上海地铁2号线道岔尖轨侧弯病害原因与整治

1 道岔概况

道岔是机车车辆从一股道转入或越过另一股道时使用的线路设备, 是线路轨道设备的重要组成部分, 是地铁运输生产的重要基础设施, 也是行车安全的关键部位。

道岔尖轨经刨切后断面削弱, 且只有连接杆和跟端结构将其连接组成框架, 在其全长范围内没有扣件将其固定在岔枕上, 加上尖轨高于基本轨, 从尖轨尖端起到导曲线终点止, 轨距、方向和高度变化迅速, 轨距、水平递减率大, 列车通过时对道岔的横向和纵向冲击力大于普通线路; 再加上道岔尖轨在电动转辙机的作用下, 由一个位置向另一个位置转换, 直至与基本轨密贴的过程中, 受力复杂。以上几个原因导致道岔尖轨成为道岔中最薄弱的环节, 其中尖轨侧弯就是其典型的病害。

上海地铁2号线正线道岔采用60 kg /m 钢轨、9号道岔(整体道床用, 图号为“地岔211”), 该型号道岔采用半切线型60AT 弹性可弯曲线尖轨, 侧向通过道岔的最高容许速度为35 km/h, 道岔前后长分别为9 343mm和15730 mm, 直曲尖轨长均为10 600 mm。2号线龙阳路停车场铺设的道岔主要为50kg/m 钢轨、7号道岔(图号为“专线9838”), 该型号道岔采用半割线型50AT 曲线尖轨, 侧向容许通过速度不大于25 km /h, 直曲尖轨长均为5 000 mm。

本文将介绍和分析对道岔尖轨侧弯病害产生的原因、造成的危害和整治的方法。

2 尖轨侧弯及其危害

上海地铁2号线正线共铺设40组道岔, 其中为上下行折返、正线通过、正线进出基地而处于经常使用状态的道岔共27组, 部分道岔不同程度地产生过尖轨侧弯病害(见表1)。

表1  产生尖轨侧弯病害的道岔统计

尖轨侧弯导致尖轨尖至尖轨跟部轨向不直顺,尖轨尖至竖切点(以下除特殊标明外,均包含竖切点)部分不密贴,尖轨中轨距偏小,尖轨侧磨加剧,顶铁不密贴。

3 产生尖轨侧弯的原因

3.1 尖轨本身有侧硬弯

在正常情况下,尖轨应顺直,但由于长时间列车的冲击、养护维修不当以及气温变化等因素的影响,尖轨产生内凸或内凹的硬弯变形,进而产生尖轨侧弯现象;

尖轨从出厂到施工安装现场,往往经过多次运输和装卸,由于操作不当导致尖轨局部受外力作用,使尖轨产生侧硬弯。另外,尖轨在作为现场道岔备轨期间,由于在该段较长时间间隔内, 如果尖轨放置不平顺, 导致尖轨局部受力, 也会致使尖轨局部发生变形, 进而产生侧硬弯(见图1)。

图1 左1尖轨放置不当

3.2 弯折点位置及尺寸不适

在直基本轨方向好的情况下,如果曲基本轨弯折量大,则大框架大、轨距大、竖切部分密贴不好、顶铁不靠;如果基本轨弯折量小,则大框架、小框架、轨距尺寸均小,尖轨尖与竖切点先靠贴基本轨,尖轨尖至竖切点部分离缝、不密贴。在连接杆尺寸标准、尖轨跟大小框架好的情况下,若基本轨弯折量大,尖轨中部就会出现内凸(侧弯)现象;若基本轨弯折量小,尖轨中部同样会出现内凹(侧弯)现象。

3.3 动程不适

道岔两侧动程相等是最理想的状态,而且动程在150~154mm之间,越大对尖轨至竖切点部分密贴越有利。正常情况下,竖切部分与尖轨尖应同时靠贴基本轨,如果动程过大,则第三竖切点先密贴、尖轨尖不密贴、尖轨尖至第三竖切点部分也不密贴;如果动程过小,则尖轨尖先密贴、尖轨尖至第三竖切点部分也不密贴、顶铁不密贴。动程不适,会使尖轨中部同样出现不同程度的侧弯现象。

3.4 大框架尺寸不适

大框架尺寸是决定尖轨有无侧弯表现十分关键的因素。在其他各种几何尺寸符合标准的情况下,若只有尖轨尖大框架大,则尖轨尖至竖切点部分不密贴;若只尖轨跟大框架尺寸不符合标准,则尖轨尖至竖切点部分不密贴、顶铁不靠。

