浙贛線９２改進(jìn)型單開(kāi)道岔無(wú)縫化分析

王　軍

摘要:針對(duì)曲線型伸縮調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理,本文根據(jù)列車(chē)過(guò)伸縮調(diào)節(jié)器時(shí)的動(dòng)力特性對(duì)伸縮調(diào)節(jié)器的設(shè)置原則進(jìn)行了討論,并探討了伸縮調(diào)節(jié)器在橋上合理的布置方式,供橋上無(wú)縫線路設(shè)計(jì)時(shí)參考。

關(guān)鍵詞:鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器動(dòng)力特性無(wú)縫線路

0 引言

浙贛線電氣化改造工程K936+700~K944+500為株洲樞紐范圍,速度目標(biāo)值為80km/h。五里墩站(K937+517)新鋪SC330混凝土枕提速道岔,固定轍叉。該道岔采用原專線4129道岔基本結(jié)構(gòu)型式,直向通過(guò)速度≤120km/h,側(cè)向通過(guò)速度50km/h。由于該道岔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)未考慮無(wú)縫道岔的鋪設(shè)要求,而影響無(wú)縫道岔的使用要求很多,如道岔號(hào)碼、道岔結(jié)構(gòu)、鋪設(shè)鎖定軌溫差、線路爬行、道岔群布置型式、夾直線長(zhǎng)度、焊接型式等[1]。故需根據(jù)該道岔的具體情況進(jìn)行分析。五里墩站道岔平面布置如圖1所示。

下行線上3#和5#道岔為同向?qū)?夾直線長(zhǎng)度12.5m;5#和11#道岔為異向順接,夾直線長(zhǎng)度104.45m;11#和18#道岔為同向?qū)?夾直線長(zhǎng)度1061.392m;18#和14#道岔為異向順接,夾直線長(zhǎng)度39.014m;14#和8#道岔為異向?qū)?夾直線長(zhǎng)度12.50m;8#和6#道岔為異向順接,夾直線長(zhǎng)度為12.50m。

道岔前后均鋪設(shè)無(wú)縫線路,軌枕為Ⅲ型有擋肩軌枕,每公里配置根數(shù)為1667根,扣件采用彈條Ⅱ型扣件,道床采用Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)碎石道碴。

1 無(wú)縫道岔設(shè)計(jì)

無(wú)縫道岔采用道岔區(qū)全焊型式,即道岔區(qū)內(nèi)直側(cè)股均焊接,道岔區(qū)后側(cè)股不焊接。道岔前后直股鋼軌與區(qū)間線路全部焊接,形成跨區(qū)間無(wú)縫線路。

1.1 鎖定軌溫的確定 彬江地區(qū)最高軌溫61.6℃,最低軌溫-9.2℃,設(shè)計(jì)鎖定軌溫為31℃,則最大升溫幅度為35.6℃,最大降溫幅度為45.2℃。

2 無(wú)縫道岔檢算

2.1 檢算內(nèi)容 無(wú)縫道岔檢算的主要內(nèi)容為:無(wú)縫道岔強(qiáng)度和穩(wěn)定性檢算,無(wú)縫道岔中傳力部件檢算,尖軌伸縮位移檢算。

2.1.1 基本軌強(qiáng)度

軌道強(qiáng)度應(yīng)滿足:σd +σt+σc +σf ≤[σ] (1)

式中,σd為鋼軌彎應(yīng)力,建議參考取值為133.6Mpa;若該處尖軌跟端存在鞍形磨耗,則這一取值最大可達(dá)到180 Mpa左右;

σt為鋼軌溫度應(yīng)力,對(duì)60kg/m鋼軌,軌溫幅度每增加1℃時(shí),該值增加2.43Mpa;

σc為制動(dòng)附加應(yīng)力,取為10 Mpa;

σf為鋼軌附加溫度應(yīng)力;

[σ]為鋼軌容許應(yīng)力,對(duì)U71MN,該值取為357Mpa,對(duì)U71V,該值取為489Mpa。

2.1.2 高強(qiáng)螺栓強(qiáng)度 山橋廠所做的鐵棒剪切試驗(yàn)表明[2],高強(qiáng)螺栓的極限剪切應(yīng)力可達(dá)804Mpa,為保證限位器用螺栓剪切應(yīng)力不超過(guò)容許屈服強(qiáng)度,并考慮1.25的安全系數(shù),取[τ]=τs/1.25=33

0/1.25=264MPa。

此外,鋼軌螺栓孔、限位器子母塊螺栓孔及限位器部件的強(qiáng)度均應(yīng)在容許范圍內(nèi),為簡(jiǎn)化分析,以螺栓強(qiáng)度不超限為控制標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.3 尖軌尖端與基本軌相對(duì)位移 該限值取為20mm,軌溫幅度每增加1℃時(shí),尖軌自由伸縮長(zhǎng)度增加0.1331mm。

