合金鋼鍛造心軌組合轍叉的設(shè)計(jì)與改進(jìn)

1、160 mm 斷面左右采用高 強(qiáng) 度 、高 韌 性 合 金 鋼 材 制造 ,在 160 斷面后采用 60 kg/ m 鋼軌焊接 ,焊縫是鋼 軌斷面形狀 。此方案的優(yōu)點(diǎn)是焊縫為標(biāo)準(zhǔn)鋼軌斷面形狀 ,比較簡(jiǎn)單 ,可以用接觸焊工藝進(jìn)行焊接 ,焊接 質(zhì)量比較好 ,但是高強(qiáng)高韌合金鋼部分比較長(zhǎng) ,尾部 兩個(gè)鋼軌斷面形狀的部分成型加工困難 ,且需要購 買專用接觸焊機(jī) ,投資大 ,工藝復(fù)雜 。1 . 3 . 2 方案 b翼軌 采 用 60 kg/ m 鋼 軌 , 心 軌 從 理 論 尖 端 到80 mm 斷面左右采用高強(qiáng)度 、高韌性合金鋼材 ,在 80 斷面后采用 60 kg/ m 鋼軌 ,用焊接的方法連接心

2、軌 與叉跟軌 。此方案的優(yōu)點(diǎn)是高強(qiáng)高韌合金鋼部分比 較短 ,焊接心軌提高了轍叉的整體性 ,但是尾部?jī)蓚€(gè)鋼軌之間要采用其它方法進(jìn)行焊接 ,除了有橫向焊 縫外還有縱向焊縫 ,整個(gè)焊接工藝復(fù)雜 ,質(zhì)量比較難 以控制 ,投資大 。1 . 3 . 3 方案 c翼軌 采 用 60 kg/ m 鋼 軌 , 心 軌 從 理 論 尖 端 到100 mm 斷面左右采用高強(qiáng)度 、高韌性合金鋼材 , 在 此斷面后采用 60 kg/ m 鋼軌 ,采用斜接頭連接 ,通過 哈克聯(lián)結(jié)裝置凍結(jié)心軌與叉跟軌 ,提高了轍叉心軌 的整體性 。此方案的優(yōu)點(diǎn)是高強(qiáng)高韌合金鋼部分長(zhǎng) 度比較適中 ,其斷面形狀易鍛造 、機(jī)加工 ,整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

3、 ,凍結(jié)效果與焊接整體性相當(dāng) ,加工制造比較方 便 ,容易批量生產(chǎn) ,投資小 。1 . 3 . 4 三種方案各有利弊 ,根據(jù)工廠現(xiàn)有設(shè)備和技 術(shù)能力 ,經(jīng)過比選 , 最后決定采用方案 c 進(jìn)行結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 。1組合轍叉設(shè)計(jì)原則和結(jié)構(gòu)方案比選1 . 1組合轍叉設(shè)計(jì)原則克服既有轍叉的不足 ,滿足鐵路運(yùn)輸?shù)男枨?,在 保證轍叉性能 ,提高使用壽命的前提下 ,鋪設(shè) 、養(yǎng)護(hù) 維修操作應(yīng)與現(xiàn)有轍叉具有互換性 ,以減少換修成 本 。1 . 1 . 1轍叉能適應(yīng)直線速度客車 v 160 km/ h 及90 km/ h 通過的運(yùn)行條件 。25t 輪 重 貨 車v 1 . 1 . 2 轍叉使用壽命 > 2 億

4、 t 通過總重 。1 . 1 . 3 能與既有道岔整鑄型高錳鋼轍叉互換 ( 提 速道岔保持原有混凝土岔枕 ,轍叉趾 、跟端設(shè) 1 : 40軌底坡) 。鋪設(shè) 、養(yǎng)護(hù)維修操作程序簡(jiǎn)單 。1 . 1 . 4 能在跨區(qū)間無縫線路區(qū)段使用 ,適應(yīng)跨區(qū)間 無縫線路的鋪設(shè)條件 。1 . 2 設(shè)計(jì)主要技術(shù)措施1 . 2 . 1 心軌受力狀況最惡劣的部分 ,特別是 20 mm50 mm 斷面 ,采用高強(qiáng)度 、高韌性合金鋼材制造 ,以大幅度提高轍叉的使用壽命 。1 . 2 . 2 心軌與叉跟軌采用斜接頭連接 ,通過哈克聯(lián) 結(jié)裝置凍結(jié) ;采用全斷面間隔鐵通過防松螺栓與心 軌和翼軌凍結(jié)以提高轍叉的整體性 ,保證車輛過

