CRTSⅡ型轨道板精调用定位调整器设计方案

摘要： 本文作者经过仔细的研究和实践，在受力和结构方面对适用于crtsII型轨道板的从德国进口的定位调整器做出了部分修改并应用到实际设计与生产过程中，得到了用户的好评。

Abstract： The author， after careful research and practice， modified the force and structure aspects of positioning regulator imported from Germany for the CRTSII track plate， and applied it to the actual design and production process. The modified positioning regulator is praised by users.

关键词： 定位调整器；高速铁路；滑板；高度调整螺栓；横向调整螺栓

Key words： positioning regulator；high-speed railway；skateboards；height adjustment bolts；horizontal adjustment bolt

中图分类号：U238 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）14-0106-02

0 引言

定位调整器是用于高速铁路无渣轨道预应力钢筋混凝土CRTSⅡ型轨道板进行精调的专用装备之一。

无渣轨道施工中，在预应力钢筋混凝土轨道板粗放后，将定位调整器安装在轨道板两侧的指定位置，初步确定轨道板位置，并进行轨道板系统支撑。

精调轨道板时，利用测量仪器检测出误差后，应用定位调整器完成轨道板的精调与定位，包括对轨道板进行高程和横向平面位置的调整等。

京津城际高速铁路CRTSⅡ型轨道板施工时，曾应用德国进口的定位调整器（包括国内仿造的定位调整器），施工中存在许多问题。

针对德国进口定位调整器的问题，我们通过改进结构设计，反复试验，取得了较好效果。

1 德国进口的定位调整器在设计和使用中存在的问题及不足

1.1 定位调整器在使用时，特别是水平调整时由于结构不合理水平分力大于摩擦力导致使用中退出或弹出。

1.2 在精调中，定位调整器往往会顶坏轨道板。

1.3 高度调整螺杆的关节球体与螺杆采用分体粘结，使用中常脱落报废。

1.4 横向调整螺栓六角头与螺杆采用分体粘结，使用中常脱落报废。横向调整螺栓螺纹易损坏。

1.5 滑板组挡销容易脱落丢失。

1.6 钩舌厚度25mm，难以适应轨道板底面距地面小于20mm的工况。要使钩舌厚度小于20mm，原结构设计不能达到。

2 改进设计的措施

2.1 针对定位调整器结构进行受力分析 定位调整器在受力后，由于托钩、调整螺母及高度调整螺杆为一个刚体，高度调整螺杆的球面与滑板上的球窝形成回转支承。滑板通过斜面与垫块滑动配合坐落在路基水泥地面上（如图1）。轨道板作用在托钩钩舌上的重力P0会使刚体回转，在托钩上支点处产生阻力F1。

根据受力分析，得出如下关系式

P0 × L1 = F1 × L2（1）

L1——调整螺杆的球面支承点到托钩钩舌上的重力P0作用点处距离。

L2——调整螺杆的球面支承点到托钩上支点处的距离。

通过调整螺杆的球面传给滑板的力为P0'、F1'，

F1'= F1 P0'= P0.

分力F1'促使垫块后退，垫块与地面的摩擦力Q阻止垫块后退，当Q>F1'+P0'sinα（2）

时垫块不会发生后退。

α——滑板、垫块滑动配合斜面与地面夹角。

根据上式，为了不使垫块后退，可采用减小分力F1'、减小滑板、垫块滑动配合斜面与地面夹角、直接增大磨擦力等措施。由于F1'=F1，为减小F1，可通过减小力臂L1或增大力臂L2实现。

2.2 确定垫块底面与混凝土地面的摩擦系数与力臂的比值 通过对定位调整器结构进行受力分析得知，增大垫块与地面的摩擦力Q、减小促使垫块后退的分力F1'、减小滑板、垫块滑动配合斜面与地面夹角可有效防止定位调整器工作中不被弹出。

增大垫块与地面的摩擦力Q的措施为在垫块底面加工沟槽，增大其与地面的摩擦系数。

垫块与地面的摩擦力Q=f×P0（f-为垫块底面与地面的摩擦系数），由（1）（2）式得：

f×P0>P0×L1/L2+P0sinα

则垫块底面与地面的摩擦系数f>LI/L2+sinα时垫块不会发生后退。

现行设计手册中缺少钢铁与水泥的确切摩擦系数参数，小组成员通过反复调整力臂长度及垫块底面沟槽形状，测得垫块底面与混凝土地面的摩擦系数大约为0.45。当L1/L2最大比值调整为0.35时、α≤3°调整器达到基本稳定（德国调整器约为0.37、α=5°处于临界状态），确定托钩总长度为181mm。

