鄭西高鐵60 kg/m鋼軌18號(hào)無(wú)砟單開(kāi)道岔設(shè)計(jì)

林軍科

(中鐵寶橋(南京)有限公司，江蘇 南京 210046)

1 概述

鄭西高鐵60 kg/m鋼軌18號(hào)無(wú)砟單開(kāi)道岔采用了法國(guó)高速道岔技術(shù)設(shè)計(jì)。由中鐵寶橋集團(tuán)有限公司以技術(shù)許可的方式引進(jìn)法國(guó)富順通—科吉富公司的高速道岔技術(shù)設(shè)計(jì)制造。道岔直向通過(guò)速度設(shè)計(jì)值為350 km/h、側(cè)向80 km/h(試驗(yàn)檢算速度按照直向容許通過(guò)速度+10%、側(cè)向容許速度+10 km/h進(jìn)行，以保證道岔運(yùn)營(yíng)速度的絕對(duì)安全)。法國(guó)富順通—科吉富公司的無(wú)砟高速道岔，是在有砟高速道岔成熟的理論、結(jié)構(gòu)體系下，將有砟道岔技術(shù)應(yīng)用到無(wú)砟道岔上。其無(wú)砟道岔的典型結(jié)構(gòu)形式有用于法國(guó)TGV東線(xiàn)的套靴結(jié)構(gòu)(如圖1所示，模擬有砟道岔道床剛度)和歐洲隧道無(wú)砟道岔的整體道床結(jié)構(gòu)(如圖2所示，采用300W扣件系統(tǒng)、雷達(dá)2000無(wú)砟岔枕技術(shù))。

圖1 法國(guó)TGV東線(xiàn)套靴結(jié)構(gòu)無(wú)砟道岔

圖2 歐洲隧道整體道床無(wú)砟道岔

鄭西高鐵60 kg/m鋼軌18號(hào)無(wú)砟單開(kāi)道岔在設(shè)計(jì)中按照我國(guó)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)道岔招標(biāo)技術(shù)條件進(jìn)行了修正和優(yōu)化改進(jìn)(如:為了保證電務(wù)設(shè)備轉(zhuǎn)換的安全、可靠，將一機(jī)多點(diǎn)轉(zhuǎn)換方式改進(jìn)為多機(jī)多點(diǎn))。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用了整鑄高錳鋼翼軌、整鑄墊板、德國(guó)Vossloh的300W扣件系統(tǒng)以及雷達(dá)2000岔枕等新技術(shù)，與我國(guó)自主研發(fā)的客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)時(shí)速350 km，60 kg/m鋼軌18號(hào)無(wú)砟單開(kāi)道岔在結(jié)構(gòu)上有較大差別，該道岔的成功研制、運(yùn)營(yíng)，對(duì)我國(guó)高速道岔產(chǎn)品的設(shè)計(jì)具有很好的借鑒和參考作用。

2 道岔平面線(xiàn)型設(shè)計(jì)

鄭西高鐵60 kg/m鋼軌18號(hào)無(wú)砟單開(kāi)道岔主要尺寸見(jiàn)表1。道岔采用1 100 m相離圓曲線(xiàn)平面線(xiàn)型，使尖軌與基本軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、便于制造。同時(shí)有效增強(qiáng)了尖軌尖端處的強(qiáng)度，減小側(cè)磨。運(yùn)營(yíng)實(shí)踐證明這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常合理。道岔平面主要尺寸見(jiàn)圖3。

表1 道岔主要平面尺寸

3 一般結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

道岔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最大的特點(diǎn)是安全、可靠、整體剛度均勻化，通過(guò)動(dòng)力學(xué)仿真分析及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車(chē)試驗(yàn)表明，道岔結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足舒適度和運(yùn)營(yíng)要求。

圖3 鄭西高鐵60 kg/m鋼軌18號(hào)無(wú)砟單開(kāi)道岔平面主要尺寸示意圖（單位：mm）

3.1 軌底、頂坡度

設(shè)1∶40軌底坡或軌頂坡。

3.2 鋼軌件

基本軌、導(dǎo)軌采用60 kg/m鋼軌制造，尖軌，長(zhǎng)、短心軌及叉跟尖軌采用60D40鋼軌制造，便于滑床板彈性扣壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，橫向剛度小，利于減小扳動(dòng)阻力。翼軌中間部位采用高錳鋼整鑄結(jié)構(gòu)，提高了整體強(qiáng)度與穩(wěn)定性;前端焊接60 kg/m鋼軌，后端焊接軋制特種斷面鋼軌。