5、岔速度 。1 . 2 . 3 轍叉的趾 、跟端與區(qū)間所使用的鋼軌相同 , 使轍叉與區(qū)間鋼軌有良好的可焊性 。焊接材料 、方 法及結(jié)構(gòu)均保證焊接工藝簡(jiǎn)單可行 。1 . 2 . 4 采用防松螺栓裝置 ,減少養(yǎng)護(hù)維修工作量 。1 . 3 設(shè)計(jì)方案比選1 . 3 . 1 方案 a2轍叉主要結(jié)構(gòu)特征合金鋼鍛造心軌組合轍叉的設(shè)計(jì)與改進(jìn)王建新張文寧(沈陽鐵路局薛家配件廠)提高了轍叉心軌的整體性 。無需大型接觸焊機(jī)設(shè)備 ,生產(chǎn)投資較低 ,制造比較簡(jiǎn)單 ,容易批量生產(chǎn) 。2 . 2 全斷面間隔鐵與心軌及翼軌通過哈克聯(lián)結(jié)裝 置或施必牢防松螺栓凍結(jié) , 加強(qiáng)了轍叉的整體性 , 減少養(yǎng)護(hù)維修工作量 。能否用于跨區(qū)間超

6、長(zhǎng)無縫線路 ,是轍叉適應(yīng)現(xiàn) 代鐵路運(yùn)輸要求與否的重要標(biāo)志 。為使轍叉能在無 縫線路溫度應(yīng)力狀態(tài)下正常工作 ,除轍叉的機(jī)械強(qiáng) 度須滿足要求外 ,還須控制其各部件間的相對(duì)位移 。 組合轍叉中存在心軌與翼軌 、心軌與叉跟軌之間產(chǎn)生相對(duì)位移的可能 。心軌和叉跟軌之間的相對(duì)位 移 、心軌和翼軌間的相對(duì)位移均通過哈克聯(lián)結(jié)裝置 凍結(jié)及其彈性扣件作用來解決 。2 . 3 固定轍叉存在軌距線不連續(xù)的有害空間 。由 于輪踏面有 1 :20 和 1 : 10 的斜度 ,在輪緣沿軌距線運(yùn)行的過程中 ,導(dǎo)致車輪重心降低 ,在心軌 20 mm 斷 面以后 ,車輪重心又重新升回與轍叉咽喉相同的高 度 ,形成豎向不平順 。逆

7、向過岔時(shí)造成對(duì)轍叉心軌的沖擊 ,順向過岔 時(shí)造成對(duì)轍叉翼軌的沖擊 。這種沖擊力是導(dǎo)致心軌或翼軌傷損的主要原因之一 。沖擊力大小隨不平順 深度 h 和運(yùn)行速度 v 的增加而增加 ,因此減小 h 值 是減小垂直沖擊力的有效途徑 。翼軌設(shè)置加高能減 小該不平順深度 ,各國在轍叉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)均設(shè)置心 、 翼軌相對(duì)高度差 ,高錳鋼轍叉設(shè)翼軌加高 ,鋼軌組合轍叉設(shè)翼軌堆焊加高 。標(biāo)準(zhǔn)踏面情況下 ,列車平穩(wěn) 通過轍叉翼軌和心軌時(shí)心軌寬 50 mm 斷面對(duì)應(yīng)的翼 軌加高 為 5 mm 。為 避 免 轍 叉 因 心 軌 傷 損 過 早 失 效 ,本轍叉采用設(shè)置翼軌加高 5 mm 方案 ,通過對(duì)鋼 軌垂直方向折彎獲

