数控铣床电磁吸盘装夹时，钢轨必须平直，因此在编制程序前必须绘制尖轨轨腰中心线处于直线状态下的线型图，并根据各断面非工作边偏中值画出多条圆曲线，各点误差需控制在±0.05 mm，以保证尖轨的加工精度。

尖轨第二次装夹铣削时，轨头双帽型接刀是加工难点。加工时，可以将五刨铣削顶面程序分段编制，以尖轨尖端向后21 000 mm 为分界点，严格控制两段程序在分界点处刀具的Z 值和Y 值，保证钢轨分段铣削时接刀点处的轨顶面直线度控制在0.2 mm•m-1，轮廓偏差控制在＜0.2 mm[2]，以解决因工艺路线导致的接刀直线度问题。

3.6 翼轨加工工艺

加工翼轨60TY1 段时可以按照以下工艺流程：下料→钻孔倒角→全长调直→铣削轨顶及非工作边圆弧（保证轨高为176±0.3 mm）→铣削后端轨头工作边→铣削焊接端轨头工作边（保证轨头宽度为71±0.5 mm）→铣削二动轨底及后端轨底→铣削工作边下颚→铣削实际咽喉前轨头工作边及顶面圆弧（保证顶面光带为35.5±4 mm，并在趾端预留4 mm 加工量）→淬火前调顶→淬火→时效→调顶扭斜→铣削工作边和非工作边轨顶假轮缘→铣削一动轨底→铣削趾端4 mm 预留量→非工作边调直→焊接。加工翼轨60 kg•m-1的钢轨段时可以按照以下工艺流程：下料锯切→铣削轨底→全长调直→与60TY1 段焊接→打磨→正火、探伤→钻孔倒角→调成品→探伤。

3.7 长心轨加工工艺

加工长心轨的工艺流程为：下料→模锻→铣削飞边→跟端整体热处理→打砂→探伤→调顶→二次下料→铣削跟端轨底→探伤→调顶→钻孔倒角→铣削轨头两侧工作边→铣削前端防跳台及20 mm 断面前降低值→铣削长肢侧五刨及轨顶通长→铣削跟端工作边→铣削跟端非工作边及轨顶通长→铣削两侧轨底→铣削尖端补充刨切→铣削前端轨底10 mm 平台→铣削一动轨底圆弧→调顶→铣削短肢侧轨头0.9 mm →铣削短肢侧轨头1:4 下颚→调成品→探伤。

3.8 短心轨加工工艺

加工短心轨的工艺流程为：下料→模锻→铣削飞边→跟端整体热处理→打砂→探伤→调顶→二次下料→铣削跟端轨底→探伤→调顶→钻孔倒角→铣削二三五刨及轨顶通长→铣削跟端工作边→铣削跟端非工作边及轨顶通长→铣削两侧轨底→铣削四刨（轨底宽做负差）→铣削20～40 mm 断面的2×2 倒角→调成品→探伤。

3.9 护轨加工工艺

护轨采用UIC33 槽型轨，加工工艺流程为：下料锯切→钻孔倒角→铣削护轨两端工作边→铣削两端工作边开口→铣削两端轨顶降坡→调成品。

4 轨件调顶工艺研究

同侧曲线中基本轨需进行调顶，上股导曲线半径为2 000 m，下股导曲线半径为1 432.39 m，使用现有厂制顶镐即可调成品。加工时，翼轨的顶弯方法为：首先，进行翼轨2 号弯和3 号弯反圆弧铣削实验；其次，根据钢轨顶弯实际变形区域，通过CAD 绘图模拟反弯圆弧起点、端点和半径，并编制铣床程序[3]；最后，用60TY 轨料头做顶弯实验，经过5 次铣削、顶弯和调整程序，确定反圆弧的位置及大小，使翼轨调顶之后密贴段的直线度达到0.2 mm•m-1。此加工方法省去了调顶后再由刨床刨修2 号弯和3 号弯位置直线度的工序。

5 组装工艺研究

开发36 号同侧曲线道岔试铺流程为：准备试铺平台→铺设枕下基础→铺设岔枕→摆放板下橡胶垫板→摆放铁垫板→铺设基本轨、尖轨及其组件→铺设辙叉组件→安装其他轨件及零部件→检测、调整→安装转换设备→检查、精调、维护、验收[4-5]。其中道岔组装分初调与精调两个步骤，技术人员分别制订了相应技术要求及注意事项。

5.1 道岔初调

道岔初调主要指试装平台调试、岔枕摆放和道岔部件连接，以保证道岔的方向、水平、线型和密贴等符合要求，具体工作过程中要确保道岔钢轨件的轨距、支距等主要检测项目合格，重点确认道岔试装平台是否水平、岔枕和垫板位置摆放是否准确以及钢轨件连接和扣压件的安装是否正确。

5.1.1 定位基准确定

组装时，采用在钢板上点焊岔枕拖盘摆放岔枕的方法试铺，为解决道岔方向定位困难和试铺场地宽度限制的问题，需要绘制等比例图，在CAD 中模拟同侧双曲道岔的铺设，以保证试铺空间充足，防止与车间内部结构产生干涉。必要时可调转道岔方向，以利用有限空间铺设道岔。

5.1.2 枕下基础固定

枕下基础的固定步骤为：先在地面铺设胶垫，然后在胶垫上铺设钢板并以焊接的方式使其连接，再在钢板上焊接托盘底座，最后在托盘底座上放置托盘和岔枕。底座和托盘定位完成后的情况如图2 所示。其中托盘底座定位比较困难，可以采取根据岔枕长度、位置和岔枕拖盘定位基准绘制岔枕拖盘放样图，然后根据放样图在钢板上画出每个岔枕拖盘的位置并点焊固定的方式进行定位。

图2 底座和托盘定位

5.1.3 岔枕的定位和调整

具体实施方式为：由于此道岔没有直线基准，根据绘制的等比例图，利用绘图软件找出一条贯穿整组道岔岔枕的基准线，明确基准线在每根岔枕上的位置尺寸，并利用样板在每根岔枕上画出基准线，从而确定岔枕位置。岔枕摆放位置如图3 所示，摆放完成后再进行橡胶垫板和铁垫板的摆放，之后再进行道岔轨件安装。道岔部件连接如图4 所示。

图3 岔枕摆放位置

图4 道岔部件连接

5.2 道岔精调

道岔精调主要是严格按照检验项目逐项调整顶铁缝隙、基尖轨密贴、台板缝隙、最小轮缘槽以及道岔水平方向、线型等，以确保铺设道岔符合质量要求。同侧曲线道岔成品如图5 所示。

图5 同侧曲线道岔成品

6 结语

36 号同侧曲线道岔轨件的主要机加工均采用数控机床加工完成，使产品达到了图纸要求，从而保证了产品质量，为组装提供了很大的便利。通过上述工艺流程的编制、工艺参数的确定、工装量具的设计以及对工艺流程的监督，36 号同侧曲线道岔的生产顺利完成，为公司生产大号码道岔提供了可行性方案。