爆炸硬化组合辙叉在朔黄重载线上的应用

孙国利

(朔黄铁路发展有限责任公司，河北肃宁062350)

爆炸硬化组合辙叉在朔黄重载线上的应用

孙国利

(朔黄铁路发展有限责任公司，河北肃宁062350)

自20世纪90年代以来，铁路运输飞速发展，提速、重载给铁路线路带来了一系列问题。随着朔黄铁路运量的逐年增加，运输压力越来越大，原有辙叉已远远不能满足铁路重载的要求。2011年在朔黄铁路黎明居车站3#，4#岔位试用60-12#整体式爆炸硬化辙叉，2012年在神池南车站2019#，2002#岔位试用75-12#爆炸硬化组合辙叉。本文阐述了爆炸硬化组合辙叉的构造、技术特点、硬化工艺、养护维修措施，并对使用寿命及成本等进行了分析。

爆炸硬化 组合辙叉 重载线路 应用

1 高锰钢爆炸硬化组合辙叉构造及技术特点

1.1 构造

高锰钢组合辙叉由钢轨翼轨、叉跟轨和锰钢叉心拼装构成。以含部分翼轨的锰钢叉心为核心，与标准钢轨翼轨及标准钢轨叉跟轨采用高强度螺栓副栓接拼装，实现主要冲击表面锰钢化以及锰钢表面预硬化。同时，辙叉趾跟端均采用标准钢轨，便于实现与线路各种形式的连接(图1)。

1.2 主要技术特点

1)采用带翼轨的大锰钢叉心设计，实现主要冲击表面锰钢化。

图1 硬化组合辙叉构造

2)间隔铁与心轨为整体设计，提高了辙叉的稳定性。

3)采用增加实体厚度设计，提高抗弯模量，增加结构的稳定性。

4)采用翼轨轨底统一传力设计，改善叉下基础受力分布及水平螺栓受力状况。

5)采用新型轨顶轮廓设计，改善轮轨关系，优化受力分布，提高心轨使用寿命，减少养护维修工作量。

6)心轨跟端设计成燕尾式，并设置6根以上螺栓副，保证温度力的传递，以适应无缝线路。

7)叉跟轨设计成锁尖结构实现与心轨轮载转移的平稳过渡，保证列车运行的平顺性。

8)与其它类型组合辙叉相比，翼轨为立墙结构，可有效抵抗垂向力，避免了钢轨结构轨头偏载作用下形成的翼轨断裂现象，保证了运行安全。

9)锰钢叉心采用深度硬化技术，提高了辙叉的使用寿命。

10)趾跟端采用与线路相同的普通钢轨制造，可实现与线路的任何连接形式(有缝连接、无缝连接)。

11)实现与既有辙叉互换。

2 锰钢辙叉爆炸硬化原理、工艺及特点

2.1 爆炸硬化原理

爆炸硬化是利用炸药爆炸的瞬间产生的强烈冲击波对金属冲击，这种高密度的冲击波在金属中传播，使金属晶格发生扭曲，改变了金属材料组织结构，提高了金属硬度，同时提高了金属强度。

2.2 爆炸硬化工艺

高锰钢辙叉表面爆炸硬化过程，主要分为辙叉表面质量检查、胶溶液配制、药片裁剪及布药、起爆、起重搬运等几个工序。爆炸硬化采用塑性炸药，不受工件形状的限制，硬化部位可灵活选择;受力均匀，硬化深度也远高于其它硬化方式。爆炸硬化工艺操作简单、方便、易行。

2.3 爆炸硬化硬度梯度

爆炸硬化后辙叉表面硬度320 HB以上，硬化深度达到25 mm以上。自硬化表面到内部，硬度呈梯度变化。

2.4 爆炸硬化特点

1)需要爆炸硬化的辙叉必然是内在质量良好的(高致密度)，否则难以抵抗预硬化时的高爆冲击而无法实现爆炸硬化。

2)经过爆炸硬化处理，辙叉表面硬度由原始状态的不大于229 HB达到320 HB以上，深度可达25 mm以上，所形成的深度硬化层有助于辙叉抵抗预稳定期间的磨损。

3)表面和机体硬度的提高，抑制了金属的流动，有效控制初期磨损，有助于抵抗肥边的产生和撕裂掉块现象的发生，减少辙叉非磨耗下道。

4)深度硬化层较厚，相当于提高了机体的强度，可有效抑制自然冲击硬化层薄，在反复作用下剥离掉块的不足。

5)减少在线的焊补工作量，降低辙叉维护成本，并延长此关键部位的使用寿命，从而大幅度地提高辙叉的使用寿命。

6)经深度硬化后的锰叉机体仍保持奥氏体结构，具有非常好的韧性，形成上硬下软的结构，构成材质的良好匹配，可充分保证安全性。

7)经深度硬化后的锰叉机体仍保持奥氏体结构和良好的焊修性能，为在线焊修以提高使用寿命提供了可能。

8)对于肉眼难以观察到的皮下缺陷和内在缺陷将通过爆炸而显露出来，使存在这些缺陷的工件可在形成产品前得到剔除或修复，因此经过深度硬化的辙叉本体在内在质量上得到了良好的保证，降低了锰钢本体铸造质量产生的离散型，从而提高了产品的实际价值。

