重载铁路75 kg/m钢轨12号合金钢组合辙叉设计

张 春 雨

(中铁宝桥集团有限公司,陕西 宝鸡 721006)

重载铁路75 kg/m钢轨12号合金钢组合辙叉设计

张 春 雨

(中铁宝桥集团有限公司,陕西 宝鸡 721006)

根据神朔重载铁路的运营条件，从材料选择，结构设计等方面提出了优化的关键技术，并采用了整体镶嵌式合金钢辙叉结构，提高了辙叉整体性能，满足了重载线路使用要求。

重载铁路，道岔，整体镶嵌合金钢，辙叉

1 概述

重载运输是国际上公认的铁路货物运输的有效方式之一。神朔铁路是我国第二条西煤东运的大通道神黄线的一部分，主要承担神府东胜煤田的煤炭外运任务。2014年，神朔铁路煤炭外运完成2.556亿t。

神朔铁路开行万吨重载列车，大量使用的高锰钢辙叉通过总重为1.0亿t～1.5亿t，设备更换频率高且养护维修工作量大。因此，结合其“大轴重、高密度和大运量”的运营特点，研制使用寿命长、养护维修量小的新型辙叉已成为当务之急。

基于既有重载铁路使用的辙叉类型，结合合金钢材料优越的机械性能，研制了整体镶嵌式合金钢组合辙叉结构，即：在心轨、翼轨的轮载过渡范围内，采用高强度、高韧性、高耐磨性的合金钢，改善心轨、翼轨局部受力状况，实现延长辙叉整体使用寿命的目的。

2 设计原则

1)满足27 t轴重货物列车以直向不大于90 km/h的速度通过。

2)合金钢组合辙叉可与高锰钢整铸辙叉互换使用。

3)辙叉趾、跟端不设轨底坡。

4)采用Ⅱ型弹条扣件系统。

5)能满足无缝化线路要求。

3 结构设计

目前，常用的固定型辙叉主要有两种类型：一种是高锰钢整铸辙叉；一种是合金钢组合辙叉。

高锰钢整铸辙叉受铸造工艺的影响较大，虽然目前铸造工艺有了很大改进，但在重载铁路上，其平均使用寿命仅在1亿t左右(通过总重)，不利于重载铁路的使用。而且，由于高锰钢辙叉与普通钢轨现场可焊性差、厂内焊接成本高，其表层强度与硬度和母材强度与硬度相差悬殊、表面易剥落掉块等原因，难以适应列车提速以及无缝线路的应用要求。

而适用于重载铁路的合金钢有多种结构形式：合金钢钢轨拼装式辙叉；翼轨镶嵌式合金钢辙叉(翼轨镶嵌合金钢镶嵌块)；心轨—翼轨整体镶嵌式合金钢辙叉。考虑到保证辙叉整体性能，本次采用的是后者。

1)合金钢组合辙叉整体结构见图1。

合金钢组合辙叉主要包括以下部分：合金钢心轨、翼轨、叉跟轨、间隔铁、铁垫板、高强螺栓、扣件系统、轨下及板下垫层等。

2)合金钢锻造心轨见图2。

心轨采用高强度、高韧性、高耐磨性的合金钢锻造后机加工。由于采用了心轨—翼轨(关键受力部位)整体式结构，大大提高了辙叉的刚度及稳定性。

3)翼轨见图3。

翼轨采用75 kg/m U75V在线热处理钢轨制造。翼轨不做纵向顶弯，翼轨堆高由整体式合金钢心轨完成。对翼轨与心轨贴合部位轨头进行刨切。

4)心轨与叉跟轨连接。

心轨与叉跟轨贴合部位采用镶尖式结构。工艺上采用先将叉跟轨与心轨组装后以心轨工作边、顶面为基准加工叉跟轨工作边和轨顶面。确保辙叉在该部位的平顺性。

5)间隔铁与螺栓的布置。

间隔铁与高强度螺栓是各类型组合式辙叉的重要部件。由于采用了整体式合金钢心轨，辙叉仅设置少量间隔铁及少量10.9级φ27高强度螺栓，螺栓扭矩为1 100 N·s～1 200 N·s。

6)铁垫板设计。

采用焊接垫板，垫板厚度26 mm，宽度190 mm。

7)轨下及板下橡胶垫板。

钢轨下设5 mm厚橡胶垫板，铁垫板下设10 mm厚橡胶垫板。

4 主要创新点

针对重载铁路的运营特点，设计了新的结构形式。心轨—翼轨(关键受力部位)整体式结构的运用，大大提高了辙叉的整体刚度和稳定性，而其他一些关键技术的运用，为辙叉使用寿命的提高奠定了基础。

1)采用双咽喉结构(见图4)，可增大翼轨承载面积5%，缩短辙叉有害空间距离50%，减轻或延缓辙叉的磨耗。另外，可减小逆向进岔冲击角，提高辙叉的整体使用寿命。

2)轮载转移低动力优化技术。

合理设置辙叉轮载转移点位置，使其位于心轨顶宽20 mm～30 mm之间，使心、翼轨的受力更为合理。车轮踏面光带良好，提高行车平顺性，减少对辙叉的冲击和磨耗(见图5)。

3)辙叉咽喉部位作为合金钢翼轨顶面堆高的起点，按单独承受轮载考虑，该顶面宽度设计为40 mm(此宽度是比对心轨40 mm断面已单独开始承受轮载而定)，该设计虽增大了合金钢材料的用量，但增强了辙叉有害空间部位翼轨的受力状况，同时减小了翼轨的顶弯角度。该技术为国内镶嵌式辙叉首次使用(如图6所示)。

4)为增强心轨与叉跟轨结合部位的强度及稳定性，最大程度利用合金钢材料良好的机械性能，本次设计该心轨间隔铁和叉跟轨底面处于同一平面，大大增强了辙叉的稳定性(如图7所示)。

5 上道使用情况

75-12合金钢组合辙叉2014年5月22日铺设于神华集团神朔铁路分公司神木—朔州段的南坡底站15号岔位。该站仅用于冬季列车融雪用，平时列车以最高速度通过，辙叉运营环境恶劣。该辙叉到目前运营约8个月，通过总重约2亿t，状态良好。

6 结语

辙叉的上道使用，降低了设备更换频率和养护维修工作量。由于辙叉上道时间较短，后期继续关注其使用状况，从结构和材料两方面做好产品的优化改进工作，延长辙叉使用寿命。

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The heavy haul railway 75 kg/m rail No.12 alloy steel composite frog design

Zhang Chunyu

(ChinaRailwayBaojiBridgeGroupCo.,Ltd,Baoji721006,China)

According to the operation condition of the Shen-Shuo heavy haul railways, key technologies for optimization of material selection and structural design are presented, and the integral rail-bound alloy steel frog structure is used, to improve the overall performance of frog, to meet the use requirements of overload.

heavy haul railways， turnout， the integral rail-bound alloy steel， frog

2015-01-12

张春雨(1975- )，男，工程师

1009-6825(2015)09-0132-02

U239.4

A