地铁道岔滑床板失效原因及整治措施

张家涛，尼 垒，李 永

(郑州地铁集团有限公司，河南 郑州 450000)

地铁道岔转辙器通过转辙机牵引尖轨实现列车由一条线路转往另一条线路，滑床板是重要的道岔转辙器部件，主要用于支撑尖轨、扣压基本轨。滑床板截面呈Π形(中空)，其滑床台与滑床板焊接在一起，使用时表面承受周期性的压力(车轮滚动)，滑床板状态是否良好直接关系到列车的运行安全。

1 伤损滑床板位置分布

郑州地铁正线铺设9号单开道岔直、曲各有16块滑床板。目前，发生滑床台压嘴一侧断裂1处，位置为曲基本轨第五块非轨撑滑床板；滑床台脱焊1处，位置为曲基本轨第七块非轨撑滑床板。由此可见，伤损滑床板一般分布在道岔曲基本轨一侧。

在列车通过转辙部分尖轨顶宽50 mm处后，荷载将全部由基本轨过渡到尖轨上，此处对应位置为第七块滑床板，可见现场滑床板伤损分布位置与其受力情况基本一致。

2 滑床板受力分析

滑床板的伤损与复杂受力情况密不可分。正常状态下，滑床板受到列车通过尖轨由自重产生的垂直力和离心作用给基本轨的横向力。钢轨受力时，由底边缘将力传向弹片扣压端，滑床台受力主要通过弹片传递(正常组装状态下，压舌与钢轨底边表面间隙为1.5 mm)，弹片端部的受力作用于销钉上。滑床板各部位受力会产生一定的变形量，超过弹性变形量时则发生断裂，当滑床台焊缝强度低于底板受力变形产生的抵抗力时则发生脱焊。

3 滑床板伤损问题分析

3.1 焊高不满足要求及焊接质量不良

滑床台通过焊接固定在底座上，焊缝高度制造图设计为5 mm，测量发现焊缝开裂、滑床台四周焊缝高度不均匀，最低焊高为4 mm，不符合制造图设计要求。国内新建地铁线路目前已将滑床台焊缝高度调整为8 mm，以预防因焊高不足而引起的开焊。

滑床台与底板的构造材质不同，对其焊接工艺要求较高。开焊滑床台两侧焊缝不饱满、虚焊，脱焊位置焊接不密实、不均匀，焊缝拐角处焊接粗糙[1]。

滑床板两侧螺钉紧固后，滑床板下橡胶垫将给滑床板一个向上的作用力，若该力较大而使底板上拱，就会使底板表面承受过大的拉应力而处于拉、压循环应力状态，滑床板受力变形量超过弹性变形量时则发生断裂；因焊高不足及焊接质量不良导致焊缝疲劳强度降低，若低于滑床板受力变形产生的抵抗力则发生脱焊。因此，应注意焊缝质量的控制[2]。

3.2 滑床台销钉位置偏差大

滑床台定位销钉中心至滑床台端部尺寸为100±1 mm，测量发现5号线航海路站P4105脱焊滑床台定位销钉中心至滑床台端部尺寸为106 mm，不符合制造图尺寸要求。滑床台销钉孔等制造精度影响弹片的受力情况，定位销钉实际位置与图纸位置的偏差增加了弹片的受力，加速了滑床台脱焊。

3.3 未安装调整片

滑床台与钢轨底边有3 mm调整片，主要作用是填塞滑床台与钢轨间隙，减少钢轨侧翻。当列车通过道岔曲股时会产生离心力，使滑床台压嘴位置受到一个垂直向上的作用力，促使滑床板受力发生变形。因此，滑床板组装时，调整片的正确使用是保证滑床台正常受力的关键，而滑床板压嘴一侧断裂和滑床台开焊现场均未安装调整片。

3.4 尖轨与基本轨顶面相对高度超限

一般尖轨顶面宽20 mm处低于基本轨2 mm。在运营维护中，若发现在尖轨顶面宽50 mm及以上断面处低于基本轨顶面2 mm及以上，需对道岔进行维修或更换。

测量滑床台开焊直尖轨,发现尖轨顶面宽20 mm断面处低于基本轨0.5 mm,尖顶面宽50 mm断面处高于基本轨2.6 mm。列车通过时直尖轨受力较大，引起尖轨过早受力，同时加大尖轨对滑床板的冲击力，造成或加剧滑床板焊缝裂纹或脱焊。

3.5 滑床板空吊、轨枕倾斜、胶垫压溃

空吊是轨底和铁垫板或铁垫板与轨枕间有一定的间隙，表现为垂直方向的空吊和滑床板一侧空吊。

滑床板垂直方向空吊的受力情况为：列车经过时滑床板底板受垂直力向下产生一定的形变量，底板下方空隙越大则形变量越大，变形超过自身挠度时即发生断裂或裂纹[1]。

滑床板侧吊的受力情况为：滑床板底板下使用了部分特殊形式的垫片或者枕木偏斜等原因导致滑床板下单侧密贴、另一侧悬空的状态，在列车经过时易在胶垫下密贴处形成剪力点，滑床板底板受剪力破坏导致裂纹或断裂[2]。

