[科普中国]-普通钢轨接头

普通钢轨接头(ordinary rasl joint)是指用钢制接头夹板和螺栓，弹簧垫圈等零配件联结两根同类型钢轨的钢轨接头。用于不设轨道电路并无其他特殊要求的普通线路接头设备1。

简介普通钢轨接头(ordinary rasl joint)是指用钢制接头夹板和螺栓，弹簧垫圈等零配件联结两根同类型钢轨的钢轨接头。用于不设轨道电路并无其他特殊要求的普通线路接头设备1。

钢轨接头病害分析及焊补方法钢轨接头病害是线路三大薄弱环节之一。要养护好钢轨，我们必须对钢轨接头病害的原因有所了解，下面我先谈一谈我对钢轨接头病害分析及焊补方法1。

接头病害的主要表现形式
钢轨接头病害主要表现为接头区钢轨破坏和道床破坏。接头区钢轨破坏表现为轨头的打塌、剥离、鞍型磨耗及螺栓孔裂纹。接头区道床破坏表现为道床的沉陷、坍塌和板结1。

钢轨接头病害的主要原因分析
（1）接头构造的缺陷1 钢轨接头构造的缺陷有轨缝、台阶(动载条件下的高低错台)、折角，使车轮通过时引起附加动力荷载，具有冲击荷载性质。这些冲击附加力为正常轮载的2至3倍。冲击力的作用使钢轨端部、夹板挠曲，使钢轨顶面、夹板及连接零件磨耗。由于轨缝的存在，车轮通过钢轨接头时，驶入端高于驶出端产生台阶，产生接头下陷形成的折角。三种情况是同时出现的，以轨缝存在为前提，是车轮通过接头产生冲击动力荷载的主要因素。冲击附加动压力的大小与轮重、轮径、行车速度及接头状态有关。冲击附加动压力与轨缝、阶、折角的关系表现为：①在轮重、轮径及行车速度相同情况下，与轨缝大小成线性关系，缝越大，附加动压力越大。在重载的情况下，大轨缝的危害更加严重。②车轮的下向动力冲击速度与台阶高度平方根成正比，与车轮半径平方根成反比。由于车辆轮半径小，列车编组中车辆占绝大多数，就车轮的动力冲击作用，车辆比机车要大得多。若存在静态的钢轨接头错台，相错量越大，车轮的动力冲击作用越大。③对于存在折角的钢轨动力接头，下向冲击速度与轨道刚度成正比，与轨端下沉量成正比，与行车速度成正比。
（2）钢轨接头部位道床变形原因
普通轨道的结构形式必然产生轨道变形。轨道变形分为弹性变形和永久变形，其中道床变形是轨道产生永久变形积累的主要来源。
在机车车辆的荷载压力与振动冲击作用下，引起道床松动和不均匀下沉，进而形成不平顺轨面，与钢轨接头构造上的缺陷叠加所引起的具有冲击性质的附加动力是正常轮载的4至5倍，使轨头内部剪应力、局部应力及弯曲应力增加明显，大幅度减少钢轨所能承受的荷载循环次数，缩短了钢轨使用寿命。钢轨接头的缺陷及轨面的不平顺，加快了道床的振动频率，形成强迫振动，使道碴颗粒间的摩擦系数减小，道床弹性减弱，刚度增加，是钢轨接头溜坍、空吊、板结、翻浆冒泥及轨枕破坏等接头病害发生的主要原因。钢轨接头是轨道结构的薄弱环节，其原因在于轨结构的组合性和散体性与接头构造上的非连续性。

低接头成因分析
1.道床状态不良
经过对滨绥单线488K+500～492K+000的接头调查，发现只要是低接头处所，80%伴随有道砟磨圆、翻白；60%伴随有下沉及空吊板；30%的伴随有翻浆冒泥。道砟磨圆不仅破坏了道床的弹性，而且降低了道砟跟轨枕的黏合力。这在一定程度上破坏了正常的车轮与接头的动力响应关系，由此引起的附加动力荷载变化率非常大，类似于冲击荷载。接头处的道床板结或翻浆冒泥，破坏了道床的整体性和连续性，从而接头会受到剧烈的冲击和振动，久而久之形成了低接头。另外，道床给轨道结构的阻力不够，例如道床的厚度不足、砟肩堆高不足及宽度不够等，这也是加剧接头病害产生的原因之一1。
2.接头不平顺
接头不平顺一般情况主要有高低错牙、左右错牙、轨头掉块、鞍形磨耗、支嘴等。这些病害的存在，使接头上钢轨驶入端和驶出端轨面所形成的折角增大，在一定程度上加大了对轨道连续性的破坏，使接头完全接受了来自车轮的各种荷载，加速了低接头的形成。
3.夹板及轨缝状态不良
对于新上线路的接头，由于列车车轮对接头无数次的冲击，使得夹板在一定时间后形成了台式磨耗，如果接头螺栓再有松动情况，这样就容易出现空吊板，在一定程度上也加速了低接头的出现。轨缝也是造成低接头的原因之一，因此，如何正确的设置轨缝，对于接头的养护也很关键。
4.养护维修不到位
低接头的出现跟平时的养护和检查有很大的关系。捣固不及时或者说捣固不到位，平时缺少对接头不平顺的检查和打磨，有些情况下只垫不捣，导致接头垫片越来越厚，而接头也越来越低，对松动的接头螺栓没有及时的复紧等。
对既有低接头的整治必须建立一套完整科学的养护模式，并且要提高其质量储备期，从根源上和基础上控制设备病害的发生和发展。必须树立全方位、立体化养护的理念，使接头的整治从基础到上部、从附属到主体，既能提高设备的整体稳定性，又能使设备出现的病害及早消除，相对减少接头养护成本的支出，提高接头的保安能力。

