孫國(guó)利

(朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，河北肅寧062350)

爆炸硬化組合轍叉在朔黃重載線上的應(yīng)用

孫國(guó)利

(朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，河北肅寧062350)

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，鐵路運(yùn)輸飛速發(fā)展，提速、重載給鐵路線路帶來(lái)了一系列問(wèn)題。隨著朔黃鐵路運(yùn)量的逐年增加，運(yùn)輸壓力越來(lái)越大，原有轍叉已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足鐵路重載的要求。2011年在朔黃鐵路黎明居車站3#，4#岔位試用60-12#整體式爆炸硬化轍叉，2012年在神池南車站2019#，2002#岔位試用75-12#爆炸硬化組合轍叉。本文闡述了爆炸硬化組合轍叉的構(gòu)造、技術(shù)特點(diǎn)、硬化工藝、養(yǎng)護(hù)維修措施，并對(duì)使用壽命及成本等進(jìn)行了分析。

爆炸硬化 組合轍叉 重載線路 應(yīng)用

1 高錳鋼爆炸硬化組合轍叉構(gòu)造及技術(shù)特點(diǎn)

1.1 構(gòu)造

高錳鋼組合轍叉由鋼軌翼軌、叉跟軌和錳鋼叉心拼裝構(gòu)成。以含部分翼軌的錳鋼叉心為核心，與標(biāo)準(zhǔn)鋼軌翼軌及標(biāo)準(zhǔn)鋼軌叉跟軌采用高強(qiáng)度螺栓副栓接拼裝，實(shí)現(xiàn)主要沖擊表面錳鋼化以及錳鋼表面預(yù)硬化。同時(shí)，轍叉趾跟端均采用標(biāo)準(zhǔn)鋼軌，便于實(shí)現(xiàn)與線路各種形式的連接(圖1)。

1.2 主要技術(shù)特點(diǎn)

1)采用帶翼軌的大錳鋼叉心設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)主要沖擊表面錳鋼化。

圖1 硬化組合轍叉構(gòu)造

2)間隔鐵與心軌為整體設(shè)計(jì)，提高了轍叉的穩(wěn)定性。

3)采用增加實(shí)體厚度設(shè)計(jì)，提高抗彎模量，增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4)采用翼軌軌底統(tǒng)一傳力設(shè)計(jì)，改善叉下基礎(chǔ)受力分布及水平螺栓受力狀況。

5)采用新型軌頂輪廓設(shè)計(jì)，改善輪軌關(guān)系，優(yōu)化受力分布，提高心軌使用壽命，減少養(yǎng)護(hù)維修工作量。

6)心軌跟端設(shè)計(jì)成燕尾式，并設(shè)置6根以上螺栓副，保證溫度力的傳遞，以適應(yīng)無(wú)縫線路。

7)叉跟軌設(shè)計(jì)成鎖尖結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)與心軌輪載轉(zhuǎn)移的平穩(wěn)過(guò)渡，保證列車運(yùn)行的平順性。

8)與其它類型組合轍叉相比，翼軌為立墻結(jié)構(gòu)，可有效抵抗垂向力，避免了鋼軌結(jié)構(gòu)軌頭偏載作用下形成的翼軌斷裂現(xiàn)象，保證了運(yùn)行安全。

9)錳鋼叉心采用深度硬化技術(shù)，提高了轍叉的使用壽命。

10)趾跟端采用與線路相同的普通鋼軌制造，可實(shí)現(xiàn)與線路的任何連接形式(有縫連接、無(wú)縫連接)。

11)實(shí)現(xiàn)與既有轍叉互換。

2 錳鋼轍叉爆炸硬化原理、工藝及特點(diǎn)

2.1 爆炸硬化原理

爆炸硬化是利用炸藥爆炸的瞬間產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊波對(duì)金屬?zèng)_擊，這種高密度的沖擊波在金屬中傳播，使金屬晶格發(fā)生扭曲，改變了金屬材料組織結(jié)構(gòu)，提高了金屬硬度，同時(shí)提高了金屬?gòu)?qiáng)度。

2.2 爆炸硬化工藝

高錳鋼轍叉表面爆炸硬化過(guò)程，主要分為轍叉表面質(zhì)量檢查、膠溶液配制、藥片裁剪及布藥、起爆、起重搬運(yùn)等幾個(gè)工序。爆炸硬化采用塑性炸藥，不受工件形狀的限制，硬化部位可靈活選擇;受力均勻，硬化深度也遠(yuǎn)高于其它硬化方式。爆炸硬化工藝操作簡(jiǎn)單、方便、易行。

2.3 爆炸硬化硬度梯度

爆炸硬化后轍叉表面硬度320 HB以上，硬化深度達(dá)到25 mm以上。自硬化表面到內(nèi)部，硬度呈梯度變化。

2.4 爆炸硬化特點(diǎn)

