北京城鐵用50 kg/m 鋼軌7 號(hào)單開(kāi)道岔的制造

【摘要】介紹北京城鐵50 kg/m 鋼軌AT7 號(hào)單開(kāi)道岔的優(yōu)化設(shè)計(jì)、制造及其優(yōu)越的性能。
【關(guān)鍵詞】城市鐵路　單開(kāi)道岔　平面線型　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)　加工工藝
1 　前言
城市軌道以它的運(yùn)量大、運(yùn)能高、高效、安全、舒適、環(huán)境污染少、噪音低、暢通快捷、占地少等優(yōu)勢(shì),已成為國(guó)際大城市的重要交通工具。北京城市快速軌道交通從設(shè)計(jì)到施工充分吸收了國(guó)內(nèi)、國(guó)際先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想、新技術(shù)和新工藝,設(shè)計(jì)了大量具有高科技含量的交通設(shè)備,其中道岔最具代表性。
道岔是軌道交通的主要設(shè)備,也是軌道交通的主要制約因素,道岔綜合性能的高低直接影響行車(chē)的安全、速度、運(yùn)能等。50 kg/m 鋼軌7 號(hào)單開(kāi)道岔是城鐵道岔的主要品種之一。中鐵寶橋股份有限公司承擔(dān)了北京城鐵13 號(hào)線(西直門(mén)—東直門(mén)) 50 kg/m 鋼軌7 號(hào)單開(kāi)道岔的制造任務(wù)。本文介紹該型道岔的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及制造工藝。
2 　產(chǎn)品簡(jiǎn)介
50 kg/m 鋼軌AT7 號(hào)單開(kāi)道岔全長(zhǎng)23 627 mm(前長(zhǎng)11 194 mm 、后長(zhǎng)12 433 mm) ,采用R150 m 圓曲線線型。軌下基礎(chǔ)采用木岔枕。道岔設(shè)計(jì)允許通過(guò)速度:直向80 km/h 、側(cè)向25 km/h 。轉(zhuǎn)轍器采用5.12 m 的50AT 彈性可彎式尖軌,線型為半割線型曲線(割距為4 mm) ;尖軌尖端為藏尖式; 尖軌設(shè)置一根拉桿,拉桿動(dòng)程為152 mm 。結(jié)合城鐵特點(diǎn),尖軌跟端結(jié)構(gòu)為間隔鐵與魚(yú)尾板聯(lián)結(jié)的活結(jié)頭,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于轉(zhuǎn)換。基本軌采用臺(tái)板在內(nèi)側(cè)扣壓,外側(cè)由可調(diào)軌撐扣壓,牢固可靠,可調(diào)性強(qiáng)。轍跟設(shè)轍跟大墊板,由轍跟內(nèi)、外軌撐扣壓。轍叉采用固定型高錳鋼整鑄式轍叉,轍叉下設(shè)置橡膠墊板和鐵墊板,轍叉趾端、跟端接頭采用接頭夾板連接。轍叉及護(hù)軌部位的岔枕垂直于轍叉角平分線。道岔不設(shè)軌底坡,道岔前后設(shè)順坡墊板,便于與設(shè)軌底坡的線路或道岔連接。道岔導(dǎo)曲線及其前后部位采用彈性分開(kāi)式DT Ⅵ1 型可調(diào)扣件。設(shè)置彈性墊層: 鋼軌及高錳鋼轍叉下設(shè)10 mm 厚橡膠墊板,滑床墊板下設(shè)5 mm 厚橡膠墊板,其它墊板下設(shè)5 mm 厚塑料墊片。護(hù)軌采用“H”型分開(kāi)式護(hù)軌, 用43 kg/m 鋼軌制造,護(hù)軌頂面高出基本軌12 mm 。道岔按軌道電路設(shè)計(jì),采用普通絕緣接頭,絕緣接頭設(shè)在側(cè)股。鋼軌件均進(jìn)行軌頭頂面全長(zhǎng)淬火。道岔左右開(kāi)對(duì)稱(chēng)制造和鋪設(shè)。
3 　產(chǎn)品的試制及加工簡(jiǎn)介
3.1 　試制生產(chǎn)依據(jù)