3.5 小框架尺寸不适

在大框架及其他各部分几何尺寸(含尖轨跟槽宽)符合标准的情况下,若只有尖轨尖小框架小,则动程、开程均大,竖切终点先靠贴基本轨、尖轨尖后靠贴基本轨,尖轨尖至竖切点部分不密贴,只尖轨中小框架小,则尖轨尖至竖切点部分不密贴,在除尖轨跟槽宽以外的其他各部分尺寸符合标准的情况下,若只尖轨跟小框架小,则尖轨尖至竖切点部分不密贴、顶铁不靠,尖轨跟槽宽偏大。大、小框架尺寸误差过大均会引起尖轨侧弯现象。

3.6 P50-7道岔尖轨跟端结构不合理

对于站场所铺设的P50-7道岔(如2号线龙阳路站场P50-7道岔),为使尖轨能在辙跟间隔铁和辙跟夹板之间转动,辙跟夹板需在相对辙跟轨缝中心处进行弯折。在正常情况下,尖轨跟端夹板应有5~8mm弯折量,保证尖轨在左右摆动的过程中有5~8mm的活动空间(见图2)。夹板弯折后突出尖轨工作边之外,为避免与车轮轮缘相碰,对弯折部分的顶部进行了刨切。但由于日常养护维修不当或短夹板年久无弯折量导致尖轨左右摆动受限,致使尖轨摆动费力而不能充分摆动到位,反复经受车轮的冲击,进而产生尖轨侧弯现象。

图2 龙阳路站场P50-7道岔

3.7 顶铁尺寸不适

在大、小框架及其他因素均符合标准的情况下,由于日常养护维修中顶铁不靠就加垫!的错误做法导致顶铁吃硬、进而产生尖轨侧弯现象,尤其是当道岔顶铁不少于3根时,在中间顶铁吃硬并且其余顶铁与尖轨有超过3mm离缝的情况下,或者中间顶铁与尖轨有超过3mm离缝并且其余顶铁吃硬的情况下,在长时间车轮撞击作用力下容易形成侧弯。2号线既有线P60-9型道岔(图号:“地出岔211”)基本轨轨腰3处设置顶铁,而西延伸已进行了设计改进,采用P60-9型道岔(图号:“城轨229”)基本轨轨腰4处设置顶铁。这样在列车通过时,车轮对尖轨的横向作用力更好地通过4个顶铁传递给基本轨,使基本轨和尖轨共同承受水平力的作用,更好地保持了道岔转辙器部分的轨距。

3.8 尖轨较长时间内存在“绷”的问题

由于尖轨的3根连接杆的长度不符合标准或3根连接杆和电动转辙机动作杆不在同一水平面内,致使在尖轨内部框架间产生内应力;或者尖轨中、后部滑床板过硬,造成尖轨在移位时尖轨后部带不过来。以上种种因素导致尖轨存在反弹现象,如果整治不及时,在车轮长期反复的横向力作用下,将最终导致尖轨产生侧硬弯。除上述主要因素外,还有尖轨爬行、电务密贴调整杆和尖端杆尺寸不标准等因素的影响。

4 尖轨侧弯的预防、调查与整治

4.1 尖轨侧弯的预防

本文所论述的避免产生尖轨侧硬弯的预防措施,主要是针对尖轨安装前就已经有侧硬弯表现情形的。

以上两种情形是经常发生而又很容易被忽视的,情况发生时,不仅明显地影响了作业质量而且极大地降低了道岔尖轨更换效率,尤其是遇到抢修等紧急情况时。

针对以上两种情况,应该做好积极的预防措施,尖轨的运输和装卸(从存放基地到施工作业现场)由专人负责、专人操作,严格执行相关规定。

对运营过程中产生的尖轨侧硬弯,应在对道岔转辙部分进行全面调查、分析、研究的基础上确定整治方案,进行综合整治。

4.2 产生尖轨侧弯原因的调查

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调查的项目包括:直角错差(岔首和尖轨尖端);曲股基本轨的弯折点位置及尺寸,动程、开程,转辙部高低、滑床板受力是否均衡,直股大方向,大、小框架尺寸,尖轨中及尖轨跟槽宽,拉杆及各连接杆(含耳铁)尺寸,顶铁尺寸,尖轨跟部短夹板弯折尺寸(P50-7型道岔)及尖轨左、右摆动是否灵活,尖轨及基本轨工作边肥边(含尖轨非工作边一侧轨底的肥边);同时,应请求电务部门配合调查密贴调整杆及尖端杆的尺寸。

