張明鵬

成綿樂(lè)城際鐵路始發(fā)江油站，終到峨眉山站，共設(shè)20座車站，于2014年12月開通運(yùn)營(yíng)，初期運(yùn)營(yíng)速度為200 km/h；2017年提速達(dá)標(biāo)整治后，運(yùn)營(yíng)速度提升至250 km/h。成綿樂(lè)城際鐵路正線有90組客專線（07）009型道岔，其心軌采用ZYJ7+SH6配置的電液主、副機(jī)牽引［1］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，成錦樂(lè)城際鐵路2020年共發(fā)生啟動(dòng)后第2.2～2.8 s內(nèi)心軌卡阻故障12件，其中10件為客專線（07）009型道岔。

現(xiàn)場(chǎng)處置時(shí)，用榔頭敲擊鎖鉤頭即可正常解鎖，后續(xù)扳動(dòng)道岔良好，且在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不易復(fù)發(fā)，導(dǎo)致問(wèn)題不能有效處理，存在重復(fù)發(fā)生的可能。

1 心軌轉(zhuǎn)換動(dòng)作原理

心軌解鎖過(guò)程包含轉(zhuǎn)換設(shè)備機(jī)內(nèi)解鎖，動(dòng)作過(guò)程時(shí)間節(jié)點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。

圖1 心軌轉(zhuǎn)換動(dòng)作過(guò)程時(shí)間節(jié)點(diǎn)分布

以客專線（07）009型道岔為例，心軌轉(zhuǎn)換時(shí)長(zhǎng)約8 s，兩點(diǎn)牽引心軌轉(zhuǎn)換過(guò)程對(duì)應(yīng)的3個(gè)時(shí)間分布為：①階段1（0～3 s），機(jī)內(nèi)以及外鎖閉解鎖過(guò)程；②階段2（3～6.5 s），轉(zhuǎn)轍設(shè)備帶載轉(zhuǎn)換過(guò)程；③階段3（6.5～8 s），轉(zhuǎn)換到位完成鎖閉行程。

現(xiàn)場(chǎng)在對(duì)10件客專線（07）009型道岔心軌卡阻故障排查中發(fā)現(xiàn)了3個(gè)共性問(wèn)題：一是心軌的2個(gè)牽引點(diǎn)在啟動(dòng)后動(dòng)作不同步，心2明顯快于心1；二是故障位鎖鉤和鎖閉桿凸臺(tái)重合面（鎖閉量）均有不同程度的異常磨痕［2］；三是鎖閉桿與動(dòng)作桿連接處（鴨嘴鐵）發(fā)生形變，轉(zhuǎn)換設(shè)備在拉入或伸出位置時(shí)，動(dòng)作桿與鎖閉桿連接處別勁，螺栓銷絕緣管墊兩側(cè)無(wú)間隙且發(fā)生變形。

2 心軌卡阻分析

2.1 道岔阻力

外鎖閉道岔的轉(zhuǎn)換阻力受多種因素影響［3］，其表達(dá)式為：

式中：F為道岔轉(zhuǎn)換阻力；Fm為由道岔可動(dòng)部件滑動(dòng)摩擦引起反映到牽引點(diǎn)的阻力；Ft為道岔可動(dòng)部件反映到牽引點(diǎn)處的反彈力；Fq為其他因素引起反映到牽引點(diǎn)處的阻力；Fe為轉(zhuǎn)換阻力理論計(jì)算值；K為考慮實(shí)際使用中各種因素的系數(shù)。

現(xiàn)場(chǎng)模擬故障情形：在心軌第2牽引點(diǎn)鎖閉位（伸出側(cè)和拉入側(cè)）的鎖鉤和鎖閉桿凸臺(tái)內(nèi)，分別卡入直徑不小于1 mm的異物，用三相交流轉(zhuǎn)轍機(jī)拉力測(cè)試儀對(duì)心軌2個(gè)牽引點(diǎn)輸出力進(jìn)行測(cè)試（見(jiàn)圖2）。綜合2個(gè)牽引點(diǎn)轉(zhuǎn)換力分析可得：在道岔外鎖閉解鎖時(shí)，心2除需克服阻力Fm外，還需提供更多的力來(lái)克服異物引起反映在牽引點(diǎn)的反彈力Ft和阻力Fq，此時(shí)又因兩牽引點(diǎn)存在明顯動(dòng)作不同步，可動(dòng)心軌在兩牽引點(diǎn)的相互作用下產(chǎn)生形變，心2鎖鉤別卡不解鎖造成道岔無(wú)法正常轉(zhuǎn)換。

