时速 350km客运专线铁路 60kg/m钢轨42号单开道岔的制造

王阿利,费维周

(中铁宝桥集团有限公司,陕西宝鸡 721006)

1 概述

时速 350km客运专线 60kg/m钢轨 42号单开道岔是在铁道部领导的统一指挥和联合设计组分工负责、团结协作下,在总结了 2007年自主研发的时速250km客运专线铁路 60kg/m钢轨 42号试验道岔设计、制造和转换、伸缩试验成果基础上,进一步吸收了国外高速道岔的先进设计理念,进行了技术论证、现场调查、理论分析、系统设计、结构比选、厂内试制试铺各个阶段完成的产、学、研、用相结合的客运专线铁路用大号码高端道岔。该道岔直向容许通过速度为 350 km/h,侧向容许通过速度为 160km/h,是我国目前为止制造、铺设上道的号码最大、侧向通过速度最高的道岔,也是我国首次采用双肢弹性可弯心轨技术并获得成功的大号码道岔。

2 制造难点及攻关

客运专线 42号道岔是目前国内号码最大的道岔,直向、侧向均高速行车,所用轨件长大,基本轨 46.19 m、尖轨 44.24m、长心轨 25.09m,如此长大的轨件增大了加工、组装、吊装、运输难度。2007年 3月中铁宝桥集团按铁道部工管中心要求试制了 1组客运专线42号试验道岔,因首次制造如此长的大号码道岔,加之当时试验工期紧张,缺乏控制大号码道岔制造关键项点的经验,在道岔组装中产生了较大的累积误差,导致尖轨与基本轨密贴缝隙、尖轨轨底与台板面间隙等超过允许偏差,为了达到技术条件要求,进行反复调整,加大了组装工作量。客运专线 42号试验道岔的制造为该道岔制造积累了很多宝贵经验,而且近两年中铁宝桥集团在批量生产客运专线道岔的过程中,已形成了一套成熟的工艺,使该道岔的制造具备了良好的工艺技术基础。

客运专线 42号道岔制造的关键项点是长大轨件加工精度的保证和吊装变形的控制、板件及连接件加工精度的保证,避免组装中误差累积,为攻关此类问题设计了专用刀具、工装胎型、检测样板等,开展了工艺研究和试验,总结出如下的质量保证措施。

(1)长大轨件下料中选料、配料,增加温度修正系数

钢轨下料前进行选料、配料,选用同一公差带的钢轨,以满足尖轨与基本轨、翼轨与心轨高度偏差 ±0.5 mm的要求。

下料中考虑不同温度对长大轨件长度尺寸的影响,以设计温度 20℃为基准,增加温度修正系数。当温度变化 ±10℃时,基本轨长度变化量 ΔL=11.2×10-6×46190×20=10.35mm(11.2×10-6为钢轨的线膨胀系数),如果下料中不考虑温度的影响,则无法保证轨件的长度公差(轨件长度 ＞25m时,公差为 -5～0mm)。

(2)长大轨件加工精度的保证

长大轨件在制造时除锯切、顶弯工序外,机加工均在数控铣床、数控钻床上完成,对其所使用的工装进行了重新设计和布置,避免多次装卡带来的定位误差和加工变形;同时制作轨件断面检测专用样板,保证了长大轨件的加工精度。在工艺编制时重点考虑了以下问题:

①考虑各工序的顺序,保证尺寸精度;

②避免工艺往复,减少吊装变形;

③每个工序均要考虑轨件加工的方向性,否则长大轨件无法在车间调头,增大生产组织难度。

数控钻床避免了以往先划线后钻孔产生的累积误差,增加号孔工序主要是检查孔位尺寸,以防程序有误,避免长大轨件报废。

(3)长大轨件吊装变形的控制

长大钢轨刚度小,吊装变形大,为此制做了长大杆件专用吊具,此吊具将钢轨隔段多点装卡,使钢轨与吊具成为一体,避免钢轨起吊中扭转、倾翻,确保长大轨件平稳吊运,控制了吊运变形。

(4)垫板焊接变形控制及调平工艺攻关

该道岔垫板采用整体硫化形式,对垫板平面度要求很高,垫板为焊接结构,焊接变形影响平面度,为此对垫板焊接变形及调平工艺进行了研究和工艺试验。

①试验不同工况和工艺下垫板焊接变形的一般规律和变形量。

②试验垫板加工进给量、焊接电流等因素对垫板平面度、平行度的影响。

③试验垫板冷调变形的精度。

由上述试验可知目前垫板的焊前冷调、机加工精度均可以达到标准要求,主要是焊接变形大。为此,对焊接工艺上进行了改进,有效地控制了焊接对垫板平面度的影响。

3 主要零件加工工艺

3.1 基本轨的加工

基本轨采用长 46.19m的 60kg/m钢轨制造,与尖轨密贴段铣削 1∶4.47斜面,曲线密贴边圆顺无硬弯,加工与客运专线 18号道岔相同。

工艺过程:选料→下料→锯切→调直→钻孔→铣藏尖段→调直直基本轨(顶弯曲基本轨)→轨肢、轨腰、轨顶面通长打磨除锈→组装。

质量控制重点:长大轨件孔系的加工精度、钢轨直线度。

3.2 尖轨的加工

尖轨采用长 44.24m的 60D40钢轨制造,为弹性可弯尖轨,尖轨尖端为藏尖式,跟端压型为 60kg/m钢轨,直线尖轨为了消除构造加宽,非工作边加工成曲线线形。

