川藏铁路道岔关键技术的研究

王 阿 利

(中铁宝桥集团有限公司，陕西 宝鸡 721006)

1 研究背景

川藏铁路由成都平原经川西高原、藏东高原至拉萨，海拔由500 m急剧攀升至近5 000 m，所经过地区地质及气候条件极其复杂，气候寒冷、缺氧、昼夜温差可达30 ℃以上，常年冻土、崩塌、滑坡、泥石流、地震频发等灾害严重，与我国已建成的铁路相比，具有地势起伏大、地质条件和气候环境复杂的特点。道岔是直接影响行车安全性和平稳性的关键基础设施和铁路技术装备，是整个轨道系统的最薄弱环节之一，它的设计、制造及铺设技术水平直接影响着列车运行的安全性和旅客乘坐的舒适性。为此，很有必要研究川藏铁路复杂环境及线路条件下道岔的关键技术，以确保道岔在恶劣环境下能够安全运行。

2 延长关键零部件服役寿命的研究

2.1 延长曲线尖轨服役寿命

列车逆向进岔通过道岔侧股时，由于惯性力及离心力作用，对曲线尖轨磨耗较为严重。为提高曲线尖轨的服役寿命，从四个方面采取优化措施：第一，优化道岔平面线型，尽可能采取较大的导曲线半径，能有效降低列车对曲线尖轨的冲击，减缓侧向磨耗。第二，优化曲线尖轨结构，增大前端薄弱小截面的轨头宽度，在直基本轨与曲线尖轨密贴范围内，对尖轨轨头进行加宽设计，采用水平藏尖式尖轨结构(见图1)，通过铣削基本轨工作边，以加粗尖轨非工作边，对延长尖轨的服役寿命效果显著。第三，从材质上改善，曲线尖轨采用耐磨性能较好的合金钢钢轨或在线热处理钢轨，有利于减缓尖轨磨耗。第四，优化制造工艺，对尖轨采用激光熔覆技术，能够提高表面耐磨性，减小尖轨表面磨耗深度和接触疲劳因子，并提高其表层的抗疲劳性能[1]。

2.2 延长辙叉服役寿命

根据青藏线玉珠峰站高锰钢辙叉心轨、翼轨剥落掉块问题，对辙叉问题进行了深刻的分析研究，主要原因是轮载转移的复杂性、固定型辙叉受力条件的苛刻性等因素造成，从四个方面采取改进措施：第一，优化固定型辙叉结构，加强翼轨、心轨冲击较大部位的结构和材料强度，采用嵌入式高锰钢组合辙叉、镶嵌翼轨式合金钢组合辙叉、锻造高锰钢组合辙叉等。第二，优化固定型辙叉制造工艺，采用爆炸硬化方式提高辙叉关键部位硬度。第三，优化高锰钢辙叉材料成分，增加微量合金元素，增大材料强度。第四，采用可动心轨辙叉，为列车过岔提供连续的运行条件，避免固定型辙叉因有害空间而加剧轮轨的冲击。

3 扣件稳定性的研究

3.1 岔区采用弹性扣件

为提高扣件的扣压力、防爬阻力，确保电务转换设备在温度变化幅度较大情况下能够正常伸缩和转换，一方面采用加强型Ⅱ型弹条(见图2)，该弹条采用φ15 mm热轧弹簧钢，单个弹条扣压力不小于12 kN，相对普通Ⅱ型弹条增大扣压力，能够增强道岔零部件的稳定性和抗衡温度变化能力。另一方面，在尖轨跟端空间狭小部位采用窄型弹条(如图3所示)扣压基本轨内侧，实现岔区内全部弹性扣压，较刚性扣压更加稳定可靠[2]。

3.2 滑床板、护轨垫板采用楔形调整弹片式扣件

滑床板(如图4所示)、护轨垫板(如图5所示)采用楔形调整弹片式扣件，属专利技术，它解决了国内长期困扰铁路提速后轨道扣压的弹性扣压元件长期持续受压、易疲劳断裂的共性技术难题，近年在我国时速200 km道岔中大面积应用，其基本轨外侧采用弹条扣压，内侧采用楔形调整弹片式扣件，使得基本轨内、外侧轨肢均实现了弹性可靠扣压，提高列车过岔的安全性。

楔形调整弹片式扣件的滑床台内腔设计有支撑凸台和限位凸台(见图6)，从尾部槽口装入弹片、楔形定位块后，弹片中部与支撑凸台接触受压弯曲，在轨肢产生扣压力，实现静态下弹性扣压功能；列车通过时，在轮轨横向力作用下，钢轨外翻带动弹片与限位凸台接触，限位凸台在限制弹片产生过大变形量的同时，再次增加对轨肢的扣压力，防止轨件爬行；列车通过后，横向力消失，钢轨恢复原状，弹片与限位凸台不再接触，弹片承受的压力减小，间接增加弹片强度储备，延长其寿命，解决了弹性元件一直处于受压状态、动态下过变形易疲劳断裂的共性技术难题。

3.3 设置防爬轨撑

为抵御基本轨因温度力引起的纵向爬行和外倾，基本轨外侧间隔设置防爬轨撑(见图7)，通过螺栓与基本轨连接，并通过两侧板限制垫板移动，垫板通过岔枕螺栓与岔枕连接，从而使得基本轨、垫板和岔枕组成一个整体，限制了基本轨的纵向滑移，保证了道岔的稳定性。

