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    降低軌道衡專用鋼軌“斷軌”故障技術方案與實施

    2020-09-27 00:00:00

    降低軌道衡專用鋼軌“斷軌”故障技術方案與實施

    湖南省湘潭市湘鋼設備管理部 譚曉彪

    【摘 要】 軌道衡運行中的專用鋼軌“斷裂”故障一直是困擾機車正常運行與準確計量的技術 難題。本人長期在生產一線從事軌道衡的維護與保養工作,積累了一些經驗與認識,愿與同仁交流 切磋。

    【關鍵詞】 軌道衡;專用鋼軌;斷軌;防爬方式;硬道床基礎 一、前言 一臺軌道衡所配套安裝的鋼軌一般在 6-10 根左右(僅對單、雙臺面軌道衡而言)。為滿足軌道 衡計量功能和作用,軌道衡設計的專用鋼軌有計量軌和引軌(引線軌),屬兩種尺寸與規格不一的 軌道部件,通常采用機加工工藝制作。

    所謂軌道衡的專用軌道“斷軌”的故障是指該衡在運行中,經點檢確認或用“探傷儀”檢測其鋼軌 某處出現裂紋的故障現象。一般來說一旦該軌道出現裂紋后,裂紋的延伸擴展過程較快(尤其是軌 道出現的斷面橫向裂紋)。為確保線路行車安全,我們歷來對這類故障現象的衡面專用鋼軌采取及 時更換的措施,以確保軌道衡的安全運行和計量準確性。

    1.湘鋼公司軌道衡配備專用鋼軌的情況介紹 采用一般重軌的制作的軌道衡現湘鋼公司共有 9 臺(主要用于貿易結算和二級廠往來成本核算 方面),為 9 臺軌道衡上配套安裝的專用軌道數量共計 62 根。

    按理說,只要軌道衡設計與制作的防 爬裝置可靠;動、靜兩種軌道衡的整體道床按國家標準和用戶實際要求進行規范配套設計;并采用 優質廠家提供的軌道材料加工與制作;維檢人員的精心維護與保養;機車車輛在每臺軌道衡上按正 常的速度行駛與計量;對每臺軌道衡不采用高頻率超負荷的計量??梢哉f每臺軌道衡上專用軌道的 使用壽命在 5-8 年左右。

    2.湘鋼公司近年來軌道衡配備專用鋼軌“斷軌”情況統計 然而現實并非如此。近年來,隨著湘鋼公司產能規模的不斷提升,鐵路物流量的成倍增長,受 軌道衡由原靜態計量到動態計量方式的轉變等諸多因素影響,加快與加劇了軌道衡運行中的專用鋼 軌的表面磨損和整體劣化程度,使得在線計量的軌道衡專用軌道“斷裂”的故障時有發生。以湘鋼原 鐵牛埠軌道衡為例,僅 2009 年,該衡的配套的軌道出現“斷裂”的故障達 10 次之多(即更換軌道備 件 10 根左右)。以湘鋼公司 200 噸新鐵水衡為例,2008 年 10 月由原靜態計量方式到改為動態計量 方式后,計量速度較原來提高到 5 倍以上。湘鋼公司四座高爐的鐵水幾乎有 80%的量從該衡上計量 (雖然在專線上配備了兩臺新、老鐵水衡進行鐵水計量,但新鐵水衡以線路平直拐點少的明顯物流 優勢的特點,湘鋼物流中心始終將新鐵水衡作為主秤進行計量)。據統計,新鐵水衡 2009 年,每天 計量的鐵水罐次約 400 罐次/天,2010 年至現在增加到 600 罐次/天。在高頻率超負荷的計量情況下, 該衡的整體道床受到了嚴重的損傷,該衡軌道防爬裝置也遭受了嚴重的傷害,造成軌道衡的專用鋼 軌磨損程度加劇,鋼軌的使用壽命明顯降低與縮短。僅 2009-2010 年間該衡軌道更換記錄顯示:因 該衡引軌出現裂紋的隱患原因,我們更換了的備用鋼軌達 7 根以上。

    3.湘鋼公司軌道衡上專用鋼軌“斷軌”原因分析 從軌道“斷裂”的表面情況觀察及多層面的技術分析確認,主要原因與下述情況或因素有關:

    (1)鋼軌斷裂處多發生在軌道的防爬位置處;

    (2)鋼軌斷裂處多發生在軌道的頭部即軌墊板安裝過渡塊位置處,與過渡塊的定位固定連接 的方式有直接的關聯和影響;

    (3)鋼軌斷裂幾乎 90%為軌道衡的防爬引軌;

    (4)鋼軌斷裂的軌道衡中,動態衡約占 80%比例;

    (5)采用動態計量的軌道衡所使用的防爬整體道床長度≤6 米的,鋼軌斷裂機率遠高于防爬整 體道床≥12 米以上的;

    (6)采用攀鋼產的一般重軌材料制作軌道衡的專用軌道,使用壽命和質量要高于用武鋼產的 一般重軌材料制作的專用軌道;

