鐵路大號碼道岔合理線型設置的仿真研究

2010-07-27 02:53:48孫加林宣言王樹國

鐵道建筑 2010年8期

孫加林，宣言，王樹國

(1.中國鐵道科學研究院鐵道科學技術研究發展中心，北京 100081;2.中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

1 客運專線道岔線型簡介

1.1 側向速度80 km/h道岔線型

目前側向通過速度為80 km/h道岔線型為導曲線半徑1 100 m的單圓曲線，但在尖軌尖端附近，為改善機車車輛逆向進岔和順向出岔的運行條件，有研究認為半徑R=1 100 m導曲線起點與基本軌應相離一段距離，即采用斜切線和圓曲線相連接的線型[1]。通過對兩種線型離尖軌3 mm斷面后尖軌厚度的比較，發現兩者差異最大，相離線型間接起到了加厚尖軌的目的，這對延長曲尖軌的使用壽命是有利的[2]，相離線型道岔用于渡線的平面布置如圖1所示。

1.2 側向速度160 km/h道岔線型

為了提高側向過岔速度，需要加大道岔號碼。目前道岔側向通過速度可以達到160 km/h及以上，側線線型主要有圓緩、緩圓緩等兩種形式。為了比較兩種線型的動力學性能以及緩圓緩線型設置方案的選擇，主要將考慮以下3種側線線型設置方案，3種方案均按側向通過速度160 km/h設計。

1)圓緩線型:側向線型先是半徑R=5 000 m的圓曲線(與直線相切)，然后緊跟一段緩和曲線，最后過渡到直線，道岔全長157 200 mm。

2)緩圓緩線型:側向線型先是一段緩和曲線，過渡到R=4 483.67 m的圓曲線，然后再接一段緩和曲線，最后過渡到直線，道岔全長157 200 mm，該方案采用了加大中間圓曲線半徑、減少進岔緩和曲線半徑的思路[3]。

3)緩圓緩線型:側向線型先是一段緩和曲線，過渡到R=4 100 m的圓曲線，然后再接一段緩和曲線，最后過渡到直線，道岔全長136 000 mm;該方案采用了加大進岔緩和曲線半徑、減少中間圓曲線半徑的思路[3]。

2 側向速度80 km/h道岔兩種線型仿真分析

前面對兩種側向速度80 km/h的18號道岔線型分析是基于質點運動學理論或靜態分析，雖然相離式線型有利于尖軌結構形式的設計，但對兩種道岔線型本身的影響應進行動態評估。采用車輛—軌道動力學模型[4]，由于是純線型分析，暫不考慮道岔區結構形式的影響，車輛模型為國產和諧號動車組[3]，鋼軌采用國產60 kg/m軌，需輸入參數包括:切線長、圓曲線半徑、夾直線長度以及沖擊角等[5]。兩種道岔動力學分析結果如圖2～圖5所示。

從以上計算結果可以看出:兩種線型在車體橫向加速度、輪軌橫向力等橫向動力響應以及輪軌垂向力、輪重減載率等垂向動力響應方面，數值相差無幾;但相離線型出現振動的位置要稍靠后，結合尖軌結構形式(尖軌前端比較薄弱)認為對受力是有利的，也驗證了間接達到加厚尖軌的目的。

3 側向速度160 km/h的道岔線型設置方案比選

圖1 相離線型道岔用于渡線的平面布置(單位:m)

圖2 兩種線型車體橫向加速度對比(單位:m/s2)

圖3 兩種線型輪軌橫向力對比(單位:N)

利用以上建立的車輛—軌道動力學模型，對1.2中三種線型設置方案進行動力學性能比選，仿真結果如圖6～圖9所示(圖中線路距離前100 m為仿真計算平衡距離，100～150 m為轉轍器區域，220～250 m為轍叉區域)。

圖4 兩種線型輪軌垂向力對比(單位:N)

從計算結果可以看出，在轉轍器區域(100～150 m)和轍叉區域(220～250 m)車體橫向加速度、輪軌垂/橫向力以及輪重減載率等動力學指標按從大到小的順序為:方案一、方案二、方案三。在其它連接部分排列順序為:方案三、方案二、方案一。由于道岔的轉轍器和轍叉存在結構固有不平順，為岔區行車的薄弱環節，所以提高這兩個區域的動力學性能應為主要研究目標。因此，認為方案三的輪軌動力特性最優。