近幾年跨區(qū)間無(wú)縫線路實(shí)踐表明,爬行對(duì)無(wú)縫道岔的受力及變形影響極大,此外,殘余應(yīng)力的釋放與調(diào)整還會(huì)造成鎖定軌溫的變化。按規(guī)定在100米距離內(nèi)不得有10mm的爬行量。

2.1.4 岔前無(wú)縫線路穩(wěn)定性

Pt+△Pmax≤[P]=P/K=P:1.3

2.2 計(jì)算參數(shù) SC330為固定轍叉道岔,尖軌跟端為限位器結(jié)構(gòu),混凝土岔枕,彈條Ⅱ型扣件,道岔間夾直線長(zhǎng)度按規(guī)范要求設(shè)置,選擇最不利的道岔組合順接道岔(8#和6#道岔)進(jìn)行計(jì)算。道岔區(qū)全焊,道岔前后無(wú)爬行。道岔與區(qū)間長(zhǎng)軌條焊連時(shí),存在5℃的鎖定軌溫差。

2.3 檢算結(jié)果

2.3.1 左右道岔存在鎖定軌溫差

2.3.1.1 鎖定軌溫差5℃ 計(jì)算升溫時(shí)考慮使基本軌附加溫度力增大的最不利條件為:限位器子母塊間歇4mm,道岔前后區(qū)間線路鎖定軌溫較道岔低5℃,左道岔鎖定軌溫較右道岔高5℃。各鋼軌縱向力如圖2所示,各鋼軌縱向位移如圖3所示。

圖中橫坐標(biāo)零點(diǎn)表示尖軌跟端位置,負(fù)值表示道岔前端距跟端距離,正值表示后端距跟端距離,以下各圖同。

在岔枕位移和限位器的共同作用下,基本軌出現(xiàn)附加溫度力。右道岔基本軌對(duì)應(yīng)于轍跟處的最大附加溫度壓力為92.9kN,在無(wú)縫道岔穩(wěn)定性容許限度179.9kN內(nèi),左道岔基本軌的最大附加溫度壓力為237.10kN,此情況下左道岔的穩(wěn)定性不能滿足。左道岔限位器所受縱向力為105.1kN,,螺栓剪應(yīng)力為116.2Mpa,在允許限度264 Mpa內(nèi)。

由圖3可看出,直曲基本軌均在限位器附近達(dá)到位移最大值,在右道岔中,直基本軌的最大位移約為1.3mm,曲基本軌的最大位移約為1.2mm,尖軌跟端處曲導(dǎo)軌的位移約為10.7mm,直導(dǎo)軌的位移為10.7mm;左道岔中,直基本軌的位移為1.2mm,曲基本軌的位移為1.1mm,尖軌跟端處曲導(dǎo)軌的位移約為12.7mm,直導(dǎo)軌的位移約為12.7mm.

在該溫升條件下,右道岔尖軌尖端與基本軌相對(duì)位移約為14.8mm,左道岔直、曲尖軌尖端位移約為17.1mm,在允許值20mm內(nèi)。兩尖軌尖端位移相差為0mm,尖軌側(cè)拱量很小。

降溫時(shí),各鋼軌的溫度力圖相同,只是由壓力變?yōu)槔ΑＩ郎貢r(shí),左道岔的穩(wěn)定性不易保證,故不作進(jìn)一步檢算。

2.3.1.2 鎖定軌溫差3℃

①計(jì)算升溫時(shí)考慮使基本軌附加溫度力增大的最不利條件為:限位器子母塊間歇4mm,道岔前后區(qū)間線路鎖定軌溫較道岔低5℃,左道岔鎖定軌溫較右道岔高3℃。

各鋼軌縱向力如圖4示。

右道岔基本軌對(duì)應(yīng)于轍跟處的最大附加壓力為92.75kN, 在無(wú)縫道岔穩(wěn)定性容許限度179.9kN內(nèi),左道岔基本軌的最大附加溫度壓力為148kN,滿足道岔穩(wěn)定性要求。限位器不受力。

研究表明,鋪設(shè)軌溫差越大,對(duì)道岔的受力和變形影響越大。故升溫時(shí)對(duì)尖軌位移不做進(jìn)一步檢算。

②計(jì)算降溫時(shí)考慮使尖軌位移增大的最不利條件為:限位器子母塊間隙10mm,岔后區(qū)間線路鎖定軌溫較道岔高5℃,岔前區(qū)間線路鎖定軌溫較道岔低5℃;左道岔鎖定軌溫比右道岔低3℃。

各鋼軌溫度力如圖5所示,各鋼軌位移如圖6所示。

計(jì)算得左道岔基本軌對(duì)應(yīng)于轍跟處得最大附加拉力為44.4kN, 右道岔基本軌對(duì)應(yīng)于轍跟處得最大附加拉力為73kN,均在鋼軌強(qiáng)度容許范圍內(nèi);限位器未承受縱向力。左道岔尖軌尖端位移為18.4mm,在容許限度20mm內(nèi);右道岔尖軌尖端位移為21mm,超過(guò)容許限度。