圖2 模擬鎖閉桿與鎖鉤卡異物時(shí)道岔扳動(dòng)推拉力

2.2 磨痕產(chǎn)生原因

心軌第2牽引點(diǎn)外鎖閉結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。通過(guò)分析對(duì)比鎖鉤與鎖閉桿凸臺(tái)的磨痕形狀，兩者完全重合。列車高速過(guò)岔，輪對(duì)撞擊牽引點(diǎn)處時(shí)鎖閉位的鎖鉤和鎖閉桿間會(huì)出現(xiàn)間隙，伴隨巨大的風(fēng)力形成渦流現(xiàn)象，將道床以及岔槽內(nèi)的不規(guī)則顆粒異物卷入鎖鉤與鎖閉桿的縫隙和外鎖閉裝置的有害空間內(nèi)，當(dāng)?shù)啦碓俅螁?dòng)時(shí)，顆粒物被帶入鎖鉤與鎖閉桿凸臺(tái)內(nèi)，使得鎖閉側(cè)鎖鉤位置上升，接觸面由原來(lái)的面接觸變?yōu)榱司€或點(diǎn)接觸，來(lái)回多次扳動(dòng)道岔，鎖閉桿帶著異物動(dòng)作就造成鎖閉桿凸臺(tái)和鎖鉤磨痕［4］。

圖3 心軌第2牽引點(diǎn)外鎖閉結(jié)構(gòu)

2.3 心2受力

1）道岔轉(zhuǎn)換初始，正常鎖閉位時(shí)的鎖閉桿凸臺(tái)與鎖鉤為面接觸，當(dāng)鎖閉桿凸臺(tái)和鎖鉤間混入異物時(shí)，就使鎖閉桿凸臺(tái)與鎖鉤摩擦面由原來(lái)的面接觸變?yōu)榫€或點(diǎn)接觸，鎖鉤整體高度稍有升高，且鎖鉤傾斜，與鎖閉鐵形成夾角。又因列車運(yùn)行對(duì)牽引點(diǎn)處撞擊，造成心軌第2牽引點(diǎn)鎖鉤向一側(cè)偏移，偏移量越大，夾角越大，下一次道岔扳動(dòng)時(shí)，就必須克服這部分額外的阻力，即道岔動(dòng)作時(shí)，其額外增加的滑動(dòng)摩擦阻力，造成道岔啟動(dòng)時(shí)功率曲線急劇上升，甚至發(fā)生不解鎖故障。功率曲線上升的開始時(shí)間為道岔啟動(dòng)后的2.2～2.8 s，而該時(shí)間外鎖閉還未完全解鎖。

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)三相轉(zhuǎn)轍機(jī)拉力測(cè)試儀進(jìn)行推拉力測(cè)試，心軌第1，2牽引點(diǎn)轉(zhuǎn)換設(shè)備額定轉(zhuǎn)換力分別為2500 N和4200 N?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試在不同溢流壓力下心軌牽引點(diǎn)轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸出力見(jiàn)表1。

表1 不同溢流壓力下轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸出力

結(jié)合表1和圖2綜合分析可以得出：①轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸出力與溢流壓力成正比；②心2動(dòng)作快且提供的力不足以克服轉(zhuǎn)換阻力時(shí)，導(dǎo)致兩牽引動(dòng)作不同步，心2鎖鉤無(wú)法解鎖?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)故障道岔使用了上述方法測(cè)試，結(jié)果和模擬情形基本一致。

2）設(shè)計(jì)以及制造工藝缺陷［5］。鎖閉桿接頭處設(shè)計(jì)尺寸為：動(dòng)作連桿開口30 mm，鎖閉桿連接彎頭寬度22 mm，兩側(cè)絕緣墊厚度各為3.5 mm，在φ25 mm螺栓緊固后應(yīng)有1 mm的余量（圖4）?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)故障道岔的動(dòng)作桿開口均不足30 mm，最小的甚至不足28 mm，導(dǎo)致鎖閉桿接頭處別死，絕緣管墊受擠壓變薄，甚至破損，動(dòng)作桿連接處不能自由擺動(dòng)。

