香港鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)研究

李鑫

摘 要：鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器（簡(jiǎn)稱(chēng)為調(diào)節(jié)器）是組成高速鐵路的重要軌道部件之一，是實(shí)現(xiàn)軌道現(xiàn)代化的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。本文在認(rèn)真分析了目前我國(guó)使用的60kg/m鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器存在的問(wèn)題的基礎(chǔ)上，通過(guò)確定鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的類(lèi)型、伸縮量、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等幾方面，介紹了專(zhuān)為香港地鐵設(shè)計(jì)的鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。為香港地鐵公司在選型及鋪設(shè)方面起到指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器；卡口式；伸縮量

中圖分類(lèi)號(hào)： U213.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2017）03-162-2

0 引言

鋪設(shè)無(wú)縫線路具有很多益處，如可以使設(shè)備大大增加使用時(shí)間，縮減維修的工作量，使列車(chē)行駛平穩(wěn)等。這種線路在城市軌道交通中的應(yīng)用，能夠降低車(chē)輪與軌道相撞發(fā)出的聲音、震動(dòng)對(duì)環(huán)境造成的污染。由于梁和軌道所用的材料并不一致，因而在架設(shè)無(wú)縫線路的橋梁時(shí)，當(dāng)跨度大于一百二十米時(shí)，氣溫的變化導(dǎo)致的縱向變形也會(huì)出現(xiàn)很大差異，縱向變形被抑制的時(shí)候就會(huì)生成內(nèi)部應(yīng)力。當(dāng)內(nèi)部應(yīng)力和其他應(yīng)力共同作用時(shí)，若超出軌道能夠支撐的最大應(yīng)力，就會(huì)影響列車(chē)的平穩(wěn)運(yùn)行，使列車(chē)行駛過(guò)程中出現(xiàn)安全隱患，最極端的后果將十分嚴(yán)重。該難題可以通過(guò)鋪設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器來(lái)得到妥善解決。另外，為了保證車(chē)輛行駛安全，要避免鋼軌伸縮可能對(duì)整條無(wú)縫線路道岔產(chǎn)生的影響，我們?cè)诟呒芫€路的道岔前面和后面兩端，通常也需鋪設(shè)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。

1 我國(guó)在鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器方面的幾大問(wèn)題

1.1 鋼軌伸縮量

當(dāng)前我國(guó)60kg/m鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器理論鋼軌伸縮量為1000毫米。通過(guò)對(duì)道岔結(jié)構(gòu)校核，鋼軌伸縮量達(dá)不到預(yù)期值。分析得出鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器在伸縮過(guò)程中，基本軌同毗鄰的鋼軌扣件產(chǎn)生干預(yù)，實(shí)際伸縮量達(dá)不到600毫米。

1.2 伸縮調(diào)節(jié)器的線型

緩和曲線線型在我國(guó)的鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器中的應(yīng)用較為普遍。而在高速鐵路中緩和曲線的使用更為突出，減少了車(chē)輪對(duì)縱坡的作用，使得軌道曲率更加圓順。而在城市軌道交通中，車(chē)輛的運(yùn)行速度受到多方面影響，一般時(shí)速是80km/h，因此大可不必采用緩和曲線型，圓曲線型完全滿足要求。

1.3 基本軌的預(yù)彎

基本軌的伸縮順暢與否受到導(dǎo)曲線線型、曲線半徑和有沒(méi)有設(shè)置預(yù)頂彎這三方面有關(guān)。鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器中基本軌大致可按兩種方案設(shè)計(jì)。①基本軌不預(yù)頂彎，伸縮調(diào)節(jié)器的基本軌在受到外側(cè)軌撐與尖軌阻力時(shí)，基本軌在尖軌刨切范圍內(nèi)發(fā)生彈性變形，該彈性變形使得基本軌和尖軌的伸縮難度加大。②基本軌預(yù)頂彎，在生產(chǎn)過(guò)程中取基本軌伸縮量最大時(shí)尖軌實(shí)際尖端至跟端的距離作為頂彎的范圍?；拒壊活A(yù)頂彎是鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器常用的設(shè)計(jì)方法，但該方法使鋼軌應(yīng)力集中無(wú)法散解。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明：基本軌預(yù)頂彎方法可使伸縮阻礙降低約百分之四十。

1.4 尖軌的定位

通常來(lái)說(shuō)尖軌需要設(shè)置定位。因?yàn)榕c尖軌連接的往往是短軌，且機(jī)車(chē)正常駛過(guò)的時(shí)候總是單方向的，容易使得尖軌爬行。基本軌和尖軌之間的位置關(guān)系僅靠現(xiàn)在使用的鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器尖軌軌撐的扣壓力是難以保證的。