如实测滑床板压嘴断裂处一侧短岔枕内沿相对于外沿倾斜为30 mm，滑床板内沿相对于外沿倾斜为17 mm且尖轨与滑床板之间存在1.75 mm缝隙，前后两块滑床板与尖轨之间缝隙分别为2.5 mm和2.2 mm，离缝较大，均超过标准值。列车通过时尖轨向滑床板传递一个向下的动态作用力，此时滑床板压嘴位置受到基本轨轨底向上的动态作用力。因滑床板倾斜，加之列车长期直股运行，滑床板压嘴位置存在应力集中，导致滑床板压嘴一侧疲劳断裂。

曲基本轨内侧弹片扣压，外侧III型弹条扣件扣压，内、外侧扣压力不均衡时，列车通过时容易造成基本轨外倾，轨底上翘力量转至滑床板压嘴导致一侧断裂。

3.6 钢轨轨面波磨对滑床板受力的影响

当列车通过时,曲尖轨、导曲线上股受到横向挤压力,下股钢轨表面轮轨作用复杂,滑动和滚动交错发生,易产生钢轨波磨，而钢轨波磨又加剧了尖轨受力的复杂性[3]。

若钢轨轨面发生波磨，钢轨表面将会不平顺，轮轨作用力也会加剧，特别是轮对经过波峰时冲击力也会达到峰值，而列车经过波谷时受力会减小，尖轨下滑床板频繁受到高频振动力，轻则造成疲劳伤损，重则造成滑床板瞬间受力超过其最大变形挠度而发生断裂[3]。

3.7 三道缝问题

三道缝是指道岔基本轨轨底与滑床台槽边有缝、基本轨轨头下颚及轨底上部与轨撑接触部分不密贴有缝、轨撑与滑床板的挡肩不密贴有缝。

三道缝会导致列车通过道岔时轨撑不能有效阻止基本轨横移，压不住、顶不死，造成道岔轨向不顺、轨距不符合要求，加剧车轮的摇摆和冲击，冲击荷载的增大容易造成滑床板断裂，破坏道岔各部件整体稳定性。从道岔养护维修及道岔加强两方面考虑，日常检查中通过眼观或是塞尺发现相关部位缝隙，根据标准进行调整。

4 滑床板伤损问题整治措施

4.1 制造精度、焊接工艺需满足设计要求

滑床板制造要严格按照制造图进行，特别是定位销钉孔距及距离压嘴端部的尺寸。

在加工中，滑床台和底板尽可能全面接触，不得存在缝隙。在焊接过程中严格焊接工艺、控制焊接高度和焊接质量，不得出现因焊接工艺不当导致焊缝位置晶粒粗大、硬度偏低、焊缝不饱满、虚焊等情况；改善焊接工艺，收焊时焊枪停留时间适当缩短；采用正常件的焊接工艺，即在滑床台和基板交界线处分两次焊接，有利于改善晶粒粗大和应力集中问题。同时，滑床板出厂应在合格证书上明确其使用材质，使用验收单位应对其材质、制造工艺、焊接工艺等进行第三方检测，待检测合格后方可运用至现场。

4.2 正确使用调整片

在道岔铺设施工阶段，要使用调整片消除基本轨轨底与滑床台之间的缝隙，减小过车时基本轨对滑床台的扳动力。

4.3 加强道岔养护维修

(1)检查滑床板下胶垫是否歪斜、变形、变性失效，及时更换变性失效的下胶垫，确保轨下平面一致，改善轨道刚度不均匀现象。

(2)检查道岔的轨向、高低是否正常，钢轨表面是否有波磨，尖轨尖是否有裂纹、剥落掉块，道岔前后区域螺栓扭矩、扣件压力是否符合运营维护标准等，对超限处所及时预防或整改。

(3)针对道岔岔枕倾斜造成滑床板倾斜问题：调整橡胶垫片，在保证岔枕完整的情况下使滑床板保持水平；调整橡胶垫片仍不能满足设计要求时，打磨岔枕使滑床板保持水平。

(4)明确要求道岔滑床台涂油的品种、涂油量及工艺，严禁因涂油量大而污染垫板下胶垫。

4.4 采取补强措施

(1)采用整铸滑床板。目前行业内多采用普通滑床板即滑床台与底板焊接拼装而成，在滑床台安装销钉和弹片来扣压基本轨。弹片扣压基本轨的接触方式为线接触，接触面积小，造成基本轨容易外翻，而且列车在反复行驶中弹片受挡肩制约不能后退，容易从前端窜出，由此造成滑床台、板反复受到冲击。

采用整铸滑床板优势：一是优化了滑床板原有弹片结构，摒弃焊接技术，弹片由线接触改为面接触，克服了弹片在反复行车中形成的前端窜出缺陷，扣压能力显著增强；二是滑床台表面设有2～4 mm厚的减磨复合层，光滑耐磨，有效保证了滑床板承托尖轨扳动顺畅；三是进一步提高道岔滑床板整体稳定性、行车安全性，降低了日常养护维修量。

(2)增加轨撑方案。定做一批带轨撑的道岔滑床板，在轨枕上重新钻孔锚固尼龙套管，用带轨撑的滑床板替换原来的滑床板。增加轨撑后，当钢轨受到垂直力和横向力时，轨撑有一个反向的作用力，对钢轨向外翻转可以起到一定的作用，减小滑床台下弹片的受力。

5 结语

综上所述，道岔滑床板出现滑床台脱焊、滑床台压嘴一侧断裂为滑床板受力、制造尺寸、焊接工艺及焊高、运营维护等综合因素叠加导致，但滑床台与基板焊缝处存在焊接缺陷、焊高不足是导致滑床板在焊缝处疲劳断裂的主要原因。