2.3.1.3 軌溫差1℃ ①升溫時(shí)可對(duì)道岔穩(wěn)定性及尖軌位移不做檢算。②降溫時(shí)考慮使尖軌位移增大的最不利條件為:限位器子母塊間隙10mm,岔后區(qū)間線路鎖定軌溫較道岔高5℃,岔前區(qū)間線路鎖定軌溫較道岔低5℃;左道岔鎖定軌溫比右道岔低1℃。右道岔各鋼軌位移如圖7所示。

該情況下右道岔尖軌尖端與基本軌相對(duì)位移為19.7mm,在容許限度內(nèi)。

3.3.2 左右道岔不存在鎖定軌溫差

2.3.2.1 升溫 計(jì)算升溫時(shí)考慮使基本軌附加溫度力增大的最不利條件為:限位器子母塊間歇4mm,道岔前后區(qū)間線路鎖定軌溫較道岔低5℃。各鋼軌縱向力如圖8所示。

計(jì)算得左道岔基本軌對(duì)應(yīng)于轍跟處得最大附加溫度壓力為94.7kN,在無(wú)縫道岔穩(wěn)定性容許限度179.9kN內(nèi),亦在鋼軌強(qiáng)度容許范圍內(nèi);右道岔基本軌最大附加溫度壓力為93.1kN,在無(wú)縫道岔穩(wěn)定性容許限度。限位器不承受縱向力。

基本軌最大位移、尖軌尖端位移、尖軌與基本軌得相對(duì)位移、兩尖軌得相對(duì)位移如表1所示。由表可知,尖軌尖端位移及尖軌尖端與基本軌的相對(duì)位移在允許值20mm范圍內(nèi)。

2.3.2.2 降溫 計(jì)算降溫時(shí)考慮使尖軌位移增大的最不利條件為:限位器子母塊間隙為10mm,岔后區(qū)間線路鎖定軌溫較道岔高5℃,岔前區(qū)間線路鎖定軌溫較道岔低5℃。

計(jì)算得各鋼軌縱向力如圖9所示,各鋼軌縱向位移如圖10所示。

計(jì)算得左道岔基本軌對(duì)應(yīng)于轍跟處得最大附加拉力為98kN, 右道岔基本軌對(duì)應(yīng)于轍跟處得最大附加拉力為82kN,均在鋼軌強(qiáng)度容許范圍內(nèi);限位器未承受縱向力。左道岔尖軌尖端與基本軌相對(duì)位移為19.5mm,右道岔尖軌尖端位移為19.1mm,均在容許限度20mm內(nèi)。

2.4 影響因素分析

2.5結(jié)論及建議 ①在各種最不利因素組合下,嚴(yán)格按照無(wú)縫道岔相關(guān)技術(shù)條件鋪設(shè),鋼軌強(qiáng)度、轉(zhuǎn)轍器部分的穩(wěn)定性,限位器螺栓強(qiáng)度等均可滿足要求。②由于SC330道岔采用的是聯(lián)動(dòng)內(nèi)鎖閉裝置,因而對(duì)兩尖軌尖伸縮位移差有嚴(yán)格控制,因而鋪成無(wú)縫道岔時(shí),側(cè)股也宜焊連,且延長(zhǎng)至岔后100m處或相鄰道岔上。③由于兩相鄰道岔存在鋪設(shè)鎖定軌溫差時(shí),對(duì)左道岔的受力及變形影響較大,故鋪設(shè)時(shí)不應(yīng)使相鄰道岔出現(xiàn)鎖定軌溫差,亦不宜使相鄰線路出現(xiàn)較大的鎖定軌溫差(不大于5℃),且加強(qiáng)岔后線路的爬行。④鋪設(shè)時(shí)使限位器子母塊處于居中位置,避免限位器承受過(guò)大的作用力。養(yǎng)護(hù)維修過(guò)程中應(yīng)檢查限位器聯(lián)結(jié)螺栓扭矩,確保能提供足夠的阻力。⑤確保鋼軌焊接接頭質(zhì)量,盡量使焊頭與母材等強(qiáng)。⑥無(wú)縫道岔應(yīng)嚴(yán)格按照無(wú)縫線路進(jìn)行管理,確保岔前線路的道床阻力,必要時(shí)在轍跟至岔前50米的范圍內(nèi),枕端道碴加寬、堆高。⑦兩道岔對(duì)接或者岔前線路有明顯爬行時(shí),應(yīng)加強(qiáng)對(duì)道岔穩(wěn)定性的觀測(cè)。⑧無(wú)縫道岔尖端、轍跟、岔心處宜設(shè)置爬行位移觀測(cè)樁,隨時(shí)觀測(cè)無(wú)縫道岔的爬行。⑨鋪設(shè)無(wú)縫道岔時(shí),宜加強(qiáng)搗固,以提高道床縱橫向阻力。