城市軌道交通用60 kg/m鋼軌9號單開道岔的研制

張 剛

(寶雞中鐵寶橋天元實業發展有限公司，陜西 寶雞 721001)

近年來，我國城市軌道交通以多種制式方式快速發展，35座城市開通運營軌道交通線路，其中地鐵占比在78%以上，道岔作為線路關鍵設備，對軌道運行起著至關重要的作用。60 kg/m鋼軌9號單開道岔，以其通過速度滿足運營要求，道岔占線路區間長度合理，道岔整體性能穩定，技術成熟可靠的優點，成為城軌交通中使用最多的道岔,對該道岔性能提升的研究成為軌道交通中的重點研究課題。

1 道岔總體設計原則

通過速度：直向：100 km/h,側向：35 km/h。

軌下基礎：多采用整體道床，岔枕多采用合成枕、混凝土短岔枕、桁架長枕等。

尖軌：多采用60AT彈性可彎尖軌，藏尖式，跟端設間隔鐵或限位器。

電務轉換設備：采用分動外鎖，設兩點牽引。

滑床板、護軌墊板：以彈條、彈片或彈性夾實現雙側彈性扣壓；或采用彈性滑床板；增設防跳限位裝置；輥輪減磨裝置等。

轍叉：采用高錳鋼整鑄式轍叉，轍叉下設鐵墊板，采用爆炸預硬化處理。或采用合金鋼組合轍叉，以提升轍叉耐磨性，實現轍叉前后可焊接性。

護軌：為分開可調式，采用槽型鋼或標準鋼軌制造，護軌頂面高出基本軌頂面12 mm。

扣件：采用彈性分開可調式扣件，設置軌距塊或軌距墊，其彈條和軌距塊與道岔區間線路保持一致。

彈性墊層：軌下板下均設彈性墊板，多以10 mm,12 mm厚為主，材質一般為橡膠或聚酯彈性體。

其他：按普通接頭設計，適用于無縫線路。岔內一般不設線路坡，可采用順坡墊板實現線路過渡。

2 道岔平面線型設計

2.1 常用單開道岔線型

道岔全長為29 569 mm，前長13 839 mm，后長15 730 mm，采用曲線型，半徑200 m。尖軌采用半割線型，尖軌在39.5 mm斷面前取直。道岔軌距SZ=1 435 mm，SQ=1 440 mm,尖軌刨切范圍內軌距由1 440 mm過渡至1 435 mm；導曲線終點前，側股軌距由1 440 mm過渡至1 435 mm，見圖1。

2.2 道岔平面設計參數

該道岔平面線型中，尖端沖擊角為0°45′24″;

線路容許限度值為：ω0≤0.65 km2/h2，α0≤(0.5～0.65) m/s2，ψ0≤0.5 m/s3，在該平面線型中，各指標均符合。

2.3 道岔平面線型的優點

該平面線型結構不平順控制較好，道岔區內軌距變化率較小。增大尖軌薄弱段的粗壯度，減小車輪沖擊角、動能損失、未被平衡的離心加速度等關鍵參數，從而減小列車運行過程中對道岔產生的橫向力，有利于保持道岔結構穩定性和列車運行的平穩性，提高旅客舒適度，減緩道岔零部件的磨損，延長道岔使用壽命。

3 道岔主要結構設計

3.1 軌下基礎

該類型道岔軌下基礎多以整體道床、混凝土短岔枕或合成枕為主。近年來，由于整體道床道岔施工時，短岔枕道岔不易固定，尺寸精度不易控制，特別是在轉轍器部位，檢測尺寸多，鋪設精度不易保證，道床澆筑后，道岔變形很難進行調整。而采用桁架長枕，可以降低轉轍器部位鋪設難度，鋪設尺寸易于保證，其應用越來越廣泛，見圖2。

3.2 轉轍器

轉轍器基本軌采用60 kg/m鋼軌，密貼范圍進行藏尖銑削；采用60AT藏尖式彈性可彎尖軌，跟端為間隔鐵式或限位器。藏尖結構既可保護尖軌尖端不被車輪軋傷，又可使尖軌在動載荷作用下保持良好的豎向穩定。彈性可彎結構減小尖軌扳動力。間隔鐵式或限位器等跟端結構，可有效傳遞鋼軌溫度力，維持尖軌和基本軌相對位置不變，間隔鐵結構還可有效維持尖軌支距，確保結構穩定，見圖3。

3.3 轉換設備

采用分動外鎖閉，設置2個牽引點，各牽引點動程分別為160 mm,70 mm；在正常養護情況下，尖軌理論總扳動力不大于4 kN。

3.4 扣件系統

道岔扣件采用彈性分開式扣件，多采用Ⅱ型、Ⅲ型、DI系列、DZ系列彈條等。為減緩錨固螺栓橫向受力，增大墊板調距范圍，部分道岔在錨固螺栓處增設復合定位套，見圖4。

3.5 轉轍器主要墊板結構

1)滑床板均采用雙側彈性扣壓，以彈條、彈片或彈性夾扣壓。隨著使用中，為消除銷釘斷裂、臺板開裂現象，部分道岔通過調整滑床臺內腔結構取消銷釘，在彈片后段設限位裝置等方法，對彈片扣壓方式進行了改進，見圖5，圖6。