3.3 墊板件

墊板分鑄造墊板和焊接墊板，鑄造墊板采用QT400-18-LT，其強(qiáng)度高、耐低溫沖擊。

3.4 扣件系統(tǒng)

采用德國(guó)Vossloh公司的300W扣件系統(tǒng)(見(jiàn)圖4)，主要由彈條、軌距塊、軌下墊層、鐵墊板、彈性墊層、調(diào)高墊板、支撐板和軌距調(diào)整片組成。道岔整體剛度均勻化主要由彈性墊層實(shí)現(xiàn)。同時(shí)通過(guò)調(diào)高墊板來(lái)調(diào)整水平高程、軌距調(diào)整片調(diào)整軌距及橫向框架尺寸。

為了改善岔枕V形槽的受力狀況，在其與支撐板之間設(shè)置了V形尼龍墊片(見(jiàn)圖5)。

3.5 軌下基礎(chǔ)

軌下基礎(chǔ)為無(wú)砟道床，岔枕采用按德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的雷達(dá)2000岔枕，岔枕類(lèi)型為GWS05-300W，該岔枕與300W扣件系統(tǒng)配套使用。

4 轉(zhuǎn)轍器主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 轉(zhuǎn)轍器跟端結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)轍器跟端不設(shè)限位器或間隔鐵等傳力結(jié)構(gòu)。在20世紀(jì)90年代前，富順通—科吉富公司在法國(guó)高速道岔設(shè)計(jì)中也是通過(guò)設(shè)置傳力機(jī)構(gòu)(限位器或間隔鐵)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫線(xiàn)路溫度力的傳遞。但是在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，傳力機(jī)構(gòu)由于受較大的溫度力容易導(dǎo)致道岔線(xiàn)型發(fā)生變化，影響線(xiàn)路運(yùn)行速度和列車(chē)過(guò)岔的平順性。經(jīng)過(guò)分析、試驗(yàn)，富順通—科吉富公司提出了在道岔與區(qū)間線(xiàn)路焊聯(lián)整合時(shí)，通過(guò)控制鎖定軌溫與焊接順序，消除了進(jìn)入道岔區(qū)間的溫度力;同時(shí)在道岔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上通過(guò)防爬軌撐、跟端錨固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均勻分擔(dān)了區(qū)間無(wú)縫線(xiàn)路的溫度力，確保了道岔幾何形位的穩(wěn)定。

圖4 300W扣件系統(tǒng)

圖5 V形尼龍墊片

4.2 尖軌防跳

在尖軌尖端設(shè)置防跳鐵、基本軌軌腰設(shè)置防跳頂鐵，防止尖軌在密貼狀態(tài)下的豎向跳動(dòng)。

4.3 滑床板彈性扣壓

基本軌內(nèi)側(cè)采用“幾”字形彈性?shī)A扣壓(見(jiàn)圖6)。

4.4 滑床臺(tái)減摩

為了減少尖軌的扳動(dòng)力，通過(guò)間隔設(shè)置滾輪滑床板(如圖7所示，在開(kāi)口值較大的部位采用雙滾輪)和在滑床臺(tái)板面進(jìn)行減摩涂層處理兩種方式減小摩擦阻力。

圖6 滑床板彈性扣壓

圖7 滾輪滑床板

4.5 彈條

道岔扣件主要為SKL15和SKL12彈性扣件(見(jiàn)圖8)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠。特別在跟端、趾端等結(jié)構(gòu)狹小的部位，采用了SKL24扣件和USK2彈條，使道岔區(qū)整體實(shí)現(xiàn)了彈性扣壓，保障了運(yùn)營(yíng)的舒適度要求。

