地鐵道岔滑床板傷損原因分析及整治措施

地鐵道岔滑床板傷損原因分析及整治措施道岔是軌道交通的咽喉所在，折返道岔更是重中之重，而折返道岔病害中又以滑床板傷損較為突出。

針對(duì)滑床板現(xiàn)階段的病害分類(lèi)，通過(guò)受力分析深化討論，摸清導(dǎo)致病害產(chǎn)生的各種因素，從而對(duì)癥下藥專(zhuān)項(xiàng)整治消退此類(lèi)病害，以提高設(shè)備使用壽命和安全系數(shù)，本文以廣州地鐵五號(hào)線文沖折返道岔為例）。

一、滑床板傷損現(xiàn)狀調(diào)查分析五號(hào)線于2023年底開(kāi)通，2023年之前滑床板傷損僅以零星發(fā)生不具代表性，從2023年開(kāi)頭文沖道岔滑床板傷損故障率呈直線上升趨勢(shì)且有規(guī)律分布，究其緣由首先與五號(hào)線運(yùn)營(yíng)已達(dá)8年之久有關(guān)，各關(guān)鍵道岔列車(chē)通過(guò)車(chē)次已累計(jì)達(dá)42萬(wàn)車(chē)次處于道岔中修期，其次與線路設(shè)備養(yǎng)護(hù)不良、五號(hào)線新型列車(chē)上線使用等因素有關(guān)。

1、常見(jiàn)滑床板傷損分類(lèi)經(jīng)對(duì)文沖折返道岔滑床板傷損跟蹤調(diào)查，并收集近3年的滑床板病害更換記錄，統(tǒng)計(jì)滑床板病害主要類(lèi)型如下：（1）滑床板底板中部斷裂(或裂紋)；（2）滑床臺(tái)焊縫脫焊(或裂紋)；（3）滑床板彈片中部斷裂。

統(tǒng)計(jì)各類(lèi)型滑床板傷損數(shù)量，可發(fā)覺(jué)滑床板底板斷裂(或裂紋)占比重較大達(dá)78%，滑床臺(tái)脫焊(或裂紋)占比重13%，滑床板彈片斷裂占比重9%。

可見(jiàn)在幾種常見(jiàn)病害中又以滑床板底板斷裂(或裂紋)病害最為突出。

其它滑床板傷損如滑床臺(tái)面劃痕，此類(lèi)病害與尖軌軌底不平有毛刺及運(yùn)營(yíng)期間異物掉落有關(guān)，整改以打磨為主。

2、傷損滑床板位置分布（1）傷損滑床板主要分布在道岔曲尖軌一側(cè)，列車(chē)通過(guò)時(shí)滑床板除受豎向荷載外還受離心力產(chǎn)生的橫向荷載，受力簡(jiǎn)單。

（2）文沖折返道岔均采納9號(hào)道岔，9號(hào)道岔直曲各有16塊滑床板，傷損滑床板主要分布在第7-16塊間(不包含第7塊滑床板)，而前7塊滑床板則很少發(fā)生類(lèi)似病害。

尖軌頂寬50mm處正好對(duì)應(yīng)第7塊滑床板，而尖軌頂寬50nm后將承受列車(chē)全部荷載，滑床板受力明顯增加，現(xiàn)場(chǎng)滑床板傷損分布與滑床板受力狀況基本全都。

3、現(xiàn)有道岔使用頻率與滑床板傷損的關(guān)系因列車(chē)折返模式的不同，同一岔群的不同道岔使用頻次各不相同。

使用頻率高的道岔，滑床板的疲憊傷損也相應(yīng)較高，使用壽命較短，使用頻率低的道岔則相反。

從文沖折返道岔的折返模式看(紅色虛線及箭頭為列車(chē)折返走行線路)使用頻率主要集中在W2415、W2407、W2405、W2411、W2413五組道岔，且列車(chē)均通過(guò)曲尖軌，而滑床板傷損則與道岔使用頻率分布及曲生軌晉力分布全都。

圖1文沖折返道岔示意圖

4、整體道床與碎石道床滑床板傷損區(qū)分五號(hào)線魚(yú)珠車(chē)輛段采納碎石道床鋪設(shè)，全廠共計(jì)鋪設(shè)63組道岔，未發(fā)覺(jué)一例滑床板斷裂(或裂紋)、脫焊現(xiàn)象，而正線僅文沖折返道岔即發(fā)覺(jué)23處，由此可見(jiàn)整體道床與碎石道床線路差異較大，鋪設(shè)于整體道床的滑床板斷裂或脫焊概率大的多，根本緣由在于兩種道床的剛度明顯不同，碎石道床列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)滑床板受力可以通過(guò)軌枕傳遞給碎石道床卸載，而整體道床只能通過(guò)滑床板下大膠墊以及基本軌軌下膠墊進(jìn)行緩沖，效果明顯不同。