8、得高度差 。2 . 4 為保證組合轍叉能與既有線路道岔中的高錳 鋼轍叉互換 ,組合轍叉的主要平面尺寸與高錳鋼轍 叉相同 ,提速道岔轍叉趾端和跟端均設(shè) 1 : 40 軌底 坡 。轍叉鐵墊扳釘孔尺寸與既有道岔完全相同 ,更 換組合轍叉時(shí)不需要更換混凝土岔枕 。組合轍叉的左右開向通過更換轍叉墊板 ( 對(duì)稱 制造) 來實(shí)現(xiàn) ,轍叉其他的零部件均通用 。韌性好的特點(diǎn) 。組合轍叉心軌材料采用強(qiáng)度高 、韌性和硬度相匹配的特種耐磨合金鋼 ,該材料供貨狀 態(tài)的金相組織為奧 貝氏體 ,由四川工業(yè)學(xué)院研究 發(fā)明 ,已通過鐵道部技術(shù)鑒定 ,其主要化學(xué)成份和機(jī) 械性能見表 1 和表 2 。表 1主要化學(xué)成分表 2主要機(jī)

9、械性能( hrc)3 . 2 主要工藝特點(diǎn)3 . 2 . 1 心軌鍛造 、熱處理并探傷檢驗(yàn)合格后 ,應(yīng)用 智能振動(dòng)時(shí)效處理消除應(yīng)力采用特制的多功能回轉(zhuǎn)定位裝夾裝置和成型刀具 ,在普通龍門銑床上進(jìn)行 成型銑削加工 , 實(shí)現(xiàn)一次裝夾定位 , 完成多工序加 工 ,基準(zhǔn)保持不變 ,保證兩側(cè)工作邊與中心軸線對(duì)稱 度和全部尺寸精度 ,減少多次劃線 、多次裝夾找正工 序 ,效率成倍提高 。3 . 2 . 2 翼軌 、叉跟軌分別采用垂直折彎水平折彎和 扭轉(zhuǎn)等三維變形工藝 ,通過專用樣板檢測(cè)成型精度 , 并全長(zhǎng)噴風(fēng) - 淬火處理 ,鋼軌件綜合質(zhì)量性能高 ,與 心軌使用壽命匹配 ,從而提高組合轍叉整體壽命 。3

10、. 2 . 3 所有加工件主要斷面均采用精密檢驗(yàn)樣板檢測(cè)加工精度 ,提高組裝可靠性 。3 . 2 . 4 心軌和叉跟軌單件加工時(shí)軌頂面及工作側(cè) 面留余量 ,待兩者組合后整體加工軌頂坡 120 和工 作邊斜度 1 5 與 1 20 的過渡區(qū)域 ,確保其裝配精 度 ,消除了組裝中的錯(cuò)牙 ,減少輪軌沖擊動(dòng)力 。結(jié)論44 . 1 合金鋼鍛造心軌組合轍叉 ,是針對(duì)整鑄式高錳鋼轍叉在使用中失效的主要形態(tài)為裂紋 ,剝離掉塊 和壽命離散度大的情況而研制的 ,這種組合轍叉具有明顯特點(diǎn) 。4 . 1 . 5 可與同型號(hào)高錳鋼轍叉互換使用 。4 . 2 經(jīng)過一年多的試鋪考察 ,使用壽命已經(jīng)超過了1 億 t 通過總重

11、 ,垂直磨耗翼軌 2 mm ,心軌 1 . 3 mm , 顯示了高強(qiáng)度 、高耐磨的性能特點(diǎn) ,經(jīng)沈陽局科委鑒 定 ,使用壽命 2 億 t 以上通過總重 ,比整鑄高錳鋼轍3心軌材料及組合轍叉主要工藝特點(diǎn)3 . 1心軌材料延長(zhǎng)轍叉的使用壽命須同時(shí)改善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使 用新型材料 ,這種新型材料具有 高強(qiáng)度 、高硬度和叉成倍提高 。( 收稿日期 2004 - 01 - 05)機(jī)械性能b ( m pa)5 ( %)aku (j / cm2)硬度數(shù)值1 2408703842化學(xué)成分csimnpscrnimo數(shù)據(jù)0 . 280 . 351 . 62 . 01 . 52 . 00 . 0350 . 0251 . 11 .