3.4 轨下、板下弹性垫板采用三元乙丙橡胶

三元乙丙橡胶(EPDM)是乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物，属于聚烯烃家族，在所有橡胶当中EPDM具有最低的比重、极好的硫化特性，有耐氧化、抗臭氧和抗侵蚀的能力，而且具有较高的拉伸强度、良好的耐候性能，应用于铁路道岔的轨下、板下弹性垫板的生产制造，能够在严寒地区轨道扣件系统中仍具有良好的弹性性能。

4 减小尖轨电务转换力的研究

从四个方面采取措施：第一，尖轨尽可能选取刚度较小的轨型，如60AT2钢轨。第二，尖轨跟端采用弹性可弯式，将固定端前部的轨肢铣削一定长度，降低尖轨自身刚度。第三，在尖轨转换扳动区段间隔设置带偏心辊轴的辊轮滑床板(见图8)，通过旋转辊轴调整辊轮高度，将电务转换过程中尖轨轨底与滑床台表面的滑动摩擦变为滚动摩擦，充分发挥辊轮优势，较大程度减小转换阻力，提高了转换的安全可靠性[3]。第四，滑床台表面进行减摩处理，避免日常在滑床台表面涂油，较大幅度减小了线路维护人员的工作量，同时避免涂油加快非金属弹性垫板的老化和对线路环境的污染问题。

5 道岔工电接口防护的研究

针对牵引点处电务转换机构因外露而存在尖轨、心轨转换卡阻的安全问题，开发防护电务的整体式岔枕系统(见图9)，将常规的牵引点前、后2根电务混凝土岔枕合并为1根带底部结构的整体式电务专用混凝土岔枕，以增大岔枕自身的刚度及与道砟的摩擦力，同时能够将道砟排放在牵引点以外的区域，避免了牵引点处道砟日常捣固，能够为道岔转换提供较好的稳定性；同时在电务岔枕上设置防护装置，为电务转换杆件提供一个整洁、宽敞、温暖的工作环境，避免异物堵塞和高寒气候环境下冰雪封冻转换杆件，确保电务转换系统正常工作，提高道岔电务转换的安全可靠性。

6 道岔少维护的研究

川藏铁路的高原缺氧环境，使得道岔维护人员工作特别艰难，因此在道岔设计和制造中应能够减少零部件的维护频次，采用先进的远程监测系统，降低维护人员的劳动强度。

6.1 顶铁、间隔铁、防跳卡铁等零件预留融雪接口

考虑川藏铁路气候严寒，道岔钢轨轨腰需要安装加强型融雪加热条，必要时通过电加热融化消除道岔零部件中的积雪、冰块等杂物，避免人工清理。为此，与钢轨加强型融雪加热条装配的顶铁、间隔铁、防跳卡铁等零件需要在结构设计中预留加热条安装空间，确保道岔融雪系统能够安装应用。

6.2 螺栓设置机械防松机构

道岔长期受列车过岔的冲击振动，螺栓、螺母在使用过程中因剧烈振动而松动或脱落，给线路养护维修带来很大的工作量，并影响到行车安全。为减少维护人员养护连接件的劳动量，岔区垂直螺栓采用具有防松功能的施必牢盖型全螺纹锁紧螺母；限位器、间隔铁的水平螺栓设置带有内十二边形的机械防松机构(见图10)，与螺栓或螺母通过安装配合关系，限制螺栓或螺母松动，提高了道岔零部件的安全性。顶铁用水平螺栓采用钢轨垫圈+防转片+开口销的防松机构(见图11)，便于顶铁在装配和使用过程中拆解、安装。对于单独的螺栓，在螺栓处增加单孔防转钢轨垫圈(见图12)，安装简单，防转安全可靠，易于操作。

6.3 零部件采取防锈蚀措施

为避免或减少零部件的锈蚀损坏，减少道岔养护维修工作量，有必要对道岔零部件采取防锈蚀处理，钢轨件外表面均匀涂覆防锈漆，垫板采用静电喷涂或石墨烯复合材料涂覆，螺栓、螺母、弹条等紧固件采用多元渗层防锈处理或“达克罗+封闭”处理,弹片采用电泳防锈处理，轨距块、拉杆、连杆、接头铁、销钉、销轴采用电镀锌处理。

6.4 远程监控

川藏铁路大多处于高原缺氧环境，沿途人员稀少，很多道岔处于无人值守站，如果道岔能够利用高科技智能产品，通过安装远程监控设备，可以随时远程查重道岔应用状况，一旦出现质量隐患，监控设备就会在第一时间报警显示故障信息，那么道岔的维护就科学先进许多、便捷许多。

7 结语

本文研究了川藏铁路道岔的关键技术，为延长关键零部件服役寿命，对曲线尖轨优化道岔平面线型和尖轨小断面结构、选用耐磨钢轨、采用激光熔覆技术，对辙叉优化结构、材质、制造工艺；为增强扣件稳定性，岔区采用弹性扣件，滑床板和护轨垫板采用楔形调整弹片式扣件，基本轨设置防爬轨撑装置，弹性垫板采用三元乙丙橡胶高分子材料；为减小尖轨转换力，选取刚度较小的轨型、跟端采用弹性可弯结构，设置辊轮滑床板、滑床台减摩处理；为减小道岔日常维护，顶铁、间隔铁、防跳卡铁预留融雪加热条安装空间，螺栓设置防松功能，零部件防锈蚀处理，道岔设置远程监控设备。期望通过该研究，能对川藏铁路道岔研制提供参考，能为减小川藏铁路道岔维护人员劳动强度尽绵薄之力。