二、滑床板傷損受力分析滑床板傷損與其使用過(guò)程中的簡(jiǎn)單受力狀況關(guān)系親密，滑床板受力發(fā)生變形會(huì)產(chǎn)生肯定的變形量，當(dāng)變形量超過(guò)滑床板自身的彈性變形量時(shí)則發(fā)生斷裂，當(dāng)滑床臺(tái)焊縫強(qiáng)度低于底板受力變形產(chǎn)生的反抗力時(shí)則發(fā)生脫焊。

本文以曲尖軌頂寬50mm處(即曲尖軌開(kāi)頭完全受力，基本軌不在直接受力時(shí))之后的滑床板受力狀況為討論模型，以列車(chē)通過(guò)時(shí)的受力為抱負(fù)受力狀態(tài)，從影響滑床板病害的各項(xiàng)受力因素考慮，討論導(dǎo)致滑床板傷損的緣由。

1、正常狀態(tài)下，滑床板整體受力狀況分析當(dāng)列車(chē)經(jīng)過(guò)曲尖軌時(shí)，滑床板主要受力狀況為：列車(chē)經(jīng)過(guò)曲尖軌時(shí)因離心作用給直基本軌一個(gè)橫向作用力F1,直基本軌為反抗側(cè)傾分別對(duì)滑床板底板和滑床臺(tái)舌尖產(chǎn)生兩個(gè)力F2、F3，列車(chē)因自重通過(guò)尖軌對(duì)滑床板產(chǎn)生豎向荷載F4，滑床臺(tái)與底板的焊縫的粘著力F5，以及滑床板下大膠墊對(duì)滑床板的支撐力F0，(設(shè)備自身重力相對(duì)于列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生的作用力可忽視不計(jì))如下圖示：圖2滑床板受力分析圖

2、滑床臺(tái)脫焊受力分析(力矩分析法)力矩；力和力臂的乘積叫做力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的力矩，即M=P*L。

式中M是力P對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸0的力矩，凡是使物體產(chǎn)生反時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)效果的，定為正力矩，反之為負(fù)力矩。

依據(jù)圖2分析滑床臺(tái)脫焊受力，滑床臺(tái)以0點(diǎn)為支點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)力矩平衡，即F3*(11+12)=F5*12。

當(dāng)F3產(chǎn)生的扳動(dòng)力矩(負(fù)力矩)大于焊縫焊接強(qiáng)度也即滑床臺(tái)與底板焊縫的粘著力的反抗力矩(正力矩)(F5*12)時(shí)，滑床臺(tái)會(huì)脫焊破壞。

依據(jù)以往滑床臺(tái)脫焊后的焊縫新舊程度，可推斷滑床臺(tái)均非一次性脆性脫焊，推斷為經(jīng)過(guò)列車(chē)的反復(fù)作用后，焊縫裂紋逐步進(jìn)展成全面脫焊，期間F5大小漸漸降低，力臂12逐步減小，如無(wú)尖軌直接作用于滑床臺(tái)表面則會(huì)發(fā)生全面脫焊及掀蓋狀況發(fā)生。

另外，滑床臺(tái)脫焊與焊縫的焊接質(zhì)量不良也有直接關(guān)系。

當(dāng)基本軌軌底與滑床臺(tái)槽邊有縫，即圖2示11的距離，11值越大則力矩F3*(11+12)越大，12為定值則相應(yīng)的F5數(shù)值越大，F(xiàn)5越接近滑床臺(tái)與底板焊縫粘著力極限時(shí)則發(fā)生脫焊的概率越高，對(duì)滑床臺(tái)的焊縫破壞也越大，故基本軌軌底與滑床臺(tái)槽邊縫隙值11越大則滑床臺(tái)更簡(jiǎn)單脫焊。

3、滑床板底板斷裂(或裂紋)分析由滑床板整體受力分析知，滑床板底板受力主要有列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)的豎向荷載F4和基本軌因反抗側(cè)傾的壓力F2，以及滑床板下大膠墊a對(duì)底板的支撐力F0。

底板斷裂(或裂紋)除受列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)外力影響外，也與底板下大膠墊及調(diào)高墊片的不當(dāng)使用有關(guān)。

（1）底板膠墊或墊片過(guò)厚導(dǎo)致的底板斷裂(或裂紋)底板下鋪設(shè)12mm的大膠墊，當(dāng)?shù)装鍍啥说啬_螺栓扭矩較大時(shí)(超過(guò)120Nm)，大膠墊將給底板一個(gè)向上的作用力，而底板上表面則形成拉應(yīng)力，螺栓扭矩越大，大膠墊(或墊片)越厚，底板上表面拉應(yīng)力越大。

