辙叉

一股钢轨越过另一股钢轨的设备

辙叉是指使车轮由一股钢轨越过另一股钢轨的设备，由叉心、翼轨和联结零件组成。

设备介绍

按平面形式分，有直线辙叉和曲线辙叉两类；按构造类型分，有固定辙叉和活动辙叉两类。

直线式固定辙叉分两种，即整铸辙叉和钢轨组合式辙叉。

整铸辙叉用高锰钢浇铸的整体辙叉。高锰钢是一种锰、碳含量均较高的合金钢，具有较高的强度、良好的冲击韧性，经热处理后，在冲击荷载作用下，会很快产生硬化，使表面具有良好的耐磨性能，同时，由于心轨和翼轨同时浇铸，整体性和稳定性好。

钢轨组合式辙叉用钢轨及其他零件经刨切拼装而成，由长心轨、短心轨、翼轨、间隔铁、辙叉垫板及其他零件组成。它取材容易，无特殊工艺要求，加工制造方便，但零件多，养护工作量大，已很少使用。

辙叉按钢轨型号区分有：8kg/m、12kg/m、15kg/m、18kg/m、22kg/m、24kg/m、30kg/m、38kg/m、43kg/m等型号。按辙岔号数区分有：2号、3号、4号、5号、6号、7号、8号、9号、10号等。按类型可分为：低合金钢整铸和钢轨拼制两种。

材料研究

制定了高锰钢辙叉材料标准，各国制定的高锰钢辙叉的化学成分和机械性能标准略有差别，然而与Hadfield 发明初期的化学成分和机械性能没有大的变化。

原始材料

高锰钢辙叉的基本化学组成就是C、Mn、Si、P 和S，其中C 和 Mn 为要求合金元素组元，它们是保证钢获得单相奥氏体组织，并产生加工硬化的元素；而 Si、P、和 S 为杂质组元，其中，P 对高锰钢辙叉的使用寿命产生重要影响。正是由于P 对高锰钢辙叉使用寿命危害最大，因此，对高锰钢辙叉化学成分标准规定的差别主要在于对P 含量的上限要求。

增加高锰钢的 P 和 C 含量，高锰钢辙叉因踏面过度磨损而失效的现象会减少，而且C 和P 对高锰钢辙叉耐磨性的影响几乎一致。

新材料

开展了大量辙叉用高锰钢材料的研究与生产实践。通过向高锰钢中加入 Cu 或者V、Ti等进行再合金化处理，加入 Cu 的目的是为了提高高锰钢辙叉的自润滑性能，降低轮轨之间的摩擦力，从而提高高锰钢辙叉的使用寿命。加入微量合金元素V 和 Ti 的目的是为了细化奥氏体晶粒，提高高锰钢的强度，从而提高高锰钢辙叉的使用性能。研究结果表明，ZGMn13Cu1Nb0.05 钢不仅奥氏体晶粒均匀细小，而且常规力学性能优异。应用于铁路辙叉的材料中，Hadfield 高锰钢依然是“最实用的金属”。

研究展望

为了进一步提高 Hadfield 高锰奥氏体钢的使用寿命已经做了大量的研究和探索，并得到许多收获。将来，高锰奥氏体钢仍将在铁路辙叉领域扮演十分重要的角色。当今铁路正向着高速、重载和跨区间无缝方向发展，这对辙叉的性能提出更高的要求，为满足铁路发展的要求，研究高锰钢辙叉新材料具有巨大的理论研究和实际工程意义。

研究进展

铁路辙叉是使火车车轮由一股线路转换到另一股路线的轨线平面交叉设备，随着铁路向重载、高速方向发展，对辙叉提出了更高的要求，迫切需要开发出一种综合性能比高锰钢更优异的新型辙叉材料，来满足高速、重载和跨区间无缝铁路的要求。贝氏体钢因其具有高的强度、适当的韧度和硬度而表现出优良的抗接触疲劳和耐磨性能，尤其是它具有优异的焊接工艺性能，使它成为制作重载、高速铁路用辙叉的理想材料之一。

国外研究进展

1980 年，英国首先开展了贝氏体辙叉的研究，并研制了代号为Titan 的贝氏体辙叉钢，到1998 年英国铁路己铺设了1 000 多组这种贝氏体钢辙叉。

研究的目标是得到强韧性及耐磨性大于高锰钢整铸辙叉的贝氏体钢辙叉，要求有高的抗冲击变形能力及良好的耐磨性能。通过两种方式来实现这一目标：一是合金化，以Mo-B 为基本成分，添加 Cr，Ni 等合金元素，以提高材料的强韧性，并希望在空冷条件下得到以贝氏体为主的组织；二是通过调整热处理工艺来获得贝氏体组织。