整治低接头病害对策
1.道床的整治
对于低接头处所的5～7孔范围内的道床首先进行全面的清筛处理。清筛前应准备一定量的优质道砟，对原来的磨圆道砟进行更换。枕下清砟厚度最好保持300mm以上，并做好排水坡，以防止接头处所的翻浆冒泥，消除接头处所的线路板结。回填道砟时一定要饱满，以增加道砟跟轨枕的粘着力，并且道床断面应符合《修规》规定，堆高砟肩，适当增加外股道床宽度，并分层次夯拍，增加道床阻力。
2.轨枕及配件的整治
对接头处所的10根轨枕进行方正处理，对于低接头的整治效果十分明显。察看枕木底部是否有掉块现象，如果有必须进行更换新枕，否则接头处所会因轨枕支撑面不足而产生空吊板现象，同时平时的捣固也起不到应有的作用，不能提高整体的稳定性。
3.捣垫结合的整治
如果由于某些条件限制，清筛和换枕都无法完成的情况下，就需要采取捣垫结合的整治方法。对垫板较厚的接头，撤除接头处4根轨枕上的大胶垫，更换为2mm的调高垫片，然后反复的进行捣固，不断的加强道床的强度，消除下沉和空吊板。经过一段时间的稳定期后，观察如果有下沉或者空吊板达到3mm以上时，就需把原来2mm的调高垫片更换为5mm的大胶垫，并且再次进行反复的不起道捣固。这个过程可以反复循环的进行，唯一的缺点就是比较费时费力。以上所更换的大胶垫最好使用TD型高弹性复合橡胶垫板，增加接头部位的弹性，减少列车对接头的冲击作用。
4.夹板的整治
普通夹板经过一段时间后，基本上都形成了一定的硬伤。一种做法就是互换里外口夹板，目的是消除或减少接头驶入端和驶出端的轨面不平顺。但这种做法最好不要用在正线，因为一旦夹板有问题，不管如何互换都不会解决问题，只是减轻问题的严重性而已。此时最好是更换新夹板，或者加工预弯夹板，预弯夹板的上弯量尽量保持在2～4mm为宜。预弯夹板的使用还要注意绥佳线的接头杜绝使用，一般用在低接头病害比较严重的处所。另一种做法就是外口安装减震夹板，主要是减缓车轮对钢轨接头的冲击力。安装减震夹板必须注意观察钢轨状态，如果钢轨垂磨比较严重，安装时就需考虑是否会引起晃车，根据现场的实际情况，灵活掌握。新安装的夹板要注意接头螺栓的扭力矩一定要达到要求，安装当天就应复紧至少3列车，次日再复紧一遍。只有这样，理论上才能达到螺栓扭力矩的要求，从而减小列车对轨头和夹板的破坏。
5.轨端的处理
轨端的处理包括打磨、匀缝，钢轨有硬弯的可以进行弯轨。对马鞍形接头进行打磨，用1m的直尺进行测量，矢度不大于0.2mm。有一点需要说明的是打磨的前提必须保证接头附近高低、水平相对没有超限的情况下进行的。使用碗形砂轮研磨时，先研磨中部到要求深度，再向两端侧研磨，最后整修圆弧。使用平形砂轮研磨时，可从一侧向另一侧来回进行研磨。研磨后轨面高度相当于小腰部位的钢轨高度。用1m直尺检查，要求达到平整、均匀。马鞍形打磨可以保证轨面的平顺。其次是对轨端和轨头内侧肥边的打磨，及时消灭轨头高低、左右错牙，轨面及轨距线内侧错牙不得超过0.2mm，可采用液压直轨器矫直接头小硬弯，上紧接头螺栓，达到规定扭力矩，保持接头坚固，也保证接头处的方向和轨距良好。接头的平顺性即接头的作用边和轨面的平直度，是直接造成低接头的因素之一。打磨可以按照周期进行，一般按照一季度一遍较为合理，但遇到特殊情况时就需要灵活调整计划。同时对于轨缝，特别注重轨缝的均匀和保持。在《修规》允许的范围内尽量减小轨缝，对超过构造轨缝（18mm）的轨缝及轨缝成段偏大的地段及时进行调整，以减小列车对接头的冲击力，同时要有计划的加强接头螺栓和扣件螺栓的复紧工作。尤其是每年的3～4月份和9～10月份，分两次进行全面的复紧，既可以保持轨缝的均习，也有利于提高轨道结构的整体稳定性。匀缝时不应太小，也不宜过大。轨缝不足，钢轨升温时无伸长余地，造成瞎缝，严重时使轨道臌曲。轨缝过大，列车通过时冲击作用增大，并在钢轨因降温缩短时，有可能把夹板螺栓拉弯或拉断。

整修建议
1.对于既有线上已经状态严重不良的低接头，可以采取移除接头的方法进行整治。即在接头处插入12.5m～16m的短轨，且对新增加的接头进行焊接，这样在一定程度上能缓解列车的部分冲击力。
2.制作弹性轨枕，即在钢轨底部的轨底槽上刨切一定的深度，安装高强橡胶弹性底座，钢轨直接置于弹性底座上。在一定程度上能缓冲列车的冲击力，不至于接头受损。
对于既有低接头的整治主要坚持捣固为主，垫片为辅，经常打磨的原则。平时应该特别注意接头处所的几何尺寸保持良好的状态。在如今高速、重载、客货混跑的新形势下，必须树立科学养护维修的理念，不断的探索，不断的试验，才能保证行车安全及旅客的舒适性。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学