59R2槽型鋼軌3號4.2 m間距交叉渡線的研制

鄭 會 鋒

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

0 引言

交叉渡線一般由四組單開道岔和一組菱形交叉組合而成，可縮短站場長度，減少占地面積，因此得到廣泛應(yīng)用。《道岔設(shè)計手冊》中，線間距很小(4.1 m～4.2 m)時，單開轍叉和銳角轍叉的“有害空間”在線路方向上部分或全部重疊[1]；GB 50157—2013地鐵設(shè)計規(guī)范中，4.6 m線間距的交叉渡線一般為改造過程或困難條件下使用[3]。可看出線間距小主要表現(xiàn)在單開、銳角轍叉的“有害空間”在線路方向上部分或全部重疊，不能單獨(dú)設(shè)置護(hù)軌，及兩方向曲線間直線長度小于車輛全軸距。線間距小使道岔結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，行車條件十分不利，設(shè)計時應(yīng)引起足夠重視。

59R2槽型鋼軌3號4.2 m間距交叉渡線單開轍叉和銳角轍叉的“有害空間”部分重疊，不能單獨(dú)設(shè)置護(hù)軌，且兩反向曲線間直線短，是小號碼小間距道岔，設(shè)計時不僅要考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，還應(yīng)確保其營運(yùn)安全性。

1 設(shè)計原則和研究內(nèi)容

1.1 設(shè)計原則

1)平面線型符合線路設(shè)計要求。

2)單開部分同本項(xiàng)目用59R2槽型鋼軌3號單開道岔主要尺寸及結(jié)構(gòu)。

3)軌下基礎(chǔ)為整體道床，采用無枕彈性扣件。

4)轍叉主體結(jié)構(gòu)為整體式。

1.2 研究的主要內(nèi)容

1)道岔平面線型的設(shè)計。

2)整體式轍叉結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3)單開轍叉、銳角轍叉及鈍角轍叉護(hù)軌的設(shè)置。

2 確定設(shè)計參數(shù)

2.1 主要設(shè)計參數(shù)

1)道岔容許通過速度同單開道岔。

2)軸重：不大于12.5 t。

3)軌距：1 435 mm，菱形交叉部分軌距采用1 440 mm。

4)道岔不設(shè)軌道電路。

5)軌下基礎(chǔ)：整體道床，無枕彈性扣件。

2.2 車輛參數(shù)

采用本項(xiàng)目的車輛機(jī)車參數(shù)。

2.3 道岔平面設(shè)計控制參數(shù)

常用的基本參數(shù)有三項(xiàng)：動能損失容許值、未被平衡的離心加速度容許值、未被平衡的離心加速度增量容許值[1]。《道岔設(shè)計手冊》,TB/T 2477鐵路道岔的容許通過速度和GB 50157—2013地鐵設(shè)計規(guī)范中均有論述，綜合考慮道岔使用工況，選用我國鐵路道岔采用的控制參數(shù)設(shè)定值：

動能損失容許值：ω0≤0.65 km2/h2；

未被平衡的離心加速度容許值：α0≤0.65 m/s2；

未被平衡的離心加速度增量容許值：φ0≤0.5 m/s3。

3 平面線型及主要結(jié)構(gòu)

3.1 平面線型

59R2槽型鋼軌3號4.2 m間距交叉渡線的單開部分與同項(xiàng)目單開道岔平面線型主要尺寸保持一致；按Ⅰ型設(shè)計，軌距為1 435 mm，菱形交叉部分及單開轍叉下股軌距采用1 440 mm，在單開道岔轍叉趾端前逐漸過渡到1 435 mm，加寬引起單開轍叉理論尖端后移，通過調(diào)整配軌長度調(diào)節(jié)，保證單開道岔中心不變。

3.2 主要結(jié)構(gòu)

1)導(dǎo)軌采用59R2槽型鋼軌制造；轉(zhuǎn)轍器為焊接框架式結(jié)構(gòu)，尖軌采用50AT1鋼軌制造，水平藏尖3 mm，尖軌密貼段范圍加厚3 mm。

2)尖軌設(shè)一個牽引點(diǎn)。

3)轉(zhuǎn)轍器部分墊板垂直于道岔直股，轍叉部分墊板垂直于轍叉角平分線，其余墊板垂直鋼軌。

4)轍叉為高錳鋼轍叉整鑄式，趾跟端軌頭、420 mm范圍內(nèi)魚尾空間加工成59R2鋼軌斷面與線路連接。

5)轍叉翼軌、護(hù)軌按不設(shè)置抬高設(shè)計，頂面與鋼軌平齊。護(hù)軌采用耐磨材料。銳角轍叉、單開轍叉曲股護(hù)軌，由各自翼軌起護(hù)軌作用。