3 朔黄铁路爆炸硬化组合辙叉应用

3.1 爆炸硬化组合辙叉使用情况

朔黄铁路神池南站是国内最大的货运编组站之一，是神华路网中重要的技术枢纽站，上行场重车线24股道，下行场空车线18股道，道岔486组。本次试铺的2019#，2002#岔位为75-12#道岔，图号SC559，辙叉为75-12#爆炸硬化组合式辙叉。上道时间为2012年9月28日至2014年8月20日，通过总重约2.5亿t。目前状态良好，预计通过总重可达3.5亿t以上。

通过上道试验表明爆炸硬化辙叉与普通高锰钢整铸辙叉相比，其通过总重是普通高锰钢辙叉的3倍以上，爆炸硬化组合式辙叉使用寿命可达3.5亿t。养护维修的工作量基本相同，其性能的优越性是值得肯定的。目前，朔黄铁路已逐步扩大爆炸硬化组合辙叉的使用。从已上线使用的结果看，效果良好(表1)。

表1 爆炸硬化辙叉与非爆炸硬化辙叉寿命周期内通过运量对比

3.2 爆炸硬化组合辙叉维修养护措施

3.2.1 辙叉铺设、养护的相关记录

辙叉铺设就位后应及时填写使用记录，注明辙叉品种规格、上道时间、岔位、辙叉铸造序列号。

在使用过程中要及时记录辙叉出现问题的时间、现象、通过运量、维修记录，辙叉下道时间、下道原因、通过运量及处理方式、结果等。

3.2.2 打磨肥边

辙叉上道初期，车轮对辙叉工作边圆弧碾压可能形成肥边，应及时地打磨，减少裂纹源的形成机会，这是辙叉具有高寿命、大运量的必不可少的维护手段。

因运行条件不同，打磨的时间及间隔会有很大差异，原则上发现肥边超过2 mm应该对工作边圆弧实施打磨(注意打磨时不要仅对肥边突出轨距线部位进行打磨，要注意交角圆弧的打磨)。打磨时应清除肥边，保持圆角(工作边R13～R15 mm、翼轨R5～R8 mm)。保持较好的圆角可较大程度抑制肥边的产生，减少裂纹、掉块产生的几率，同时初期较好圆弧的保持，可有效减少打磨次数。

运行一定时期后，辙叉走行面会发生较大变化，此时应注意轮轨关系的变化，特别是35 mm断面以后在翼轨顶面会形成尖韧状磨损，而这种磨损是不规则的，光带越窄磨损程度越大，甚至出现表面破坏。为此应对心轨35～55 mm断面对应位置的翼轨顶面进行打磨，以优化受力状态、减少辙叉破坏。

3.2.3 对辙叉应经常进行捣固维护

提高、维护道床的坚实度，是保证辙叉具有高寿命、大运量的重要手段之一，对减轻辙叉冲击、减少裂纹的发生具有重要作用。因此，铺设时对辙叉范围的岔枕应捣固良好，道砟饱满、密实;铺设初期要注意观测，发现状态出现问题应及时维护;进入稳定期后要依据相应的维护要求进行正常维护。

除道床密实度外，还应对辙叉铺设方向的正确性、辙叉与前后线路的高低平顺性等进行观测。这些状态都对辙叉的正常使用影响较大，应及时改进，以利于高寿命的实现。

3.2.4 对辙叉质量状态应加强观测

加强(特别在初期)对辙叉的质量状态观测，可及时获得产品质量信息，从而做到及时发现和处理问题，因为初期问题容易得到解决，利于辙叉使用寿命的提高。

3.2.5 补焊

对辙叉铺设使用中出现的各类缺陷，应依据相关规定，及时、有效地进行焊修。根据美国同行的经验，2亿t以上的大运量，是在对辙叉出现的可进行施焊的缺陷进行及时处理的基础上获得的。

4 成本分析

在单价方面，普通高锰钢60-12#辙叉(专线4249) 23 000元，同型号爆炸硬化辙叉43 500元;普通高锰钢75-12#辙叉(SC559)30 000元，同型号组合式爆炸硬化辙叉50 000元。但是爆炸硬化辙叉的使用寿命可达3亿t，是同型号普通辙叉的3倍以上。朔黄铁路全线道岔1 980组，其中75-12#单开道岔237组，60-12#单开道岔798组，以朔黄铁路年运量2.34亿t计算，平均年更换普通高锰钢辙叉75-12#600组，60-12#1 200组，而按比例更换组合式爆炸硬化辙叉75-12#200组，60-12#400组，仅购买成本而言，组合式爆炸硬化辙叉每年可减少1 780万元以上。从长期维修成本考虑，爆炸硬化辙叉成本费用更低，可为朔黄线创造更多的经济效益。

5 结语

爆炸硬化辙叉，尤其是组合式爆炸硬化辙叉，克服了普通高锰钢辙叉心轨部分初始硬度低，易产生剥离掉块及铸造缺陷不易发现的缺点，进一步提高了使用寿命;加之强度高、韧性好、耐磨、不易产生裂纹等优点，降低了维修养护的工作强度，同时还降低了维修费用。爆炸硬化辙叉切实提高了线路设备质量，保证了重载线路长期稳定的良好状态，确保万吨运输通道安全平稳运行，值得推广使用。

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(责任审编孟庆伶)

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

孙国利(1964—)，男，河北滦县人，高级工程师。