在试验中，发现进行高度调整时调整器工作稳定，而进行水平调整还存在垫块后退现象。经分析调整器的垫块与滑板配合设计结构，因为垫块与滑板配合相对水平地面有1：10的斜面存在，水平调整时会产生约10%重力的分力，使后退合力大于摩擦力Q。通过改设计将调整器的垫块与滑板配合斜面调整为1：20的斜度，减小重力产生的水平分力，通过实验调整器工作很稳定。

2.3 通过采取优化钩舌形状等措施，减少了调整器顶坏轨道板的几率。

顶坏轨道板的主要原因是调整器与轨道板接触处应力过于集中，即接触面积太小。

解决措施是适当增加受力面的面积，同时提高调整器托钩上方受力面的平面度，使其同时受力。

改进B型调整器钩舌结构，避免与轨道板棱角接触。

改进A型调整器钩舌结构，使其与轨道板上的定位块配合更加合理，避免挤坏轨道板。

2.4 改变螺钉连接为销钉连接，并采用埋入式消除销钉消除脱落隐患。销钉固定在滑块上随滑块移动，在内垫板上铣槽避让移动销钉，槽的深度限制销钉脱落，在槽的一端开始设计时采用M4X10内六角螺钉（如图2）阻挡销钉水平移动脱落，在批量生产时螺孔加工效率低，在实际使用中螺钉同样面临松动脱落问题，采用弹性销（如图3）可有效防止使用中松动脱落问题，而且提高生产效率，适应野外作业工况。

2.5 滑板组设计适应距地面最小20mm的工况 为满足轨道板底面距地面最小20mm的工况，垫块小端厚度由原来的25mm，改为20，大端厚度不变（为保证M16横向调整螺栓孔原有的强度），垫块和滑板长度都要加长30mm（见图4），这样不仅增加了重量也加大了加工难度，况且M16横向调整螺栓孔与斜垫块底面之间的距离太小，在工作时粗糙的水泥地面将压变形螺栓孔而影响使用。技术人员经过反复推算、绘制和讨论将垫块上的横向调整螺栓孔改设计在滑板上，这样垫块小端厚度改为小于20mm后，由于没有螺纹孔，长度可不变，也从根本上消除了此前的结构和使用缺陷。（见图5）

2.6 高度调整螺杆设计 将高度调整螺杆的关节球体与螺杆做为整体，强度高，克服了由于黏结不牢固易脱落的问题（如图6）。高度调整螺杆螺纹采用滚压加工工艺，螺纹面光洁度高，螺纹表面材料经冷做硬化强度提高，耐磨损，耐疲劳，延长使用寿命；丝扣底部为设计为圆弧面（类似于园弧螺纹），适应于污染大易生锈的作业环境。调整螺杆上部六方头部设计为圆钢冷挤压加工，在大批量加工六角面时能严格保证六方尺寸精度，便于施工现场不同套筒扳手的互换作业使用，同时六角头部经冷挤压极大提高了机械强度，生产效率也得到了极大提高。

2.7 横向调整螺栓设计 将横向调整螺栓设计为整体，强度高，克服了由于黏结不牢固易脱节的问题（如图7）。横向调节螺杆上部六方头部设计为圆钢冷挤压加工。

我公司设计制造的CRTSⅡ型轨道板定位调器通过到中铁十四局房山板厂进行铺设现场联调试验，结构合理，操作方便，性能可靠，改进和弥补了德国进口定位调整器的缺陷和不足，满足了京沪线轨道板高度和横向调整量的要求，在中国中铁股份有限公司工业设备部组织的板式无碴轨道施工工艺及铺装设备技术研讨会上就定位调整器主要技术参数、结构特点进行了答辩，并对产品进行了展示，受到了专家的好评。

参考文献：

[1]GB/T15706《机械安全 基本概念与设计通则》.

[2]GB/T14092.5《机械产品环境条件 工业腐蚀》.

[3]GB985《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》.

[4]Q/ZB74《焊接通用技术条件》.

[5]GB/T12469-90《焊接质量保证钢熔化焊接头的要求和缺陷分级》.