(1) 試制生產(chǎn)用設(shè)計(jì)圖: ① 城軌222 　50 kg/m 鋼軌7 號(hào)單開(kāi)道岔; ②CT12CT5 　道岔通用件。
(2) 采用、引用的技術(shù)條件或標(biāo)準(zhǔn): ① 公司內(nèi)控制標(biāo)準(zhǔn)《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路道岔制造技術(shù)條件》; ②TB412 《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路道岔技術(shù)條件》; ③TB/T1779 　《道岔鋼軌件表面淬火技術(shù)條件》; ④TB/T447 　《高錳鋼轍叉技術(shù)條件》; ⑤ 產(chǎn)品施工圖中指明的技術(shù)條件或標(biāo)準(zhǔn)。
(3) 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn): ①Q(mào)B/BQZ001 依據(jù)GB/ T19000 —ISO9000 《質(zhì)量管理和質(zhì)量保證系列標(biāo)準(zhǔn)》的要求編制的質(zhì)量手冊(cè); ②QB/BQZ4C～4305 、6301～6601 控制產(chǎn)品生產(chǎn)、服務(wù)全過(guò)程各個(gè)要素的程序文件; ③ 工件自檢、互檢、專(zhuān)檢三級(jí)檢驗(yàn)制度; ④ 產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤的可追溯性方法。
3.2 　試制生產(chǎn)的技術(shù)準(zhǔn)備
(1) 結(jié)合公司的生產(chǎn)實(shí)際和工藝設(shè)備情況,對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行工藝性審查。
(2) 編制工藝文件: 按照程序性文件QG/ BQ10107 —09 《工藝文件完整性》的要求編制施工圖、工藝路線表、通用件明細(xì)表、外購(gòu)件明細(xì)表、委外(外協(xié)) 件明細(xì)表、機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片、主要零件加工工序卡片、轉(zhuǎn)轍器組裝工序卡片、材料消耗定額明細(xì)表、鍛造工藝卡片、熱處理工藝卡片、焊接工藝卡片、高錳鋼轍叉機(jī)加工工藝過(guò)程卡等。
(3) 原材料準(zhǔn)備: 原材料進(jìn)廠后,在嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面復(fù)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,精心挑選,采用優(yōu)質(zhì)材料。

3.3 　主要零( 部) 件的加工制造
嚴(yán)格按照該道岔制造標(biāo)準(zhǔn)的要求,對(duì)其主要零部件的機(jī)加工采用成熟的提速道岔加工方法,精心制定了加工工藝。
3.3.1 　鋼軌件的機(jī)加工
依照TB/T1779 《道岔鋼軌件表面淬火技術(shù)條件》, 對(duì)鋼軌件均進(jìn)行淬火處理,使所有的工作部位表面硬度均達(dá)到HR298～370 , 淬火形狀為帽型,淬火層深度超過(guò)8 mm , 且采取逐根檢驗(yàn)。淬火后矯正鋼軌的淬火變形。
傳統(tǒng)的曲線尖軌采用刨床加工工藝,工作邊的加工是先頂反彎,再刨直線,最后頂彎調(diào)修成型,這樣由于受到頂彎等精度的限制,最終的線形是“折線形”,線形很難保證,反復(fù)頂彎易形成尖軌區(qū)應(yīng)力集中,且刨床加工易在加工面上留下不可避免的微裂紋。“折線形” 尖軌在列車(chē)運(yùn)行中易加劇列車(chē)的橫向沖擊,加大橫向磨耗,降低旅客舒適度,易產(chǎn)生新的應(yīng)力集中,“ 折線形”和“應(yīng)力集中”直接影響尖軌的使用壽命。