国内研究进展

1998 年研制了具有良好低温冲击韧性的新型 Si-Mn 系贝氏体辙叉钢，该钢的硬度为 45 HRC，抗拉强度大于1 500MPa，为我国贝氏体钢辙叉的研究和应用奠定了基础。

开发了 Al-W 系锻造贝氏体钢固定型拼装辙叉，解决了贝氏体钢辙叉的氢脆问题，并且发现，Al 可以大幅度降低高强贝氏体钢的氢脆敏感性，因此，Al-W 系锻造贝氏体钢是一种制造铁路辙叉安全性能最高的材料。

铁道部 (2005) 165 号文规定，用于制造铁路辙叉的贝氏体钢的抗拉强度大于 1 240 MPa，常温冲击韧性大于 70 J/cm2，-40℃时的低温冲击韧性大于 35 J/cm2，硬度38~45 HRC，根据此规定指导我国辙叉用贝氏体钢化学成分的设计。

该贝氏体钢冶炼以后通过连铸热轧成标准铁路钢轨，轧制后在空气中冷却至室温，可获得优异的综合力学性能，同时具有很好的焊接性能。这种全贝氏体钢辙叉具有优异的机械性能，同时还具有高的使用寿命。

接触不平顺

为揭示高速道岔辙叉区不平顺特性，通过分析心轨、翼轨的结构特点，采用最小距离搜索法，建立了辙叉区轮轨接触计算模型，分析了不同藏尖结构和车轮踏面的轮轨接触不平顺规律。结果表明：不平顺最大值出现于轨距测量点由翼轨向心轨转移处和轮轨接触点由翼轨向心轨转移处；同一种藏尖结构和车轮踏面，横向不平顺远大于竖向不平顺；采用水平藏尖结构并分别在心轨顶宽10.0，15.0，35.0mm 处降低 10.0，3.0，0.0mm，能有效控制不平顺；随着列车运行和车轮磨耗，不平顺会出现横向增大、竖向减小的现象。

辙叉区

轮轨接触不平顺即列车在轨道上运行时轮轨接触点在横向及竖向变化。在车轴中心线与轨道中心线完全重合的前提下，列车在理想线路上运行时，轮轨接触点相对于轨道、轮对的位置不变，不存在不平顺现象。但是由于辙叉区翼轨、心轨截面宽度及高度不断变化，接触点既有可能在翼轨上，也有可能在心轨上，接触点位置随截面位置的不同而改变，从而产生了轮轨接触的横向及竖向不平顺。

竖直藏尖结构

竖直藏尖结构，尖端降低值为 23.0 mm，车轴中心线与线路中心线重合时轮轨接触不平顺。辙叉区不平顺受车轮踏面型式的影响较大，磨耗到限踏面的横向不平顺最大，而磨耗型踏面的竖向不平顺值最大。列车长期运营以后，车轮会产生大量磨耗，辙叉区的横向不平顺增大，竖向不平顺减小，轮轨接触点外移，辙叉部位会出现明显的翼轨轨顶‘’ 光带” 外移现象。

水平藏尖结构

水平藏尖结构，轨顶宽 500 mm 时降低值为 0.0mm，车轴中心线与线路中心线重合时的轮轨接触不平顺，磨耗到限踏面的横向不平顺最大，而磨耗型踏面的竖向不平顺值最大。磨耗型踏面的横向不平顺在轮轨接触点由翼轨向心轨转移的瞬间达到最大，其后趋于稳定；而锥形踏面和磨耗到限踏面在轨距测量点由翼轨向心轨转移处及轮轨接触点由翼轨向心轨转移处产生较大的不平顺值，其后逐渐趋于稳定。

轮对横移

轮对发生横移时，辙叉区的轮轨接触关系发生改变，横向、竖向不平顺将发生变化，采用磨耗型踏面时，横向不平顺最小，竖向不平顺较锥形、磨耗到限踏面稍大。水平藏尖结构对于减小轮轨接触不平顺具有明显的优势。

水平藏尖结构对于减小车轮在辙叉部分的横向不平顺很有利，尤其对于磨耗型踏面最为明显。采用水平藏尖结构时，磨耗型和锥形踏面的竖向不平顺也较采用竖直藏尖结构时小，但磨耗到限踏面的竖向不平顺稍大。高速道岔辙叉采用水平藏尖结构并分别在心轨顶宽 10.0，15.0，35.0mm 处降低10.0，3.0，0.0mm有利于减小轮轨接触不平顺。

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