1)需要爆炸硬化的轍叉必然是內(nèi)在質(zhì)量良好的(高致密度)，否則難以抵抗預(yù)硬化時(shí)的高爆沖擊而無(wú)法實(shí)現(xiàn)爆炸硬化。

2)經(jīng)過(guò)爆炸硬化處理，轍叉表面硬度由原始狀態(tài)的不大于229 HB達(dá)到320 HB以上，深度可達(dá)25 mm以上，所形成的深度硬化層有助于轍叉抵抗預(yù)穩(wěn)定期間的磨損。

3)表面和機(jī)體硬度的提高，抑制了金屬的流動(dòng)，有效控制初期磨損，有助于抵抗肥邊的產(chǎn)生和撕裂掉塊現(xiàn)象的發(fā)生，減少轍叉非磨耗下道。

4)深度硬化層較厚，相當(dāng)于提高了機(jī)體的強(qiáng)度，可有效抑制自然沖擊硬化層薄，在反復(fù)作用下剝離掉塊的不足。

5)減少在線的焊補(bǔ)工作量，降低轍叉維護(hù)成本，并延長(zhǎng)此關(guān)鍵部位的使用壽命，從而大幅度地提高轍叉的使用壽命。

6)經(jīng)深度硬化后的錳叉機(jī)體仍保持奧氏體結(jié)構(gòu)，具有非常好的韌性，形成上硬下軟的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成材質(zhì)的良好匹配，可充分保證安全性。

7)經(jīng)深度硬化后的錳叉機(jī)體仍保持奧氏體結(jié)構(gòu)和良好的焊修性能，為在線焊修以提高使用壽命提供了可能。

8)對(duì)于肉眼難以觀察到的皮下缺陷和內(nèi)在缺陷將通過(guò)爆炸而顯露出來(lái)，使存在這些缺陷的工件可在形成產(chǎn)品前得到剔除或修復(fù)，因此經(jīng)過(guò)深度硬化的轍叉本體在內(nèi)在質(zhì)量上得到了良好的保證，降低了錳鋼本體鑄造質(zhì)量產(chǎn)生的離散型，從而提高了產(chǎn)品的實(shí)際價(jià)值。

3 朔黃鐵路爆炸硬化組合轍叉應(yīng)用

3.1 爆炸硬化組合轍叉使用情況

朔黃鐵路神池南站是國(guó)內(nèi)最大的貨運(yùn)編組站之一，是神華路網(wǎng)中重要的技術(shù)樞紐站，上行場(chǎng)重車線24股道，下行場(chǎng)空車線18股道，道岔486組。本次試鋪的2019#，2002#岔位為75-12#道岔，圖號(hào)SC559，轍叉為75-12#爆炸硬化組合式轍叉。上道時(shí)間為2012年9月28日至2014年8月20日，通過(guò)總重約2.5億t。目前狀態(tài)良好，預(yù)計(jì)通過(guò)總重可達(dá)3.5億t以上。

通過(guò)上道試驗(yàn)表明爆炸硬化轍叉與普通高錳鋼整鑄轍叉相比，其通過(guò)總重是普通高錳鋼轍叉的3倍以上，爆炸硬化組合式轍叉使用壽命可達(dá)3.5億t。養(yǎng)護(hù)維修的工作量基本相同，其性能的優(yōu)越性是值得肯定的。目前，朔黃鐵路已逐步擴(kuò)大爆炸硬化組合轍叉的使用。從已上線使用的結(jié)果看，效果良好(表1)。

表1 爆炸硬化轍叉與非爆炸硬化轍叉壽命周期內(nèi)通過(guò)運(yùn)量對(duì)比

3.2 爆炸硬化組合轍叉維修養(yǎng)護(hù)措施

3.2.1 轍叉鋪設(shè)、養(yǎng)護(hù)的相關(guān)記錄

轍叉鋪設(shè)就位后應(yīng)及時(shí)填寫使用記錄，注明轍叉品種規(guī)格、上道時(shí)間、岔位、轍叉鑄造序列號(hào)。

在使用過(guò)程中要及時(shí)記錄轍叉出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)間、現(xiàn)象、通過(guò)運(yùn)量、維修記錄，轍叉下道時(shí)間、下道原因、通過(guò)運(yùn)量及處理方式、結(jié)果等。

3.2.2 打磨肥邊

轍叉上道初期，車輪對(duì)轍叉工作邊圓弧碾壓可能形成肥邊，應(yīng)及時(shí)地打磨，減少裂紋源的形成機(jī)會(huì)，這是轍叉具有高壽命、大運(yùn)量的必不可少的維護(hù)手段。

因運(yùn)行條件不同，打磨的時(shí)間及間隔會(huì)有很大差異，原則上發(fā)現(xiàn)肥邊超過(guò)2 mm應(yīng)該對(duì)工作邊圓弧實(shí)施打磨(注意打磨時(shí)不要僅對(duì)肥邊突出軌距線部位進(jìn)行打磨，要注意交角圓弧的打磨)。打磨時(shí)應(yīng)清除肥邊，保持圓角(工作邊R13～R15 mm、翼軌R5～R8 mm)。保持較好的圓角可較大程度抑制肥邊的產(chǎn)生，減少裂紋、掉塊產(chǎn)生的幾率，同時(shí)初期較好圓弧的保持，可有效減少打磨次數(shù)。

