浅析客专 18#道岔尖轨位移不足病害整治

浅析客专 18#道岔尖轨位移不足病害整治

周天宽

中国铁路武汉铁路局集团有限公司襄阳工务段，湖北武汉 430070

摘 要：道岔是轨道结构中薄弱环节，尖轨是道岔的重要组成部分，尖轨位移不足对列车的安全性、稳定性、舒适度产生严重的影响。道岔检查依靠拨动钢轨使尖基轨密贴来获取真实数据，依靠列车高速挤压使尖基轨密贴来恢复几何线型。通过对尖轨位移不足产生的原因分析，现场试验和病害整治，探索解决尖轨位移不足病害整治的有效方法，为高速铁路日常的养护提供参考。

关键词：高速道岔；位移不足；辊轮；顶铁；尖轨，滑床板

1 引言

道岔是高速铁路轨道设备中重要组成部分，因高速道岔尖轨普遍较长，牵引控制点个数有限，导致尖轨扳动后，尖轨后部实际位置无法达到设计位置，引起尖轨位移不足。现场检查依靠拨动钢轨使尖基轨密贴来获取真实数据，依靠列车高速挤压使尖基轨密贴来恢复设计几何线型。在列车高速运行时，车轮对尖轨产生撞击，会迫使车轮运行方向发生突变，导致列车过岔时动力响应过大，产生动态不平顺，影响列车过岔时的安全性、稳定性、舒适度，特别会对道岔尖轨锁闭钩的力学特性产生破坏性影响。因此，有必要对道岔尖轨位移不足进行研究，分析尖轨位移影响因素，探索尖轨位移解决方案。

2 基本情况

武西高铁在轨道工程建设初期，施工单位及介入组成员通过大量努力工作未能解决尖轨位移不足问题，使尖轨位移不足问题遗留现场。自2019年11月29日武西高铁开通，尖轨位移不足问题所带来的设备隐患较为明显，在自然状态下，部分道岔顶铁离缝达7mm，轨距-6mm。

2.1 现场情况

举例：随州南站13组客专系列18#道岔（图号（07）009、GLC（07）02）转辙部分经检查发现：

工务设备：直基本股方向、框架尺寸、联结零件等状态良好；自然状态下，4-6#辊轮部分受力、直股22-34#枕部分轨距偏小、曲股22-34#枕全部偏小、31-34#枕滑床板磨阻现象严重；拨动钢轨后，直曲股轨距正常、1-11#顶铁支距正常、辊轮状态正常。

电务设备：自然状态下，直、曲股三动连接杆处尖基轨部分不密贴；拨动钢轨后，直、曲股第三动程连接杆中心尖基轨少量不密贴。

2.2 历史整治情况

2020年3月16日，经工电联合整治，随州南站内11#岔曲尖轨由自然状态下顶铁离缝最大6.2mm、最小轨距-5.8mm调整至顶铁离缝最大3.9mm、最小轨距-3mm，第三动程连接杆中心处，尖基轨密贴，第6#辊轮受力，31-34#枕滑床板磨阻。

工务主要整治内容：35#-40#枕轨距改道，调整至设计位置，并对框架结构、几何尺寸等全面检查整治。

电务主要整治内容：调整第三动程转辙机压力，消除尖基离缝。

2.3 经验积累情况

通过多次现场整治试验，顶铁离缝及小轨距与最初状态有所改进，尖轨位移不足整治取得了一定的效果，但效果未达到目标值。

现场试验表明：电务设备加大转换力，调整工务设备框架结构、几何尺寸达到设计位置，对消除尖轨位移不足有一定作用，调整后如何处理辊轮受力及滑床板磨阻，是解决问题的关键。

3 病害原因分析

根据相关研究结论：尖轨位移不足一定与转换方式及位置、转换力、摩擦力、反作用力及反变形等因素有关。尖轨扳动过程中，摩擦力越大，尖轨位移不足越大，成线性递增关系，尖轨位移不足的主要原因为滑床板的摩擦力。

假设工务设备框架结构、几何尺寸正常，电务设备转换力正常、转换方式及位置不可更改，对尖轨位移不足展开分析。

3.1 摩擦力

为了减少摩擦力的传统方法是对滑床板进行涂油，但是高速道岔为了克服油脂对滑床板所造成的缺陷，在转辙部分设计了辊轮。其工作原理是在尖轨扳动的力是影响尖轨位过程中，由辊轮将尖轨顶起，使尖轨在滚轮上滑动，从而使滑动摩擦转换为滚动摩擦，能够达到减小摩擦及和尖轨位移不足的目的。

客专18#道岔1-6#辊轮的高度安装标准为：高于滑床板顶面1-3mm。在转辙部分扳动过程中，现有3mm安装高度不能将尖轨完全顶起，31-34#枕滑床板摩擦阻力依然较大，因此判定滑床板与尖轨的摩擦阻力是尖轨位移不足的主要原因。

3.2 辊轮

根据相关研究表明，辊轮与尖轨位移不足的关系曲线如下所示：

通过数据显示，在高速道岔设计过程中，设置辊轮与不设辊轮的方案对比，设置辊轮的道岔比不设辊轮道岔尖轨位移不足明显减小，因此设置辊轮是解决尖轨位移不足的有效方案，辊轮的高低及位置的调整是解决道岔尖轨位移不足的主要手段。

3.3 作用力与反作用力

客专18#道岔以（07）009为例，尖轨为相离半切线型，采用21.45m长的60D40弹性可弯尖轨，仅尖轨跟端35-39#枕采用分开式Ⅱ型弹条扣件，其余部分未采用。

道岔在定反位扳动的过程中，因弹性可弯部存在变形能量释放，形成作用力与反作用力，可促使尖轨回到初始设计位置。但是经过长时间的来回扳动下，尖轨弹性可弯部可能会出现弹性疲劳，无法克服滑床板摩擦阻力，导致尖轨位移不足。