當(dāng)有列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)底板受列車(chē)的豎向荷載在底板上表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，如此將造成在過(guò)車(chē)和不過(guò)車(chē)時(shí)上表面處于拉應(yīng)力-壓應(yīng)力的循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)。

如下圖：圖3滑床板下膠墊受力分析圖

以上狀況當(dāng)?shù)装迳媳砻娴睦瓚?yīng)力過(guò)大，突然承受列車(chē)豎向荷載時(shí)簡(jiǎn)單發(fā)生脆性斷裂，即使上表面拉應(yīng)力不足以導(dǎo)致底板脆性斷裂，當(dāng)經(jīng)列車(chē)循環(huán)經(jīng)過(guò)易在底板中部發(fā)生疲憊傷損產(chǎn)生裂紋，從而導(dǎo)致斷裂發(fā)生。

（2）底板下空吊或側(cè)吊導(dǎo)致的底板斷裂(或裂紋)底板空吊主要與大膠墊變形有關(guān)，側(cè)吊與底板下墊片使用不勻稱(chēng)有關(guān)。

空吊狀況下：列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)底板受豎向力向下產(chǎn)生肯定的形變量，底板上表面承受壓應(yīng)力，底板下方空隙值越大，底板形變量則越大，因此當(dāng)?shù)装遄冃纬^(guò)自身?yè)隙葧r(shí)即發(fā)生斷裂或裂紋，當(dāng)?shù)装遄冃瘟啃∮诘装遄陨頁(yè)隙?，在列?chē)循環(huán)經(jīng)過(guò)時(shí)底板中部也易發(fā)生疲憊傷損而產(chǎn)生裂紋，進(jìn)一步導(dǎo)致斷裂。

側(cè)吊狀況下：側(cè)吊主要是為消退軌底空吊而在大膠墊下不當(dāng)?shù)氖褂昧瞬糠指袘?yīng)板墊片或其他墊片，導(dǎo)致滑床板下單側(cè)密貼另一側(cè)懸空的狀態(tài)，在列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)易在大膠墊下密貼處形成剪力點(diǎn)，滑床板底板受剪力破壞導(dǎo)致裂紋或斷裂。

4、其他受力因素對(duì)滑床板傷損影響鋼軌波磨對(duì)滑床板受力的影響小半徑曲線易形成波磨，道岔側(cè)向過(guò)岔時(shí)即為一段小半徑曲線。

以文沖站折返道岔為例，因道岔距站臺(tái)較近，列車(chē)在折返岔群進(jìn)行折返時(shí)會(huì)在道岔區(qū)域完成加速-減速為零-加速的折返模式，簡(jiǎn)單的受力狀況，造成折返道岔曲尖軌、導(dǎo)曲線等部位波磨較為嚴(yán)峻，而鋼軌波磨又加劇了尖軌受力的簡(jiǎn)單性。

如鋼軌波磨嚴(yán)峻時(shí)，鋼軌表面不平順，輪軌作用力急劇增加，特殊是輪對(duì)經(jīng)過(guò)波峰時(shí)沖擊力達(dá)到最大值，而列車(chē)經(jīng)過(guò)波谷時(shí)受力減小，滑床板頻繁承受尖軌傳遞的高頻振動(dòng)力，除簡(jiǎn)單造成疲憊傷損外，也會(huì)造成滑床板瞬間受力超過(guò)其最大變形撓度而發(fā)生斷裂。

三、措施經(jīng)以上滑床板外在受力影響因素及內(nèi)在斷裂緣由的分析，整治滑床板病害可從以下幾方面逐步綻開(kāi)：1、將既有滑床板逐步更換為強(qiáng)度更高的鋼制型，規(guī)范滑床板構(gòu)造工藝，避開(kāi)因制造工藝導(dǎo)致滑床板產(chǎn)生的應(yīng)力集中。

2、將滑床板下大膠墊更換為高強(qiáng)度、高彈性的膠墊，規(guī)范滑床板下大膠墊的使用規(guī)格，嚴(yán)禁使用厚度不勻稱(chēng)不合格的大膠墊，準(zhǔn)時(shí)更換變形的大膠墊。

3、對(duì)道岔區(qū)域的曲尖軌、導(dǎo)曲線、轍叉心鋼軌波磨準(zhǔn)時(shí)打磨，消退高頻振動(dòng)力突然施加在滑床板上的瞬間高強(qiáng)荷載。

4、定期對(duì)滑床板面高程進(jìn)行測(cè)量分析，準(zhǔn)時(shí)整治不在同一平面的滑床板，確保道岔全部滑床板均在同一平面。

5、消退基本軌軌底與滑床臺(tái)槽邊的縫隙，減小過(guò)車(chē)時(shí)基本軌對(duì)滑床臺(tái)的扳動(dòng)力。

6、定期調(diào)整折返線折返模式，使各組道岔