工艺流程:选料→下料→锯切→调直→压型→正火→二次下料→铣压型段轨底→打磨、探伤→调直→钻孔→铣可弯段→铣轨头→铣轨腰→铣轨顶降低值→调直直线尖轨(曲线尖轨顶弯)→轨肢、轨腰、轨顶面通长打磨除锈→组装。

质量控制重点:

(1)60D40钢轨跟端热锻成型;

(2)各断面尺寸、电务各安装部位断面精度的控制;

(3)各安装孔系精度的控制;

(4)顶面平顺性的控制。

3.3 翼轨的加工(图1)

翼轨采用轧制的特种断面钢轨与 60kg/m钢轨焊接制造,两翼轨咽喉前工作边均采用机加工方式将轧制的特种断面钢轨逐渐加工过渡到 60kg/m钢轨断面,序号 1翼轨咽喉前工作边、序号 2翼轨与长心轨密贴段均加工成缓和曲线,是试制的重点和难点。

图1 翼轨与心轨组装示意

工艺流程:选料→下料→锯切→调直→钻孔→铣轨头→铣轨底→铣轨腰→扭转趾端 1∶40斜→与后段对焊→锯切→钻孔→铣轨底→铣藏尖段→顶弯→轨肢、轨腰、轨顶面通长打磨除锈→组装

质量控制重点:

(1)翼轨趾端轨腰加工及 1∶40斜扭转;

(2)咽喉前轨头工作边轮廓及密贴段的加工;

(3)翼轨顶面机加工平顺性的控制;

(4)顶弯支距控制。

3.4 长心轨的加工

长心轨采用长 25.09m的 60D40钢轨制造,跟端压型成 60kg/m钢轨,采用了新型外锁闭机构,前端设置了防跳台,侧股工作边加工为缓和曲线。长心轨前端防跳结构见图2。

工艺流程:选料→下料→锯切→压型→正火→二次下料→锯切→铣压型段轨底→探伤→淬火→调直→钻孔→铣轨肢→铣可弯段→铣轨底→铣轨顶降低值→铣轨顶 1∶40斜→轨肢、轨腰、轨顶面通长打磨除锈→与短心轨拼装。

图2 长心轨前端防跳结构

质量控制重点:

(1)轨底偏心的控制;

(2)机加工断面对称度的控制;

(3)长短心轨密贴段加工精度的控制。

3.5 短心轨的加工

短心轨采用长 20.44m的 60D40钢轨制造,整个工作边为缓和曲线线形,与长心轨密贴段轨底爬坡刨切,其余部位加工与长心轨类似,也是通过增加控制支距完成缓和曲线线形加工。重点控制机加工断面对称度、长短心轨拼接段轨底尺寸,以达到两心轨组装要求。

工艺流程:选料→下料→锯切→压型→正火→二次下料→锯切→铣压型段→探伤→淬火→钻孔→铣轨肢→铣轨头→铣轨顶面降低值→顶弯→刨轨肢 R25圆弧→刨轨肢 R5圆弧→刨轨头→铣后段密贴段→精调→轨肢、轨腰、轨顶面通长打磨除锈→拼装。

3.6 垫板的加工

垫板件工艺过程:下料→调平→铣底板周边→划机加工铣削线→铣表面及倒棱角 C3→划线→钻孔→打印标记→组焊→调平→滑床类垫板电刷镀→硫化→组装。

质量控制重点:

(1)垫板平面度的控制;

(2)滑床类垫板台板与承轨槽相对高差的控制。

滑床板空吊板质量控制重点:为了更好地控制滑床板空吊板问题,滑床板焊后再精加工台板面,保证滑床板 1∶40承轨面与台板面尺寸公差为 -0.3～0 mm,并制作了其检测样板。

客运专线 42号道岔垫板件在本次试制中经过各部门的齐心协力,通过实施上述各项工艺措施,垫板件质量得到了很大改善,合格率达到 95.13%。

3.7 间隔铁、限位器、顶铁等铸件制造

间隔铁、限位器、顶铁、滑床台、铁座、轨距块等铸件采用精密铸造,安装配合面用机加工保证精度。

3.8 调整片、防转片、垫片等制造

调整片、防转片、垫片等易锈蚀件采用镀锌钝化处理,增强道岔美观度。

4 结语

时速 350km客运专线 60kg/m钢轨 42号单开道岔已于 2009年 5月在遂渝线铺设上道,它是我国自主研发联合设计的大号码高端产品,该道岔采用了许多新结构、新工艺,设计、制造难度大,在课题组及有关协作单位的密切合作下各项工作积极主动,保证了该道岔制造及上道顺利完成。

[1]卢祖文.客运专线铁路轨道[M].北京:中国铁道出版社,2005.

[2]杨 西.客运专线铁路道岔的研制[J].铁道标准设计,2006(S1):173-176.

[3]张东风.时速 350km客运专线铁路 60kg/m钢轨 42号单开道岔结构设计[J].铁道标准设计,2009(5):6-8.

[4]袁宝军,费维周.时速 250km客运专线铁路 60kg/m钢轨 18号单开道岔制造工艺[J].铁道标准设计,2006(S1):179-181.