圖4 心軌動(dòng)作桿與鎖閉桿連接處結(jié)構(gòu)及尺寸

通過(guò)測(cè)試φ25 mm螺栓銷尺寸，發(fā)現(xiàn)其無(wú)絲部分長(zhǎng)度不足，導(dǎo)致動(dòng)作桿開口變小，施工及維修時(shí)為滿足防松防脫的要求，螺栓銷復(fù)緊后造成鎖閉桿接頭變形，改變了外鎖閉設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。在列車高速過(guò)岔時(shí)，因振動(dòng)等原因使得鎖鉤發(fā)生一定的偏移，動(dòng)作桿、鎖閉桿和鎖鉤不在一條直線上形成夾角，造成鎖鉤別勁，存在垂直于動(dòng)作桿和鎖閉桿方向的力。在道岔動(dòng)作過(guò)程中，需要克服這部分額外的力才能順暢的做扇形運(yùn)動(dòng)，這也是外鎖閉別卡的又一重要因素。

3 整治方案及措施

3.1 使用改進(jìn)型心軌鎖鉤

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)外鎖閉裝置分解檢查對(duì)比分析，目前在用鎖鉤強(qiáng)度雖然在設(shè)計(jì)的強(qiáng)度范圍內(nèi)，但基本處于外鎖閉裝置強(qiáng)度設(shè)計(jì)的下限［6］，通過(guò)和相關(guān)專家共同研討，對(duì)目前在用外鎖閉裝置進(jìn)行優(yōu)化。

1）提高外鎖閉裝置摩擦面的強(qiáng)度和耐磨度，對(duì)鎖鉤鎖閉面、鎖閉桿凸臺(tái)，以及鎖閉鐵鎖閉斜面進(jìn)行不小于0.8 mm激光淬火處理，并在其表面滲鋅0.4～0.6 mm，使其達(dá)到良好的防腐防銹效果。

2）心軌鎖鉤優(yōu)化改型，在心軌第2牽引點(diǎn)鎖鉤上增加擋板（見(jiàn)圖5），在列車高速過(guò)岔時(shí)，將鎖鉤的橫向偏移限定在一定范圍內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員定期對(duì)外鎖閉裝置進(jìn)行分解檢查，對(duì)磨耗超標(biāo)的外鎖閉裝置進(jìn)行成套更換［7］。

圖5 帶有擋板的改進(jìn)型鎖鉤

2020年下半年，將成綿樂(lè)城際鐵路90組道岔的心軌第2牽引點(diǎn)鎖鉤更換為擋板鎖鉤，并在更換后的6個(gè)月對(duì)原發(fā)生過(guò)卡阻故障的外鎖閉裝置分解檢查，未發(fā)現(xiàn)異常劃痕；鎖鉤基本在鎖閉鐵斜面中心位置，偏移量比使用老式鎖鉤偏移量明顯減少。

3.2 更換動(dòng)作桿連接銷螺栓

現(xiàn)用動(dòng)作桿與鎖閉桿連接銷螺栓規(guī)格為長(zhǎng)度102 mm，無(wú)絲長(zhǎng)度為49 mm，有絲長(zhǎng)度為25 mm，通過(guò)和廠家共同研討，將動(dòng)作桿連接銷螺栓的無(wú)絲長(zhǎng)度增長(zhǎng)1 mm，上道前經(jīng)過(guò)線下試驗(yàn)，將螺栓銷螺母擰到底后也不會(huì)造成連接頭（鴨嘴）變形，滿足施工和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)習(xí)慣。更換內(nèi)、外動(dòng)作桿連接銷螺栓（垂直于道床、φ22 mm），外動(dòng)作桿和鎖閉桿連接銷螺栓（平行于基本軌（翼軌）、φ25 mm），緊固螺母在規(guī)定扭力值緊固后，動(dòng)作桿連接頭（鴨嘴鐵）仍然有1 mm的間隙，無(wú)論道岔在拉入或伸出位，手搖連接頭處能自由擺動(dòng)，保證道岔扳動(dòng)時(shí)順暢做扇形運(yùn)動(dòng)。

采用上述方法整治后，使用三相交流轉(zhuǎn)轍機(jī)拉力測(cè)試儀進(jìn)行推拉力測(cè)試（圖6），同圖2對(duì)比分析，兩牽引點(diǎn)的同步性和心軌第2牽引點(diǎn)的推拉力最大值明顯降低，較整治前有明顯改善。

圖6 整治后心軌兩牽引點(diǎn)轉(zhuǎn)換力

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)成錦樂(lè)客專道岔心軌的鎖鉤和螺栓銷更換后，從根本上解決了心軌啟動(dòng)卡阻問(wèn)題。同時(shí)對(duì)管內(nèi)其他客專線路的外鎖閉道岔心軌采取上述方法進(jìn)行整治，并在時(shí)隔半年后，對(duì)更換后的道岔外鎖閉裝置分解檢查，發(fā)現(xiàn)劃痕已基本消除，整治效果顯著。