北京城鐵道岔鋼軌件均采用數(shù)控銑床一次加工完成。尖軌加工時(shí)使用數(shù)控銑床,取代了傳統(tǒng)的刨床加工,消除了刨床加工帶來(lái)得弊病。尖軌在外觀、質(zhì)量等方面都有很大的改觀。
尖軌在數(shù)控加工時(shí)采取多點(diǎn)控制,使加工面的線形最大限度地符合理論值。采用數(shù)控銑不用頂彎,可以直接用圓弧插補(bǔ)銑出線形,保證加工的線形在理論上符合設(shè)計(jì)。尖軌的成型面是用成型刀來(lái)保證的,因此絕對(duì)可保證設(shè)計(jì)尺寸。
基本軌頂彎時(shí),采用樣板頂彎,平臺(tái)測(cè)量,保證每根鋼軌的線形都符合設(shè)計(jì)要求。對(duì)滑床板、護(hù)軌墊板等臺(tái)板、墊板鐵座等的焊接, 增大了焊縫尺寸,有效地控制了臺(tái)板、鐵座焊縫的開(kāi)裂。設(shè)計(jì)了焊接樣板1 套,用于墊板的鐵座、臺(tái)板等定位,有效地保證了墊板的尺寸。
3.3.2 　轍跟墊板的制造傳統(tǒng)的轍跟墊板制造是將轍跟墊板的擋條依照設(shè)計(jì)圖紙直接焊好后進(jìn)行組裝。轍跟墊板連接間隔鐵、尖軌、基本軌及內(nèi)、外軌撐,因各零件均存在一定的公差,形成公差積累使擋條與內(nèi)、外軌撐間存在很大的間隙,從而導(dǎo)致轍叉跟部的橫向力只能由軌撐螺栓的剪力來(lái)抵抗,擋條未起到傳遞橫向力的作用,達(dá)不到設(shè)計(jì)目的。因此,我們將轍跟部位進(jìn)行組裝,轍跟墊板的擋條在組裝完成后進(jìn)行配焊,使擋條起到了應(yīng)有的作用。
轍叉采用細(xì)晶粒預(yù)硬化高錳鋼整鑄式,進(jìn)行六部位機(jī)加工,即對(duì)轍叉翼軌和心軌軌頂面及工作邊側(cè)面、轍叉端頭及接頭夾板貼合面、轍叉底面及耳板與軌距墊的貼合面等部位進(jìn)行表面機(jī)加工。設(shè)計(jì)了1 套轍叉機(jī)加工測(cè)量樣板,用于加工檢驗(yàn)。對(duì)間隔鐵、鐵座、軌撐等鑄鐵、鑄鋼件,采用精密鑄造工藝,配合各部位進(jìn)行機(jī)加工。尺寸精度高,表面質(zhì)量好。
3.4 　組裝及試輔
尖軌、基本軌加工后,進(jìn)行試組裝程序,以保證兩者之間的密貼達(dá)到要求。為了驗(yàn)證道岔各部尺寸及配合,對(duì)首組試制的50 kg/m 鋼軌7 號(hào)單開(kāi)道岔進(jìn)行了廠內(nèi)試鋪。試輔時(shí),保持直股岔枕端成一條直線,使岔枕布置、岔枕間距符合總布置圖的要求。整組道岔的鋪設(shè)表明,各零、部件之間安裝、配合合理,符合圖紙的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)文件要求。
3.5 　產(chǎn)品及零部件的標(biāo)識(shí)標(biāo)記及防腐防銹
工整清晰的標(biāo)記可為道岔鋪設(shè)、養(yǎng)護(hù)維修提供方便。我們?cè)谲壯鼑娪≤壖Q(chēng)、長(zhǎng)度、公司標(biāo)記,在所有墊板件直股一側(cè)上表面壓制部件名稱(chēng)及件號(hào),在所有鑄鐵、鑄鋼件零件的上表面鑄出零件代號(hào)或外形尺寸。為延長(zhǎng)道岔使用壽命和美觀,所有的零部件均進(jìn)行了防腐防銹的涂裝保護(hù)。
3.6 　審查驗(yàn)收
2002 年10 月18 日,有關(guān)專(zhuān)家對(duì)中鐵寶橋股份有限公司生產(chǎn)的首組50 kg/m 鋼軌7 號(hào)單開(kāi)道岔進(jìn)行了廠內(nèi)試制試鋪的驗(yàn)收,驗(yàn)收意見(jiàn)如下:
(1) 該道岔在設(shè)計(jì)中吸收了其它道岔的優(yōu)點(diǎn),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,能滿足城鐵使用要求。
(2) 試鋪道岔各部尺寸符合設(shè)計(jì)圖紙要求。
(3) 50 kgΠm 鋼軌7 號(hào)單開(kāi)道岔廠內(nèi)試鋪驗(yàn)收合格,可批量生產(chǎn)。
(4) 確保道岔質(zhì)量,提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,做好產(chǎn)品售后服務(wù)。

4 　設(shè)計(jì)及制造工藝的優(yōu)點(diǎn)
與其它地鐵道岔相比,50 kgΠm 鋼軌7 號(hào)單開(kāi)道岔有以下優(yōu)點(diǎn):
(1) 增設(shè)了軌下和轍叉下橡膠墊板,合理調(diào)整了不同部位軌下和板下橡膠墊板剛度,使其在整個(gè)道岔范圍內(nèi)彈性趨于一致,提高了旅客舒適度。
(2) 采用彈性分開(kāi)式扣件和可調(diào)軌撐,提高了鋼軌的鎖定能力, 使鋼軌與岔枕之間形成了較好的抵御縱橫向力的彈性框架,且在動(dòng)載作用下扣件扣壓力損失較小,道岔穩(wěn)定性好,使用壽命長(zhǎng)。
(3) 成功地利用提速道岔的設(shè)計(jì)及制造經(jīng)驗(yàn)。半割線形曲線尖軌采用50 矮型特種斷面軌制造并設(shè)藏尖段,用數(shù)控銑床一次加工成型。降低了列車(chē)運(yùn)行對(duì)尖軌的橫向沖擊力和側(cè)向磨耗,大大提高了尖軌的使用壽命和旅客舒適度。
(4) 轍跟墊板擋條采用組裝后配焊工藝,使轍跟結(jié)構(gòu)受力更趨合理。
(5) 改“七五型間隔鐵式護(hù)軌為“H”型分開(kāi)式護(hù)軌,采用43 kg/m 鋼軌制造, 護(hù)軌頂面高出基本軌12 mm ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于調(diào)整查照和護(hù)背距離,利于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和管理。
(6) 鋼軌件均進(jìn)行軌頭頂面全長(zhǎng)淬火,延長(zhǎng)了道岔使用壽命。
(7) 轍叉采用中鐵寶橋成熟的高新技術(shù) 細(xì)晶粒預(yù)硬化高錳鋼整鑄式轍叉。新技術(shù)的應(yīng)用使轍叉在本質(zhì)上上了一個(gè)新臺(tái)階,使用壽命超過(guò)“七五型轍叉1 倍以上。
(8) 轍叉及護(hù)軌部位的岔枕垂直于轍叉角平分線, 使轍叉、轍叉墊板、叉前墊板、叉后墊板、護(hù)軌墊板均不分左右開(kāi),便于加工制造和現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè),便于儲(chǔ)料管理和現(xiàn)場(chǎng)互換。
(9) 道岔設(shè)計(jì)和制造中的環(huán)境污染控制符合有關(guān)規(guī)定要求。
(10) 結(jié)合城鐵特點(diǎn),以最經(jīng)濟(jì)求得了最好的效果。
實(shí)踐證明,北京城鐵13 號(hào)線50 kg/m 鋼軌7 號(hào)單開(kāi)道岔結(jié)構(gòu)合理、安全可靠、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好,便于現(xiàn)場(chǎng)管理和維護(hù),與以前同類(lèi)道岔相比,在成本提高不大的前提下,綜合性能得到很大提高。中鐵寶橋股份有限公司技術(shù)力量強(qiáng)、管理制度完善、設(shè)備精良,道岔的制造工藝合理可行、工裝夾具齊全、加工精細(xì)、標(biāo)記工整清晰,售后服務(wù)到位,生產(chǎn)的道岔在國(guó)內(nèi)外受到一致好評(píng)。