6)銳角轍叉、鈍角轍叉轍叉角較大，為確保過岔平穩(wěn)，輪緣槽深度最小值hmin，初始值按新車輪輪緣、踏面同時接觸轍叉設(shè)計，并設(shè)過渡段。

7)銳角轍叉與鈍角轍叉連接接頭受空間及轍叉結(jié)構(gòu)影響，接頭采用特殊結(jié)構(gòu)連接形式。

8)道岔軌下基礎(chǔ)為整體道床無枕式，為便于鋪設(shè)、調(diào)試，道岔區(qū)設(shè)置連接桿，保持框架穩(wěn)定。

3.3 道岔連接部分

菱形部分連接有多種方式，通過比選采用優(yōu)化方案見圖1。銳角轍叉趾端與鈍角轍叉端頭直接相連；在空間、轍叉結(jié)構(gòu)限制接頭處采用四孔特殊接頭連接；單開轍叉直股跟端加長至對稱中心；連接部位導(dǎo)軌接頭少。為減少錯牙以及鋪設(shè)難度，通過控制轍叉趾、跟寬制造精度來保證要求。

4 分析優(yōu)化結(jié)構(gòu)

4.1 平面設(shè)計控制參數(shù)

按確定的三項(xiàng)基本控制參數(shù)對59R2-3-4.2 m間距交叉渡線進(jìn)行檢算：

動能損失：ω=V2sin2βc=0.32 km2/h2。

其中，βc為沖擊角；V為運(yùn)行速度；R為導(dǎo)曲線半徑，取25 m;l為全軸距。

通過檢算，道岔平面設(shè)計的三個基本參數(shù)均在控制范圍內(nèi)。

4.2 未被平衡的離心加速度時變率

車輛全軸距為9.565 m，兩單開導(dǎo)曲線之間的夾直線長度遠(yuǎn)小于一個車輛的全軸距，當(dāng)車輛的全軸距大于夾直線長度時，車輛還未走出第一組道岔的導(dǎo)曲線就又進(jìn)入了第二組道岔的導(dǎo)曲線，車輛運(yùn)行狀態(tài)與通過單開道岔情況不同，此時由未被平衡的離心加速度時變率[2]可得出φ：

其中:V為列車走行速度，m/s；R為導(dǎo)曲線半徑，m；lc為全軸距，m；lz為夾直線長度，m。

通過計算，列車在通過交叉渡線時未被平衡的離心加速度時變率滿足要求。

4.3 轍叉防撞尖

有軌電車轍叉的特殊性，車輛順向通過時輪緣沖擊轍叉非工作邊尖端，逆向通過時車輪輪緣撞擊心軌尖端，如圖2所示。

綜合考慮軌距、查照間隔、護(hù)背距和養(yǎng)護(hù)維修等條件，由計算可知，逆向過岔時，軌距不允許出現(xiàn)負(fù)向容許限度；順向過岔時，軌距不允許出現(xiàn)正向容許限度。為保證在不利條件下，尖端不會受車輪撞擊，對實(shí)際尖端兩側(cè)面各切去5 mm，刨切向后順延50 mm～100 mm過渡。

4.4 轍叉垂向不平順分析

轍叉鋪設(shè)在地面以下，且不能影響社會車輛和行人的正常通行，翼軌不設(shè)置抬高，車輪在翼軌和心軌間運(yùn)行時，錐形踏面車輪先逐漸下降又逐漸恢復(fù)到原水平面，加大車體的振動和搖擺。在轍叉角較大時必須克服這種垂直幾何不平順，為保證車輛運(yùn)行安全和延長道岔使用壽命，對轍叉角較大的銳角、鈍角轍叉輪緣槽深度初始值按新車輪輪緣、踏面同時接觸轍叉設(shè)計，以彌補(bǔ)翼軌無抬高引起的垂向不平順，減少車輪對心軌的沖擊，利于車輛平穩(wěn)運(yùn)行。

4.5 有害空間的防護(hù)

單開轍叉?zhèn)认颉J角轍叉不能單獨(dú)設(shè)置護(hù)軌，由各自的翼軌起護(hù)軌防護(hù)作用。考慮翼軌平直段咽喉側(cè)受車輪沖擊，引起折點(diǎn)圓弧變大，平直段變短，降低翼軌防護(hù)能力。經(jīng)分析咽喉折點(diǎn)圓弧變大時，一側(cè)車輪離開翼軌平直段之前，另一側(cè)車輪輪緣已進(jìn)入心軌工作邊，車輪通過“有害空間”始終有固定的引導(dǎo)。鈍角轍叉采用自護(hù)方式。

5 結(jié)語

有軌電車59R2槽型鋼軌3號4.2 m間距交叉渡線為車輛段出入場“咽喉”位置的主要道岔，其號碼小、間距小，行車條件復(fù)雜。通過設(shè)計、檢算、制造及試鋪完成了道岔的研制，后續(xù)結(jié)合線路使用情況，進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以延長道岔使用壽命，減少養(yǎng)護(hù)維修工作量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鐵道第三設(shè)計院.道岔設(shè)計手冊[M].北京：人民鐵道出版社，1975.

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[4] 徐彩彩,劉道通,田苗盛.小線間距單渡線安全性研究[J].鐵道工程學(xué)報,2012(2)：72-77.