運(yùn)行一定時(shí)期后，轍叉走行面會(huì)發(fā)生較大變化，此時(shí)應(yīng)注意輪軌關(guān)系的變化，特別是35 mm斷面以后在翼軌頂面會(huì)形成尖韌狀磨損，而這種磨損是不規(guī)則的，光帶越窄磨損程度越大，甚至出現(xiàn)表面破壞。為此應(yīng)對(duì)心軌35～55 mm斷面對(duì)應(yīng)位置的翼軌頂面進(jìn)行打磨，以優(yōu)化受力狀態(tài)、減少轍叉破壞。

3.2.3 對(duì)轍叉應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行搗固維護(hù)

提高、維護(hù)道床的堅(jiān)實(shí)度，是保證轍叉具有高壽命、大運(yùn)量的重要手段之一，對(duì)減輕轍叉沖擊、減少裂紋的發(fā)生具有重要作用。因此，鋪設(shè)時(shí)對(duì)轍叉范圍的岔枕應(yīng)搗固良好，道砟飽滿、密實(shí);鋪設(shè)初期要注意觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)狀態(tài)出現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)維護(hù);進(jìn)入穩(wěn)定期后要依據(jù)相應(yīng)的維護(hù)要求進(jìn)行正常維護(hù)。

除道床密實(shí)度外，還應(yīng)對(duì)轍叉鋪設(shè)方向的正確性、轍叉與前后線路的高低平順性等進(jìn)行觀測(cè)。這些狀態(tài)都對(duì)轍叉的正常使用影響較大，應(yīng)及時(shí)改進(jìn)，以利于高壽命的實(shí)現(xiàn)。

3.2.4 對(duì)轍叉質(zhì)量狀態(tài)應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)

加強(qiáng)(特別在初期)對(duì)轍叉的質(zhì)量狀態(tài)觀測(cè)，可及時(shí)獲得產(chǎn)品質(zhì)量信息，從而做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問(wèn)題，因?yàn)槌跗趩?wèn)題容易得到解決，利于轍叉使用壽命的提高。

3.2.5 補(bǔ)焊

對(duì)轍叉鋪設(shè)使用中出現(xiàn)的各類缺陷，應(yīng)依據(jù)相關(guān)規(guī)定，及時(shí)、有效地進(jìn)行焊修。根據(jù)美國(guó)同行的經(jīng)驗(yàn)，2億t以上的大運(yùn)量，是在對(duì)轍叉出現(xiàn)的可進(jìn)行施焊的缺陷進(jìn)行及時(shí)處理的基礎(chǔ)上獲得的。

4 成本分析

在單價(jià)方面，普通高錳鋼60-12#轍叉(專線4249) 23 000元，同型號(hào)爆炸硬化轍叉43 500元;普通高錳鋼75-12#轍叉(SC559)30 000元，同型號(hào)組合式爆炸硬化轍叉50 000元。但是爆炸硬化轍叉的使用壽命可達(dá)3億t，是同型號(hào)普通轍叉的3倍以上。朔黃鐵路全線道岔1 980組，其中75-12#單開道岔237組，60-12#單開道岔798組，以朔黃鐵路年運(yùn)量2.34億t計(jì)算，平均年更換普通高錳鋼轍叉75-12#600組，60-12#1 200組，而按比例更換組合式爆炸硬化轍叉75-12#200組，60-12#400組，僅購(gòu)買成本而言，組合式爆炸硬化轍叉每年可減少1 780萬(wàn)元以上。從長(zhǎng)期維修成本考慮，爆炸硬化轍叉成本費(fèi)用更低，可為朔黃線創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

爆炸硬化轍叉，尤其是組合式爆炸硬化轍叉，克服了普通高錳鋼轍叉心軌部分初始硬度低，易產(chǎn)生剝離掉塊及鑄造缺陷不易發(fā)現(xiàn)的缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高了使用壽命;加之強(qiáng)度高、韌性好、耐磨、不易產(chǎn)生裂紋等優(yōu)點(diǎn)，降低了維修養(yǎng)護(hù)的工作強(qiáng)度，同時(shí)還降低了維修費(fèi)用。爆炸硬化轍叉切實(shí)提高了線路設(shè)備質(zhì)量，保證了重載線路長(zhǎng)期穩(wěn)定的良好狀態(tài)，確保萬(wàn)噸運(yùn)輸通道安全平穩(wěn)運(yùn)行，值得推廣使用。

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(責(zé)任審編孟慶伶)

U213.6+2

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.02.31

1003-1995(2015)02-0112-03

2014-10-08;

2014-11-28

孫國(guó)利(1964—)，男，河北灤縣人，高級(jí)工程師。