因 此，适当的通过轨距调整钢轨扭曲状态，人为给弹性可弯部增加一种作用力与反作用力，是克服滑床板摩擦阻力，消除尖轨位移不足的有效辅助方法。其原理如下图所示：

利用杠杆原理，将尖轨35-38#枕轨距向基本轨方向改道，扩大35#枕轨距形成支点，将36-40#枕轨距向线路中心方向改道减小轨距，使尖轨跟端受力，形成反作用力于弹性可弯部分，变形能量释放促使弹性可弯部迅速恢复至设计位置。

4 整治方案

4.1 总体方案

工电联合对尖轨位移不足道岔展开整治，通过调整辊轮的位置及高度，减小尖轨与滑床板的摩擦力；然后改正尖轨跟端轨距，形成反作用力于尖轨弹性可弯部，减小钢轨位移不足；最后对顶铁离缝进行调整。

工务整治项目：直基股方向、框架尺寸、尖轨跟端轨距，顶铁调整。

电务整治项目：尖基轨的密贴，辊轮调整。

4.2 具体整治步骤

4.2.1 利用10m弦对直基本股方向进行检查，保证转辙部分直基本股方向良好。

4.2.2 对道岔框架尺寸进行检查，将转辙部分框架调整至设计位置。

4.2.3 自然状态下，检查1-11#顶铁中心处两工作边的距离，及顶铁离缝，并对22-40#枕轨距进行检查，对调整量进行预判。

4.2.4 拨动钢轨，检查辊轮状态，从6#辊轮向1#辊轮顺序对辊轮进行调整。经过现场多次试验，将1#、2#、3#辊轮高度调整至设计标准值（设计标准范围内无需调整），第4辊轮调整至45°斜插0.5mm，高度2mm，第5辊轮调整至45°斜插0.5mm，高度2.5mm，第6辊轮调整至45°斜插0.5mm，高度3mm。（结合现场实际情况，1-3#辊轮不变，4-6#辊轮高度逐渐递增至3.5mm，具体调整量可根据实际确定）。最终将弹性可弯部分轨底与滑床板摩擦阻力控制在最佳范围之内。

4.2.5 若改变辊轮位置及高度不能消除位移不足，则需对尖轨35-40#枕轨距进行改道，形成反作用力于弹性可弯部，消除尖轨位移不足。

先将尖轨35#枕轨距向基本轨方向改道至0.5mm，然后将尖轨36-40#枕向线路中心方向改道至-0.5mm，36-40#枕轨距应满足递增率，轨距大小可根据现场实际调整，但应满足作业验收范围内，一般情况下1mm变化量已满足现场作业要求。

4.2.6 来回扳动道岔，检查尖轨状态，特别对对顶铁进行检查，通过对顶铁调整，达到尖轨位移不足整治效果。

4.2.7 工务整治完毕后，由电务部门对道岔进行调试，确保道岔各项性能指标良好。

4.3 注意事项

在整治后，加强对顶铁离缝及22-34#枕轨距质量回检。当轨距满足要求，顶铁仍有离缝时，现场及时对顶铁进行加片处理；当个别顶铁顶死，造成尖轨位移不足时，需对顶铁进行减片或打磨处理。

在整治过程中，联合电务部门对尖基轨不密贴进行同步处理。

5 整治效果

2020年4月，襄阳工务段在武西高速随州南站对13组客专18#道岔（含（07）009及GLC（07）02）进行尖轨位移不足试点整治，取得了显著效果。在自然状态下，消除了尖轨位移不足，使顶铁离缝小于1mm，无小轨距。

随后，襄阳工务段组织随州南高铁车间开展尖轨位移不足专项整治活动，尖轨位移不足整治方法在随州南高铁车间全面推广，先后对五座车站，共计54组客专18#道岔进行整治，消除了尖轨位移不足。

6 结论和建议

针对客专18#道岔尖轨位移不足问题，在工电设备正常时，通过“先辊轮、后轨距、再顶铁”三步走，能有效解决。随后工电联合对转辙设备进行优化调试，使道岔转辙部分达到一个最佳状态。满足运营时道岔尖轨部分安全性、稳定性、舒适度的要求，解决了列车高速撞击尖轨可能使锁闭钩造成力学破坏的问题。

在对道岔尖轨位移整治过程中，辊轮高度调整可能会稍高于安装标准，但辊轮高度的增加在解决道岔尖轨位移不足，减小尖轨与滑床板间摩擦阻力的实际效果非常显著。随州南高铁车间经过大量现场实践未发现其他不良影响。

高温所导致钢轨伸缩位移及内应力的变化，可能会对尖轨位移不足产生其他方面未知影响，随着气温升高，随州南高铁车间在对所完成的54组客专系列道岔观测中，未发现其它异常。

经过时间论证，客专18#道岔尖轨位移不足病害整治方法可以作为客专系列道岔养护的参考。

参考文献:

1. 井 国庆,李成辉. 18号可动心轨道岔不足位移的ANSYS仿真分析[J].铁道建筑，April，2007: 108-110 .

2. 马欢,王成伟.道岔尖轨不足位移试验分析及控制[J].铁道技术监督，第45卷，第5期: 41-45.

3. 徐井芒,王平,陈嵘,徐浩.高速道岔转换锁闭结构力学特性[J].西南交通大学学报，第48卷，第4期: 702-707.

4. 王平,陈嵘,陈小平.高速道岔设计关键技术[J].西南交通大学学报，第45卷，第1期: 28-33.

5. 蔡小培,李成辉,王平.滑床板摩擦力对尖轨不足位移的影响[J].中国铁道科学，第28卷，第1期: 8-12.