    (7)與引軌軌道的頭部加工安裝過渡塊的開口尺寸的大小有直接的關聯和影響; 8)軌道衡引軌與線路鋼軌在魚尾板連接處的圓孔出現裂紋后擴展導致斷裂故障現象。

    二、制定對策采取攻關措施與實施的效果 只有對軌道衡的專用軌道“斷裂”的“病因”確診明確后,才能對其進行有效的根治。首先我們對 軌道的防爬方式進行改進,如圖 1 所示: 1.對軌道衡的防爬方式進行技術改進 改造前的情況: 改造情況:

    (1)對靜態衡,全部摒棄老式的防爬方式,從源頭上徹底消除軌道斷裂根源,并采用其它方 式達到軌道衡引軌的防爬目的。

    (2)對動態衡(湘鋼公司現有 6 臺),考慮到動態衡軌道的防爬效果和難度,我們在原鋼軌底 部一側焊接三角鐵板,達到軌道不能移動的防爬目的,現改為對軌道一側加工缺口,焊接機械模塊 嵌入其中,達到軌道衡引軌不能雙向移動的防爬目的。

    軌道“斷裂”故障有約 70%發生在引軌的防爬位置處,這是因為我們原來長期采用的傳統軌道防 爬方式(如圖 2),在引軌于一側焊接三角鐵板使之為一體結構時,焊接工藝改變了引軌在該處的機 械金相組織結構,加上該鋼軌上焊接防爬板與軌墊板間的相互機械碰撞(防爬裝置的作用與效果), 因此該處的機械強度最為薄弱,它是引發軌道衡引軌“斷裂”的故障的源頭。為確保軌道衡引軌的防 爬作用和效果,我們采用對引軌一側加工缺口(避免因焊接時改變了軌道在該處的機械金相組織結 構的隱患),將機械模塊嵌入其中,達到軌道衡引軌不能雙向移動的防爬目的(如圖 4)。

    2.對軌道衡的過渡塊的連接方式進行技術改進 鋼軌斷裂處多發生在軌道的頭部即軌墊板安裝過渡塊位置處,與過渡塊的定位固定連接的方式 有直接的關聯和影響,因此進行了針對性地改進。 改造前:軌道衡的過渡塊的固定連接的方式,是在引軌的端部通過鉆孔后,用加工的專用螺桿 相互連接(如圖 5)。

    5 改造后:軌道衡的過渡塊的固定連接的方式通過 L 形板連接如圖(不在軌道上鉆孔): 軌道衡因功能需求,需在引軌頭部(端部)加工缺口,用于安裝過渡塊。以往廠家安裝過渡塊 的方法是:通過在引軌頭部鉆孔后,用加工的專用螺桿進行連接。由于鋼廠軌道衡使用頻率高,物 流量大,超負荷運行狀況嚴重。加上引軌的端部本身因機械加工,而且又在該處的軌道腹板處鉆孔 用以實現過渡塊連接,導致該處的機械強度最為薄弱。實際上在該處發生的軌道“斷裂”情況較多(很 多裂紋是從鋼軌鉆孔周邊開始,后慢慢演變成大裂紋的)。因此通過改變過渡塊的安裝方式,不在 引軌端部鉆孔,又實現了過渡塊的安裝定位的目的(圖 6),這是我們在實踐中改進的方法。近年來, 我們現已在湘鋼公司 9 臺軌道衡上,全部采用了該方法對過渡塊的定位安裝。

    3.對動態軌道衡的引軌防爬整體硬道床技術改進 湘鋼公司原來僅有兩臺動態軌道衡。由于生產經營的需要,自 2008 年后新增了四臺動態軌道 衡(靜態改動態)。而這四臺軌道衡原本屬靜態軌道衡。其防爬整體道床全部按靜態軌道衡技術要 求設計與施工。整體道床大多為 6~9 米左右,遠少于動態衡整體道床長度 25 米以上的硬件技術要 求。事實上,這些靜態衡改為動態衡計量后。引軌的“斷裂”的故障明顯增多。該衡引軌經?!皵嗔选?與整體道床長度不夠的設置顯然有直接的關聯和影響,這是因為新鐵水衡的原整體道床長度僅為 6 米,6 米之外的則是軟道床。而軌道衡的引軌與物流中心線路上的鋼軌在魚尾板連接處,正好處在 軟硬道床結合點上。

    加上動衡的車速以 5-8 公里/小時行駛,是靜衡車速的 5 倍以上。在機車巨大的 沖擊力作用下以及機車制動剎車時所產生的慣性力矩作用下,軌道衡的引軌中部位置經常產生機械 彎曲變形現象,最終使動態衡引軌疲勞損傷的中部位置完全斷裂。這就是我們通常所說的,動態衡 的防爬整體道床長度少于 12-25 米,容易造成軌道衡鋼軌(引軌)“斷裂”真實原因。

