高速铁路特殊岔枕模具设计

2020-05-19段兆慧

国防交通工程与技术 2020年3期

段兆慧

(中铁十四局集团房桥有限公司，北京 102400)

1 概述

道岔是一种使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备，也是轨道的薄弱环节之一，道岔结构的质量和状态直接影响着整个高速铁路列车运行的安全性、平稳性和舒适性。高速岔枕是高速铁路道岔结构的重要组成部分，其尺寸精度以及预埋件定位精度对整个道岔系统的质量以及系统功能的发挥影响较大[1]。高速铁路无砟轨道埋入式岔枕生产采用长线模台法，其模具长度通常为70～100 m，生产工艺相对成熟[2]，模具精度能达到产品生产要求；但是对于特殊位置岔枕，比如牵引点部位岔枕及安装密贴检查器岔枕，由于侧模壳体为全线封闭整体设计，对于侧面预埋件的定位难以控制，费时费力，且精度不能完全保证。为满足特殊部位岔枕侧面预埋件精确定位需求，需要进行高速铁路特殊岔枕模具设计。

2 模具设计过程

结合特殊岔枕预埋件位置以及岔枕张拉力值大小和张拉工艺要求，分别从模具预埋预留方式、张拉力承载方式和预应力放松方式方面进行特殊模具结构设计。由于特殊岔枕总体数量少，该岔枕专用模具选用短模具形式。

2.1 预埋件定位形式

特殊岔枕包括牵引点部位岔枕和安装密贴检查器岔枕，其特殊在于预埋件位置设置在岔枕侧面，预埋结构均为预埋螺母形式。根据侧面预埋件位置，在模具壳体侧面开设预留定位孔，通过定位螺栓定位方式，进行预埋螺母精确定位。同时通过调位垫片调整预埋螺母定位螺栓方向，以保证预埋件的位置和方向准确定位。

根据岔枕长度和预埋螺母间距特点，模具总长度约为10 m，采用可换底模形式，每条模具内可生产2根4 m以上长岔枕或者3根3 m以下短岔枕。根据岔枕侧面预埋件位置模具设计可分为单截面和双截面两种(如图1所示)。为便于岔枕侧面预埋螺母的安装与拆卸，双截面模具预埋件定位装置设于模具外侧；单截面形式预埋件定位装置可设于模具两侧。

图1 岔枕模具及反力架断面图(单位：mm)

2.2 张拉力承载方式

2.2.1 结构设计

长线法预应力由张拉台座承担[3]，反力台座基础施工难度大、投入高且所用生产线位置固定；而采用机组流水法由模具本身承载张拉力，模具容易变形，使得岔枕质量控制难度增大，因此特殊模具设计为内部模具壳体与外部受力框架分离、由反力柱框架承载张拉力的张拉承载结构形式，其具体布置见图1。

2.2.2 结构受力检算

为考虑与无侧孔预埋件的双截面无砟岔枕模具共用反立柱结构，张拉反力柱框架承载能力要满足最大张拉力要求。

通过结构检算，可见采用整体框架反立柱受力模式，可以满足岔枕生产张拉受力要求。

2.3 预应力放松方式

为适用于特殊岔枕单根张拉和整体放张工艺要求，同时便于放张设备在短模之间可以灵活移动的需求，应进行模具的放张结构设计。

2.3.1 张拉反力框架端梁结构

如果放张方式采取活动端梁结构如图2所示，需要在活动端梁与张拉反力柱之间设机械锁紧螺母，放张时，人工采用机械扳手放松机械锁紧螺母方式，使活动端梁回缩移动至预应力筋放松。但是，对于张拉力较大的岔枕无法采用人工放张，因此张拉反力框架采用固定端梁结构，如图3所示。

固定端梁张拉反力框架结构，采用固定端梁与张拉盒相结合的模式，在放张端，将张拉盒与机械锁紧螺母分别设置在框架固定端梁的内外两侧，通过张拉丝杠连接。放张时，通过张拉放张机或者液压扭力扳手放松张拉盒进行预应力放张操作。

图2 活动端梁与机械锁紧螺母放张结构

图3 固定端梁与张拉盒及机械锁紧螺母

2.3.2 放张设备选择

采用机组流水放张方式的放张机，虽然通过张拉放张机的千斤顶张拉到不大于设计张拉力的某值，进行机械螺母的放松，可以实现大力值的放张，但是由于放张机体积大占用空间，而且短模之间移动需要行车吊运不够便捷且存在安全隐患。液压扭力扳手进行岔枕放张时，通过扭力扳手直接使螺母反向旋转达到放松预应力钢丝的目的，放张过程不需要再次张拉，不但满足大力值的放张需求，同时由于其尺寸小巧，无须大型设备吊运便可以在模具间灵活移动，可大大降低安全隐患，因此，选择液压扭力扳手放张设备。

2.4 模具总体结构

综上所述，带侧孔预埋件的专用岔枕模具由保证岔枕尺寸的模具壳体，与壳体分离单独承载张拉力的反力柱框架以及张拉和放张装置组成，根据需要壳体可为单截面和双截面两种不同形式，在壳体侧面增加预埋件定位装置，如图4所示。

图4 模具总体结构示意图

3 专用模具试制产品检验

模具设计制作后，进行了产品试制，并且对产品进行了全面质量检查。检测项目包括外观质量、各部尺寸、钢筋焊接质量、缺丝、表面裂纹、混凝土28 d抗压强度、混凝土28 d弹性模量、预埋套管抗拔力、桁架筋钢筋焊接点抗拉强度、静载抗裂强度，所检项目均符合《铁路岔区轨枕埋入式无砟轨道混凝土岔枕》(TB/T3297-2013)的要求，所检产品均满足设计要求。