2)設置輥輪減磨裝置，使尖軌扳動的摩擦形式由滑動摩擦變為滾動摩擦，有效減少尖軌扳動時的摩擦阻力，減緩滑床板與軌底磨損，同時有助于消除長尖軌不足位移，見圖7。

3)彈性滑床板在滑床臺板和底板間設置一個彈性緩沖層，優化了傳統滑床板的接觸狀態，使基本軌和尖軌軌下剛度趨于一致，同時，降低尖軌軌下剛度，減小工作狀態下的振動，可在一定程度提高了行車的舒適性和平穩性，見圖8。

4)防跳限位裝置，尖軌斥離狀態時起作用，利用滾輪壓住尖軌軌肢，防止尖軌跳動，能夠優化輪軌動力學指標，防止或減少尖軌拱腰等病害，改善運行狀態，見圖9。

3.6 轍叉及護軌

1)轍叉采用固定型高錳鋼整鑄式，轍叉下設置鐵墊板。可動心軌轍叉，雖然消除了轍叉有害空間，可提高列車過叉速度，但與固定型轍叉相比，其轍叉長，占用線路空間大，在城軌道岔用應用較少，見圖10。

2)護軌采用分開式可調護軌，護軌頂面高出基本軌頂面12 mm。直側向護軌盡可能采用對稱設計，采用43，50，槽型護軌制造。護軌墊板的結構設計與滑床板底一致，可采用單側彈性扣壓，也可多采用雙側彈性扣壓方式，護軌輪緣槽通過護軌調整片調整，見圖11。

4 道岔主要零件制造工藝流程設計

尖軌：下料鋸切→跟端壓型→調直→銑壓型段軌底→二次下料→鋸切→號鉆孔→銑軌底非工作邊→銑軌底工作邊可彎段→銑軌頭非工作邊→銑軌頭工作邊→銑尖軌降低值→熱處理→頂彎→跟端冒型加工→組裝鋪設。

基本軌：下料→鋸切→號鉆孔→熱處理→頂彎→銑藏尖段→組裝鋪設。

護軌：下料→鋸切→號鉆孔→刨工作邊→刨軌頂面→熱處理→矯正→組裝鋪設。

導曲線：下料→鋸切→號鉆孔→熱處理→矯正→組裝鋪設。

墊板：下料→調平→號鉆孔→機加工→焊接→調平→組裝。

5 道岔鋪設流程設計

線路復測→道岔支撐架架設→轉轍器部位架設→導軌、轍叉、護軌架設→初調道岔水平、位置、高低→岔枕安裝→整體連接→調整方向、水平、高低→調試尖軌密貼→調整道岔軌距、支距→調整各間隔尺寸→全面檢測各項點→道岔固定→混凝土澆筑→混凝土養護→道岔復測→道岔精調→工程報檢驗收。

6 城軌道岔研制新技術應用

6.1 動力學仿真技術應用

利用道岔系統動力學理論,建立輪軌系統動力學計算模型，分析和研究道岔平面線型和道岔區輪軌關系，通過計算各方案車體橫向加速度、脫軌系數、輪重減載率等動力學指標，選擇最優平面線型設計方案。同時，優化道岔結構設計、實現剛度均勻化、對道岔不平順進行動力學分析并控制，對列車過岔時動力作用進行仿真評估。實現道岔設計由靜態設到動態的轉變，大幅度縮短道岔研發周期，全面提升道岔結構的可靠性與安全性。

6.2 過岔速度提升

道岔通過速度對線路運行至關重要，通過優化平面線型和結構設計，提升道岔直側向通過速度，可有效緩解運量、行車密度增加對線路運行造成的影響，部分線路已開始上道直向140 km，側向45 km道岔。

6.3 道岔減振技術應用

道岔減振常采用雙層非線性減振扣件和減振器扣件等兩種扣件，雙層非線性減振扣件，采用帶有自鎖機構的上中下三層結構，使金屬件與彈性元件分離，依靠中間橡膠墊層的彈性，獲得良好的減振效果。減振器扣件，通過減振器中間橡膠圈的剪切變形同時提供垂向、橫向、縱向三個方向的彈性，從而達到減振的目的。兩種扣件減振效果均超過8 dB，見圖12，圖13。

6.4 耐久性技術應用

耐久性技術可有效提升道岔整體性能。使用高強度鋼軌如U77MnCr,U78CrV,U75V3等，以及在線熱處理鋼軌，有效提升鋼軌表面硬度，控制磨耗延長鋼軌使用壽命；采用精密鑄造技術、消失模鑄造技術等先進鑄造技術的整鑄鐵墊板代替焊接鐵墊板，消除焊縫、整體性好，疲勞強度高，抗彎強度大；新型彈性材料如熱塑性聚酯彈性體、發泡橡膠等，具有良好的抗疲勞、抗氧化、耐沖擊、耐腐蝕、耐候性等特性，可有效延長膠墊使用壽命；緊固件防松技術如頂鐵螺栓防轉、扣件螺栓防松、高強螺栓防松等技術，有效保持連接件穩定，減少養護維修工作量。

6.5 先進制造技術應用

智能化、數字化制造技術應用，可提高生產效率，降低勞動強度，同時，制造質量更加可靠。如：鋼軌數控鉆孔技術、尖軌數控加工技術、鋼軌數控頂彎技術、鋼軌感應熱處理技術、鋼軌感應加熱跟端鍛壓成型技術、轍叉數控加工技術等。

7 結語

隨著我國城軌交通的不斷發展，積極吸收國內外先進技術，特別是高速、重載線路的成熟技術在城軌道岔研制中應用推廣，動力學仿真技術應用，新興材料應用推廣、先進制造技術應用、機械化鋪設技術、預防性維修技術等，將進一步提升城軌道岔研制水平，助推我國城軌交通發展。