    我們在近 5 年多來,利用設備大修的機會,在對新建鐵牛埠動態軌道衡、5 米板 300 噸動態鐵 水衡、新干線 200 噸動態新鐵水衡的改造中。將軌道衡的兩端的防爬整體道床分別延長 25 米以上, 軌道衡一端的直線段設置在 50 米以上,在設備的硬件支撐上,為動態軌道衡的安全運行奠定了堅 實的設備基礎。同時軌道衡的整體道床經延長改造 25 米后,“斷軌”的故障率由原來 30%大大的降 低至 2%以下,經濟效益與實用效果顯著。

    4.定期檢查軌道衡引軌與線路鋼軌在魚尾板連接處的圓孔是否出現裂紋 軌道衡引軌與線路鋼軌在魚尾板連接處的圓孔出現裂紋后擴展導致斷裂故障現象,相對來說, 較軌道出現裂紋的概率略低一些。但近年來該處部位也相繼出現了軌道“斷軌”的故障。這是因為線 路處鋼軌間的連接,全部都是依賴軌道端部鉆孔,通過魚尾板裝配后實現線路鋼軌間整體連接。眾 所周知,鋼軌鉆孔后,必導致該處的機械強度的削弱,同時魚尾板連接處的圓孔與螺栓的配合精度 也直接影響裂紋出現,加上高頻率和長期運行超載車輛的機械拉伸與擠壓作用,使得該處鉆孔的周 邊先期出現小裂紋,隨后逐漸演變為大裂紋,最終導致軌道在鉆孔位置的橫、縱向斷面的斷裂。因 此,定期打開鋼軌間連接處的魚尾板,檢查其鉆孔周邊是否有裂紋,這對于消除線路行車安全隱患, 確保物流暢通是至關重要的環節。

    5.對鋼軌材料的制造廠家嚴格把關 在長期的實踐中,我們發現選擇不同廠家生產的鋼軌材料加工制成的軌道衡備用鋼軌(計量軌 和引軌),在現場的使用壽命與質量對比差異較大。即攀鋼產的一般重軌材料質量明顯優于武鋼產 的一般重軌材料(使用壽命對比)。于是我們在軌道衡的備用軌道制作中,原則上全部采用攀鋼產 的鋼軌材料。

    6.減少鋼軌的機加工余量 因軌道衡功能需求要在軌道上加工安裝過渡塊的缺口和防爬缺口,一般來說,在滿足軌道衡鋼 軌的使用功能原則前提條件下,應盡量的減少對軌道部位的機加工切削量。軌道衡專用鋼 軌上的機加工切削量越大,則該鋼軌在該處的承載能力則越差(機械強度薄弱所致)。由此鋼軌在 該處發生的斷裂的概率就會相應增加,這是最普通的機械加工常識,也是實踐證明的事實。

    7.對現場斷裂鋼軌的修復利用 對現場因軌道衡專用軌道的裂紋出現,也可視情況而定是否進行備用軌道的更換或現場焊接進 行修復利用。一般來說,對于斷面嚴重受損的軌道,原則上對其直接進行更換。倘若軌道衡專用軌 道的裂紋不大,加上暫無備件更換,也可對其進行現場焊接修復利用。但是要嚴格控制焊接工件的 溫度和焊后保溫措施,確保軌道焊接后的質量?,F場焊接時通常采用 J507 焊條進行焊接,首先要 對鋼軌的裂紋部位表面進行打磨焊接坡口,對被焊件裂紋部位左右相鄰 100 ㎜處,用氣焊對焊件部 位進行焊前溫度的預熱至 1 小時以上;同時對 J507 焊條在烘烤箱中加溫至 350℃1 小時以上,保證 焊條整體預熱均勻,注意焊件與焊條的預熱要同步進行。隨后開始進行對裂紋軌道實施焊接工藝修 復,焊接工藝完成后,焊件(軌道)被焊部位必須用石棉包裹保溫 250~400℃2 小時以上時間,現 場軌道衡專用軌道的裂紋修復過程才算完成。

    三、結束語 附:近年來湘鋼公司 9 臺軌道衡更換專用鋼軌數量一覽表 年份 2009 年 2010 年 2011 年 2012 年 2013 年 換軌(根) 20 9 4 1 0 由于我們采取了有效措施和方法,使得湘鋼公司軌道衡專用鋼軌“斷軌”的故障率逐年降低和減 少,這不僅保證了軌道衡行車安全與準確計量,還確保了公司鐵路物流的暢通,降低了備用軌道加 工成本與備用軌道的庫存,設備檢修維護量大大減少。也說明我們攻克降低軌道衡專用鋼軌“斷軌” 故障的技術難關成效顯著。 作者簡介 譚曉彪,湖南省湘潭市湘鋼設備管理部計量車間,計量工程師,從事計量工作 30 多年,在國 內各類報刊雜志發表稱重計量論文 20 多篇。 地址:湖南湘潭湘鋼設備管理部計量車間 郵編:411100 手機:13973243022 電話:0731-58652267 電子郵箱:txb.316@.163.com

    文章來源:中國衡器網——作者:譚曉彪 發表日期:2015年4月



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