4.3 尖轨侧弯的整治

在调查的基础上,全面分析尖轨侧弯产生的真正原因,然后有计划地进行综合整治。

(1)消灭转辙部高低、方向失格,使直股大方向直顺(基本轨有应弯的应同时矫直)、高低平顺,滑床板无吊空板、受力均衡;

(2)调整岔首和尖轨尖端直角错差,达到规定标准;

(3)矫正曲股基本轨弯折点位置及尺寸;

(4)改正各部大框架尺寸及轨距变化率;

(5)拆开两侧尖轨,使其处于自然松弛状态并检查是否直顺,若有硬弯应直接矫直或直接更换(矫直尖轨时,轨温在25℃以上为宜);

(6)调换非标拉杆、连接杆(含耳铁)、尖轨跟端夹板、顶铁(含电务密贴调整杆和尖端杆)同时应打磨尖轨和基本轨工作边、尖轨非工作边一侧轨底存在的肥边;

(7)组装、连接尖轨,调整各部小框架尺寸、尖轨中和尖轨跟槽宽;

(8)滑床台及各部螺栓涂油,若尖轨尖至竖切部分仍不密贴,可在拉杆、连接杆接头铁两侧加垫处理,但总厚度不得超过3mm;

(9)工电联检。

由于道岔动程的调整和密贴杆空动距离的调整相互关系和相互影响,必须联合进行,所以这两项工作是工电联检中的两个关键问题。尖轨动程数值,必须保证最小轮背距和最小轮缘厚度的轮对能顺利通过转辙部分,而不撞击尖轨工作边。拉杆动程是电动转辙机动作杆的动程,不同类型的电动转辙机,其动程也不同,但都必须大于曲尖轨最小动程。拉杆动程数值减去道岔动程数值,即是拉杆在杆架内的空动距离。一般要求空动距离不得小于5mm,空动距离的作用是减小转辙机启动电流,顺利完成解锁。道岔的动程越大,则拉杆的空动距离越小,两者是相互影响的。

对道岔和拉杆动程不符合规定数值的道岔,调整的原则是:若道岔的动程大,拉杆架的空动距离小,则缩小道岔动程到规定的最小限度值,使拉杆空动距离增大;若道岔的动程小,拉杆动程大,则缩小拉杆空动距离,增大道岔动程;若道岔动程和杆架空动距离都小,则应拨正道岔方向,重新调整电动转辙机各部安装尺寸;对极个别不能保证拉杆空动距离的道岔,应把道岔动程调整到规定的最小数值,采用窄型杆架,或切削杆架侧边来增加空动距离。

5 改进建议

(1)增加正线铺设的P60.9型道岔的基本轨顶铁数量,由现在的3个增加为4个,使尖轨和基本轨更好地相互作用。

(2)为了最大程度地减少由于尖轨侧弯导致磨耗加剧,可以采用特殊设计的耐磨尖轨或尝试将尖轨的线型由半切线型改为相离型,希望可以改变曲线尖轨磨耗严重的现象。

6 结语

对于50及以上的AT型单开道岔来讲,由于尖轨本身强度高、硬度大、易折断,而且由于尖轨侧面经刨切,不易安装弯轨器,线上矫直比较困难,所以若侧弯是由尖轨本身有硬弯造成的,则一般采用直接更换尖轨的方法解决处理,将有硬弯的尖轨进行线下矫直,作为备用尖轨。如果现场无备用尖轨而必须作弯轨处理时,鉴于尖轨刨切范围不易安装普通弯轨器,建议使用30~50T液压尖轨调直器,从使用情况看,这种工具构造简单,操作方便,整治效果良好。

道岔3个连接杆全部不予安装,这样虽然避免了由于尖轨的3根连接杆的长度不符合标准、T型接头铁销旷动等原因导致在尖轨内部框架间产生内应力的情况,但失去3根连接杆的作用,进而改为两点式锁闭,尖轨内部框架整体刚度、稳定性是否会有所降低,致使尖轨中部尺寸更难以保持,可能造成尖轨产生内应力进而产生侧硬弯,关于这个问题有待日后继续深入调查和研究。

文章来源:

《上海地铁2号线道岔尖轨侧弯病害原因与整治》鹿俊强(上海地铁运营有限公司? 上海? 201254)

《都市快轨交通》 -2008年3期鹿俊强Lu Junqiang

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