5 可動(dòng)心軌轍叉主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1 高錳鋼整鑄翼軌

可動(dòng)心軌轍叉翼軌采用了前端60 kg/m鋼軌、中間部位高錳鋼整鑄翼軌(如圖9所示)和后端軋制特種斷面翼軌焊接組成的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，焊接技術(shù)通過(guò)CMA機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)證。高錳鋼整鑄式翼軌結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)可靠，尤其是列車(chē)過(guò)岔時(shí)穩(wěn)定性高，輪軌踏面過(guò)渡平順。

圖8 彈條

圖9 高錳鋼整鑄翼軌

5.2 心軌

長(zhǎng)、短心軌采用60D40制造，短心軌后端為滑動(dòng)端。翼軌與長(zhǎng)心軌之間、長(zhǎng)心軌與短心軌之間均采用水平藏尖方式(見(jiàn)圖10)，減少軌線(xiàn)的豎向和橫向的不平順。長(zhǎng)短心軌采用哈克螺栓聯(lián)結(jié)，保證了結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

圖10 長(zhǎng)、短心軌連接及心軌水平藏尖結(jié)構(gòu)

5.3 跟端結(jié)構(gòu)

轍叉跟端錨固結(jié)構(gòu)由間隔鐵、空心彈性銷(xiāo)及螺栓連接副等組成(見(jiàn)圖11)。彈性銷(xiāo)與鋼軌和間隔鐵孔為“過(guò)盈”配合，使心軌、岔跟尖軌與翼軌之間相對(duì)位置固定，保證道岔線(xiàn)型穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)富順通—科吉富公司多年在法鐵和歐洲其他線(xiàn)路的運(yùn)營(yíng)實(shí)踐表明:該結(jié)構(gòu)能夠很好抵御區(qū)間無(wú)縫線(xiàn)路溫度力的要求。

圖11 可動(dòng)心轍叉跟端錨固結(jié)構(gòu)

5.4 心軌防跳

心軌尖端設(shè)置防跳限位裝置(見(jiàn)圖12)，防止了心軌的豎向跳動(dòng)，杜絕了心軌在運(yùn)營(yíng)使用過(guò)程的損傷。

圖12 心軌端部防跳限位裝置

6 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

鄭西高鐵60 kg/m鋼軌18號(hào)無(wú)砟單開(kāi)道岔采用多機(jī)多點(diǎn)牽引轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，在尖軌、心軌密貼部位均設(shè)置表示桿。

6.1 牽引點(diǎn)布置

轉(zhuǎn)轍器設(shè)4個(gè)牽引點(diǎn)，牽引點(diǎn)動(dòng)程依次為120 mm，107 mm，83 mm，41 mm;轍叉設(shè)2個(gè)牽引點(diǎn)，牽引點(diǎn)動(dòng)程依次為115 mm，54 mm。

6.2 鎖閉檢查器

道岔在尖軌、心軌尖端分別采用富順通—科吉富公司的VCC鎖閉檢查器、VPM鎖閉檢查器，鎖閉檢查器實(shí)時(shí)向監(jiān)控系統(tǒng)提供道岔鎖閉狀況，保障線(xiàn)路運(yùn)行安全、可靠;同時(shí)鎖閉結(jié)構(gòu)還能適應(yīng)尖軌、心軌的縱向自由伸縮，有效避免了電務(wù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的卡阻現(xiàn)象。

6.3 Paulve密貼檢查器

在轉(zhuǎn)轍器與轍叉各牽引點(diǎn)間設(shè)置密貼檢查器，通過(guò)凸輪搖桿機(jī)構(gòu)將軌件的移動(dòng)轉(zhuǎn)化為凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控尖軌、心軌在轉(zhuǎn)換過(guò)程中密貼狀態(tài)，有效保證行車(chē)安全。

7 結(jié)語(yǔ)

鄭西高鐵60 kg/m鋼軌18號(hào)無(wú)砟單開(kāi)道岔共計(jì)74組，經(jīng)過(guò)近三年的運(yùn)營(yíng)實(shí)踐表明:道岔整體性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全可靠，滿(mǎn)足了我國(guó)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)道岔運(yùn)營(yíng)要求，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，道岔設(shè)計(jì)中采用的多項(xiàng)新技術(shù)為我國(guó)自主研發(fā)高速道岔提供了有益借鑒。

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