1.5 尖軌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論值

尖軌被使用在鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器上面的時(shí)候，與在道岔中直尖軌大體一致。那么降低值、水平刨切值等數(shù)據(jù)兩者也應(yīng)該是相同的。然而就目前來(lái)說(shuō)在實(shí)際的運(yùn)行中道岔的采用值和鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器并不相同。

2 香港鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)

2.1 確定伸縮調(diào)節(jié)器的類(lèi)型

2.1.1 卡口型伸縮調(diào)節(jié)器

卡口型是指一種半左開(kāi)或半右開(kāi)裝置，是兩根相同尺寸規(guī)格的尖軌，用一根與另一根相對(duì)鋪設(shè)，如圖1所示。

卡口型伸縮調(diào)節(jié)器兩邊均可伸縮。圖1中代碼為4的可伸縮鋼軌既充當(dāng)基本軌又充當(dāng)尖軌，依照擺放位置確定。

2.1.2 不打斷工作邊的伸縮調(diào)節(jié)器

基本軌采用60E1鋼軌，尖軌采用60E1A1鋼軌，基本軌和尖軌均為可伸縮的伸縮調(diào)節(jié)器。

2.2 伸縮量的確定

鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的伸縮量是由各種外界因素累加組成的，包括鋼梁由于活動(dòng)載荷出現(xiàn)的撓曲變形而誘發(fā)的鋼軌伸縮量、軌道允許的爬行量、無(wú)縫線路道岔伸縮區(qū)內(nèi)的伸長(zhǎng)，縮短量。經(jīng)過(guò)認(rèn)真驗(yàn)算：軌道線路的爬行量允許值按照相關(guān)規(guī)定要小于正負(fù)20毫米，鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器同無(wú)縫線路長(zhǎng)鋼軌連接的伸縮區(qū)伸縮量通常不大于正負(fù)50毫米。伸縮量總體數(shù)值很小，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)最終可以把伸縮量極限值控制在小于正負(fù)150毫米。

2.3 鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

①尖軌制造采用60E1A1鋼軌，伸縮調(diào)節(jié)器在單方向鋼軌上使用的時(shí)候，采用熱加工的方法使跟端和普通鋼軌的斷面平滑過(guò)渡；伸縮調(diào)節(jié)器在雙方向鋼軌上使用的時(shí)候，可將60E1A1軌中心線進(jìn)行對(duì)稱(chēng)機(jī)加工，加工的位置與雙側(cè)的基本軌相貼；為防止尖軌爬行，尖軌設(shè)置軌撐、水平螺栓定位。

②基本軌兩側(cè)分別依賴不同的方式導(dǎo)向，其中一側(cè)靠軌撐導(dǎo)向，另一側(cè)靠尖軌的軌頭和軌底。在鋼軌伸縮量為最大值時(shí)，在尖軌軌頭斷面為45毫米的位置，基本軌開(kāi)始做頂面刨切；刨切長(zhǎng)度至基本軌前端，基本軌前端軌頂面降低值為10毫米，避免行車(chē)過(guò)程中對(duì)基本軌造成磨耗。基本軌在出廠前做好頂彎，以便于現(xiàn)場(chǎng)安裝。

③彈條使用的是分開(kāi)式可調(diào)彈性扣件，該彈條扣壓力小。調(diào)整尖軌、基本軌上扣壓力的大小，采用扭力矩即可實(shí)現(xiàn)。

④為了提高乘坐軌道交通出行乘客的舒適度，同時(shí)滿足環(huán)保上的減震降噪的要求，在設(shè)計(jì)上我們采用設(shè)置雙層彈性墊層的方法。使得鋼軌下面和鐵墊板下面都有彈性墊層，鋼軌下面的為溝槽式的塑性材料，理論靜剛度約為40kN/mm，鐵墊板下面的為圓柱粒子式的塑性材料，理論靜剛度約為60～70kN/mm。需要注意的是，在尖軌、基本軌貼合段內(nèi)，是不設(shè)置彈性墊層的，目的是減少伸縮阻力。

⑤鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器按有軌底坡設(shè)計(jì)，軌底坡由墊板實(shí)現(xiàn)。按1：20坡度內(nèi)傾。

2.4 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

①鋼軌材料按 EN 13674-1中的級(jí)別為R260。

②伸縮調(diào)節(jié)器檢驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行 EN 13674-8。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器是無(wú)縫線路中不可缺少的一部分，它具有行車(chē)平穩(wěn)，安全可靠，易于更換和養(yǎng)護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 高曉新.60kg/m鋼軌伸縮量420mm鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的研究設(shè)計(jì)[J].地鐵與輕軌，2003（6）：26-28.

[2] BS EN13674-8， Railway applications[S].