北京城鐵用50 kg/m 鋼軌7 號單開道岔的制造

【摘要】介紹北京城鐵50 kg/m 鋼軌AT7 號單開道岔的優化設計、制造及其優越的性能。
【關鍵詞】城市鐵路　單開道岔　平面線型　結構特點　加工工藝
1 　前言
城市軌道以它的運量大、運能高、高效、安全、舒適、環境污染少、噪音低、暢通快捷、占地少等優勢,已成為國際大城市的重要交通工具。北京城市快速軌道交通從設計到施工充分吸收了國內、國際先進的設計思想、新技術和新工藝,設計了大量具有高科技含量的交通設備,其中道岔最具代表性。
道岔是軌道交通的主要設備,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的安全、速度、運能等。50 kg/m 鋼軌7 號單開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了北京城鐵13 號線(西直門—東直門) 50 kg/m 鋼軌7 號單開道岔的制造任務。本文介紹該型道岔的設計特點及制造工藝。
2 　產品簡介
50 kg/m 鋼軌AT7 號單開道岔全長23 627 mm(前長11 194 mm 、后長12 433 mm) ,采用R150 m 圓曲線線型。軌下基礎采用木岔枕。道岔設計允許通過速度:直向80 km/h 、側向25 km/h 。轉轍器采用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; 尖軌設置一根拉桿,拉桿動程為152 mm 。結合城鐵特點,尖軌跟端結構為間隔鐵與魚尾板聯結的活結頭,結構簡單,易于轉換。基本軌采用臺板在內側扣壓,外側由可調軌撐扣壓,牢固可靠,可調性強。轍跟設轍跟大墊板,由轍跟內、外軌撐扣壓。轍叉采用固定型高錳鋼整鑄式轍叉,轍叉下設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。轍叉及護軌部位的岔枕垂直于轍叉角平分線。道岔不設軌底坡,道岔前后設順坡墊板,便于與設軌底坡的線路或道岔連接。道岔導曲線及其前后部位采用彈性分開式DT Ⅵ1 型可調扣件。設置彈性墊層: 鋼軌及高錳鋼轍叉下設10 mm 厚橡膠墊板,滑床墊板下設5 mm 厚橡膠墊板,其它墊板下設5 mm 厚塑料墊片。護軌采用“H”型分開式護軌, 用43 kg/m 鋼軌制造,護軌頂面高出基本軌12 mm 。道岔按軌道電路設計,采用普通絕緣接頭,絕緣接頭設在側股。鋼軌件均進行軌頭頂面全長淬火。道岔左右開對稱制造和鋪設。
3 　產品的試制及加工簡介
3.1 　試制生產依據
(1) 試制生產用設計圖: ① 城軌222 　50 kg/m 鋼軌7 號單開道岔; ②CT12CT5 　道岔通用件。
(2) 采用、引用的技術條件或標準: ① 公司內控制標準《標準軌距鐵路道岔制造技術條件》; ②TB412 《標準軌距鐵路道岔技術條件》; ③TB/T1779 　《道岔鋼軌件表面淬火技術條件》; ④TB/T447 　《高錳鋼轍叉技術條件》; ⑤ 產品施工圖中指明的技術條件或標準。
(3) 質量控制標準: ①QB/BQZ001 依據GB/ T19000 —ISO9000 《質量管理和質量保證系列標準》的要求編制的質量手冊; ②QB/BQZ4C～4305 、6301～6601 控制產品生產、服務全過程各個要素的程序文件; ③ 工件自檢、互檢、專檢三級檢驗制度; ④ 產品質量跟蹤的可追溯性方法。
3.2 　試制生產的技術準備
(1) 結合公司的生產實際和工藝設備情況,對產品的設計圖紙進行工藝性審查。
(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、通用件明細表、外購件明細表、委外(外協) 件明細表、機械加工工藝過程卡片、主要零件加工工序卡片、轉轍器組裝工序卡片、材料消耗定額明細表、鍛造工藝卡片、熱處理工藝卡片、焊接工藝卡片、高錳鋼轍叉機加工工藝過程卡等。
(3) 原材料準備: 原材料進廠后,在嚴格按標準進行全面復驗的基礎上,精心挑選,采用優質材料。

