爆炸硬化組合轍叉在朔黃重載線上的應用

孫國利

(朔黃鐵路發(fā)展有限責任公司，河北肅寧062350)

爆炸硬化組合轍叉在朔黃重載線上的應用

孫國利

(朔黃鐵路發(fā)展有限責任公司，河北肅寧062350)

自20世紀90年代以來，鐵路運輸飛速發(fā)展，提速、重載給鐵路線路帶來了一系列問題。隨著朔黃鐵路運量的逐年增加，運輸壓力越來越大，原有轍叉已遠遠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造、技術特點、硬化工藝、養(yǎng)護維修措施，并對使用壽命及成本等進行了分析。

爆炸硬化 組合轍叉 重載線路 應用

1 高錳鋼爆炸硬化組合轍叉構造及技術特點

1.1 構造

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

1.2 主要技術特點

1)采用帶翼軌的大錳鋼叉心設計，實現(xiàn)主要沖擊表面錳鋼化。

圖1 硬化組合轍叉構造

2)間隔鐵與心軌為整體設計，提高了轍叉的穩(wěn)定性。

3)采用增加實體厚度設計，提高抗彎模量，增加結構的穩(wěn)定性。

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

5)采用新型軌頂輪廓設計，改善輪軌關系，優(yōu)化受力分布，提高心軌使用壽命，減少養(yǎng)護維修工作量。

6)心軌跟端設計成燕尾式，并設置6根以上螺栓副，保證溫度力的傳遞，以適應無縫線路。

7)叉跟軌設計成鎖尖結構實現(xiàn)與心軌輪載轉移的平穩(wěn)過渡，保證列車運行的平順性。

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

9)錳鋼叉心采用深度硬化技術，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，可實現(xiàn)與線路的任何連接形式(有縫連接、無縫連接)。

11)實現(xiàn)與既有轍叉互換。

2 錳鋼轍叉爆炸硬化原理、工藝及特點

2.1 爆炸硬化原理

爆炸硬化是利用炸藥爆炸的瞬間產生的強烈沖擊波對金屬沖擊，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構，提高了金屬硬度，同時提高了金屬強度。

2.2 爆炸硬化工藝

高錳鋼轍叉表面爆炸硬化過程，主要分為轍叉表面質量檢查、膠溶液配制、藥片裁剪及布藥、起爆、起重搬運等幾個工序。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，硬化深度也遠高于其它硬化方式。爆炸硬化工藝操作簡單、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，硬化深度達到25 mm以上。自硬化表面到內部，硬度呈梯度變化。

2.4 爆炸硬化特點

1)需要爆炸硬化的轍叉必然是內在質量良好的(高致密度)，否則難以抵抗預硬化時的高爆沖擊而無法實現(xiàn)爆炸硬化。

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

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

4)深度硬化層較厚，相當于提高了機體的強度，可有效抑制自然沖擊硬化層薄，在反復作用下剝離掉塊的不足。

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

6)經深度硬化后的錳叉機體仍保持奧氏體結構，具有非常好的韌性，形成上硬下軟的結構，構成材質的良好匹配，可充分保證安全性。

7)經深度硬化后的錳叉機體仍保持奧氏體結構和良好的焊修性能，為在線焊修以提高使用壽命提供了可能。

8)對于肉眼難以觀察到的皮下缺陷和內在缺陷將通過爆炸而顯露出來，使存在這些缺陷的工件可在形成產品前得到剔除或修復，因此經過深度硬化的轍叉本體在內在質量上得到了良好的保證，降低了錳鋼本體鑄造質量產生的離散型，從而提高了產品的實際價值。

3 朔黃鐵路爆炸硬化組合轍叉應用

3.1 爆炸硬化組合轍叉使用情況

朔黃鐵路神池南站是國內最大的貨運編組站之一，是神華路網中重要的技術樞紐站，上行場重車線24股道，下行場空車線18股道，道岔486組。本次試鋪的2019#，2002#岔位為75-12#道岔，圖號SC559，轍叉為75-12#爆炸硬化組合式轍叉。上道時間為2012年9月28日至2014年8月20日，通過總重約2.5億t。目前狀態(tài)良好，預計通過總重可達3.5億t以上。