3.3 　主要零( 部) 件的加工制造
嚴格按照該道岔制造標準的要求,對其主要零部件的機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 　鋼軌件的機加工
依照TB/T1779 《道岔鋼軌件表面淬火技術條件》, 對鋼軌件均進行淬火處理,使所有的工作部位表面硬度均達到HR298～370 , 淬火形狀為帽型,淬火層深度超過8 mm , 且采取逐根檢驗。淬火后矯正鋼軌的淬火變形。
傳統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,反復頂彎易形成尖軌區應力集中,且刨床加工易在加工面上留下不可避免的微裂紋。“折線形” 尖軌在列車運行中易加劇列車的橫向沖擊,加大橫向磨耗,降低旅客舒適度,易產生新的應力集中,“ 折線形”和“應力集中”直接影響尖軌的使用壽命。
北京城鐵道岔鋼軌件均采用數控銑床一次加工完成。尖軌加工時使用數控銑床,取代了傳統的刨床加工,消除了刨床加工帶來得弊病。尖軌在外觀、質量等方面都有很大的改觀。
尖軌在數控加工時采取多點控制,使加工面的線形最大限度地符合理論值。采用數控銑不用頂彎,可以直接用圓弧插補銑出線形,保證加工的線形在理論上符合設計。尖軌的成型面是用成型刀來保證的,因此絕對可保證設計尺寸。
基本軌頂彎時,采用樣板頂彎,平臺測量,保證每根鋼軌的線形都符合設計要求。對滑床板、護軌墊板等臺板、墊板鐵座等的焊接, 增大了焊縫尺寸,有效地控制了臺板、鐵座焊縫的開裂。設計了焊接樣板1 套,用于墊板的鐵座、臺板等定位,有效地保證了墊板的尺寸。
3.3.2 　轍跟墊板的制造傳統的轍跟墊板制造是將轍跟墊板的擋條依照設計圖紙直接焊好后進行組裝。轍跟墊板連接間隔鐵、尖軌、基本軌及內、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、外軌撐間存在很大的間隙,從而導致轍叉跟部的橫向力只能由軌撐螺栓的剪力來抵抗,擋條未起到傳遞橫向力的作用,達不到設計目的。因此,我們將轍跟部位進行組裝,轍跟墊板的擋條在組裝完成后進行配焊,使擋條起到了應有的作用。
轍叉采用細晶粒預硬化高錳鋼整鑄式,進行六部位機加工,即對轍叉翼軌和心軌軌頂面及工作邊側面、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行表面機加工。設計了1 套轍叉機加工測量樣板,用于加工檢驗。對間隔鐵、鐵座、軌撐等鑄鐵、鑄鋼件,采用精密鑄造工藝,配合各部位進行機加工。尺寸精度高,表面質量好。
3.4 　組裝及試輔
尖軌、基本軌加工后,進行試組裝程序,以保證兩者之間的密貼達到要求。為了驗證道岔各部尺寸及配合,對首組試制的50 kg/m 鋼軌7 號單開道岔進行了廠內試鋪。試輔時,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。整組道岔的鋪設表明,各零、部件之間安裝、配合合理,符合圖紙的設計要求和技術文件要求。
3.5 　產品及零部件的標識標記及防腐防銹
工整清晰的標記可為道岔鋪設、養護維修提供方便。我們在軌腰噴印軌件名稱、長度、公司標記,在所有墊板件直股一側上表面壓制部件名稱及件號,在所有鑄鐵、鑄鋼件零件的上表面鑄出零件代號或外形尺寸。為延長道岔使用壽命和美觀,所有的零部件均進行了防腐防銹的涂裝保護。
3.6 　審查驗收
2002 年10 月18 日,有關專家對中鐵寶橋股份有限公司生產的首組50 kg/m 鋼軌7 號單開道岔進行了廠內試制試鋪的驗收,驗收意見如下:
(1) 該道岔在設計中吸收了其它道岔的優點,結構設計合理,能滿足城鐵使用要求。
(2) 試鋪道岔各部尺寸符合設計圖紙要求。
(3) 50 kgΠm 鋼軌7 號單開道岔廠內試鋪驗收合格,可批量生產。
(4) 確保道岔質量,提供優質產品,做好產品售后服務。

4 　設計及制造工藝的優點
與其它地鐵道岔相比,50 kgΠm 鋼軌7 號單開道岔有以下優點:
(1) 增設了軌下和轍叉下橡膠墊板,合理調整了不同部位軌下和板下橡膠墊板剛度,使其在整個道岔范圍內彈性趨于一致,提高了旅客舒適度。
(2) 采用彈性分開式扣件和可調軌撐,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,且在動載作用下扣件扣壓力損失較小,道岔穩定性好,使用壽命長。
(3) 成功地利用提速道岔的設計及制造經驗。半割線形曲線尖軌采用50 矮型特種斷面軌制造并設藏尖段,用數控銑床一次加工成型。降低了列車運行對尖軌的橫向沖擊力和側向磨耗,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,使轍跟結構受力更趨合理。
(5) 改“七五型間隔鐵式護軌為“H”型分開式護軌,采用43 kg/m 鋼軌制造, 護軌頂面高出基本軌12 mm ,結構簡單,便于調整查照和護背距離,利于現場維護和管理。
(6) 鋼軌件均進行軌頭頂面全長淬火,延長了道岔使用壽命。
(7) 轍叉采用中鐵寶橋成熟的高新技術 細晶粒預硬化高錳鋼整鑄式轍叉。新技術的應用使轍叉在本質上上了一個新臺階,使用壽命超過“七五型轍叉1 倍以上。
(8) 轍叉及護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、護軌墊板均不分左右開,便于加工制造和現場鋪設,便于儲料管理和現場互換。
(9) 道岔設計和制造中的環境污染控制符合有關規定要求。
(10) 結合城鐵特點,以最經濟求得了最好的效果。
實踐證明,北京城鐵13 號線50 kg/m 鋼軌7 號單開道岔結構合理、安全可靠、強度高、穩定性好,便于現場管理和維護,與以前同類道岔相比,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力量強、管理制度完善、設備精良,道岔的制造工藝合理可行、工裝夾具齊全、加工精細、標記工整清晰,售后服務到位,生產的道岔在國內外受到一致好評。