通過上道試驗表明爆炸硬化轍叉與普通高錳鋼整鑄轍叉相比，其通過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3.5億t。養(yǎng)護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，朔黃鐵路已逐步擴大爆炸硬化組合轍叉的使用。從已上線使用的結果看，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通過運量對比

3.2 爆炸硬化組合轍叉維修養(yǎng)護措施

3.2.1 轍叉鋪設、養(yǎng)護的相關記錄

轍叉鋪設就位后應及時填寫使用記錄，注明轍叉品種規(guī)格、上道時間、岔位、轍叉鑄造序列號。

在使用過程中要及時記錄轍叉出現(xiàn)問題的時間、現(xiàn)象、通過運量、維修記錄，轍叉下道時間、下道原因、通過運量及處理方式、結果等。

3.2.2 打磨肥邊

轍叉上道初期，車輪對轍叉工作邊圓弧碾壓可能形成肥邊，應及時地打磨，減少裂紋源的形成機會，這是轍叉具有高壽命、大運量的必不可少的維護手段。

因運行條件不同，打磨的時間及間隔會有很大差異，原則上發(fā)現(xiàn)肥邊超過2 mm應該對工作邊圓弧實施打磨(注意打磨時不要僅對肥邊突出軌距線部位進行打磨，要注意交角圓弧的打磨)。打磨時應清除肥邊，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生，減少裂紋、掉塊產生的幾率，同時初期較好圓弧的保持，可有效減少打磨次數(shù)。

運行一定時期后，轍叉走行面會發(fā)生較大變化，此時應注意輪軌關系的變化，特別是35 mm斷面以后在翼軌頂面會形成尖韌狀磨損，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。為此應對心軌35～55 mm斷面對應位置的翼軌頂面進行打磨，以優(yōu)化受力狀態(tài)、減少轍叉破壞。

3.2.3 對轍叉應經常進行搗固維護

提高、維護道床的堅實度，是保證轍叉具有高壽命、大運量的重要手段之一，對減輕轍叉沖擊、減少裂紋的發(fā)生具有重要作用。因此，鋪設時對轍叉范圍的岔枕應搗固良好，道砟飽滿、密實;鋪設初期要注意觀測，發(fā)現(xiàn)狀態(tài)出現(xiàn)問題應及時維護;進入穩(wěn)定期后要依據(jù)相應的維護要求進行正常維護。

除道床密實度外，還應對轍叉鋪設方向的正確性、轍叉與前后線路的高低平順性等進行觀測。這些狀態(tài)都對轍叉的正常使用影響較大，應及時改進，以利于高壽命的實現(xiàn)。

3.2.4 對轍叉質量狀態(tài)應加強觀測

加強(特別在初期)對轍叉的質量狀態(tài)觀測，可及時獲得產品質量信息，從而做到及時發(fā)現(xiàn)和處理問題，因為初期問題容易得到解決，利于轍叉使用壽命的提高。

3.2.5 補焊

對轍叉鋪設使用中出現(xiàn)的各類缺陷，應依據(jù)相關規(guī)定，及時、有效地進行焊修。根據(jù)美國同行的經驗，2億t以上的大運量，是在對轍叉出現(xiàn)的可進行施焊的缺陷進行及時處理的基礎上獲得的。

4 成本分析

在單價方面，普通高錳鋼60-12#轍叉(專線4249) 23 000元，同型號爆炸硬化轍叉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3億t，是同型號普通轍叉的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，以朔黃鐵路年運量2.34億t計算，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，僅購買成本而言，組合式爆炸硬化轍叉每年可減少1 780萬元以上。從長期維修成本考慮，爆炸硬化轍叉成本費用更低，可為朔黃線創(chuàng)造更多的經濟效益。

5 結語

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，易產生剝離掉塊及鑄造缺陷不易發(fā)現(xiàn)的缺點，進一步提高了使用壽命;加之強度高、韌性好、耐磨、不易產生裂紋等優(yōu)點，降低了維修養(yǎng)護的工作強度，同時還降低了維修費用。爆炸硬化轍叉切實提高了線路設備質量，保證了重載線路長期穩(wěn)定的良好狀態(tài)，確保萬噸運輸通道安全平穩(wěn)運行，值得推廣使用。

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(責任審編孟慶伶)

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

孫國利(1964—)，男，河北灤縣人，高級工程師。