現(xiàn)代有軌電車(chē)50 kg/m鋼軌3號(hào)單開(kāi)道岔的研制

馮 毅

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

·道路·鐵路·

現(xiàn)代有軌電車(chē)50 kg/m鋼軌3號(hào)單開(kāi)道岔的研制

馮 毅

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

道岔是有軌電車(chē)軌道系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。簡(jiǎn)述了50 kg/m鋼軌3號(hào)有軌電車(chē)單開(kāi)道岔的基本研制思路，為滿(mǎn)足武漢東湖現(xiàn)代有軌電車(chē)停車(chē)場(chǎng)站線(xiàn)的設(shè)計(jì)要求，從道岔平面線(xiàn)型設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、扣件及軌下基礎(chǔ)到零部件制造工藝關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)進(jìn)行了分析闡述，研制的該道岔經(jīng)批量上道，應(yīng)用效果良好。

有軌電車(chē),道岔，鋼軌

1 概述

與一般地鐵線(xiàn)路相比，現(xiàn)代有軌電車(chē)的車(chē)輛軸重較輕，一般滿(mǎn)載軸重不超過(guò)12.5 t，空車(chē)軸重不大于7 t，正常運(yùn)營(yíng)速度通常在40 km/h左右。車(chē)輛最小通過(guò)轉(zhuǎn)彎半徑一般大于20 m，整體行車(chē)條件差異較大，因此現(xiàn)代有軌電車(chē)的軌道及道岔設(shè)計(jì)應(yīng)區(qū)別于一般的地鐵，也區(qū)別于傳統(tǒng)的有軌電車(chē)。

現(xiàn)代有軌電車(chē)的正線(xiàn)軌道及道岔的基本軌和導(dǎo)軌一般采用槽形鋼軌或標(biāo)準(zhǔn)斷面工字軌?？紤]到整體施工成本及應(yīng)用條件，應(yīng)用于武漢東湖有軌電車(chē)T1，T2線(xiàn)停車(chē)場(chǎng)的道岔類(lèi)型主要以3號(hào)系列單開(kāi)道岔為主，線(xiàn)路設(shè)計(jì)的鋼軌類(lèi)型采用50 kg/m標(biāo)準(zhǔn)斷面鋼軌，道岔設(shè)計(jì)應(yīng)用于有縫線(xiàn)路，軌下基礎(chǔ)分為整體道床與碎石道床兩種，軌距為1 435 mm，電務(wù)轉(zhuǎn)換設(shè)備采用單機(jī)牽引，轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)鎖閉。

2 道岔平面設(shè)計(jì)

2.1道岔平面主要尺寸

為盡可能增大導(dǎo)曲線(xiàn)半徑以提高車(chē)輛通過(guò)能力，同時(shí)結(jié)合停車(chē)場(chǎng)線(xiàn)路設(shè)計(jì)定線(xiàn)要求，50 kg/m鋼軌3號(hào)單開(kāi)道岔采用單圓曲線(xiàn)線(xiàn)型，導(dǎo)曲線(xiàn)半徑為25 m，半切線(xiàn)型尖軌。道岔的主要平面主要尺寸如圖1及表1所示。

表1 3號(hào)道岔的主要尺寸

道岔號(hào)數(shù)全長(zhǎng)/m前長(zhǎng)/m后長(zhǎng)/m轍叉角線(xiàn)型39．8605．0254．83522°19′16″R25m圓曲線(xiàn)

武漢有軌電車(chē)的機(jī)車(chē)及車(chē)輛采用獨(dú)立輪轉(zhuǎn)向架，且最小通過(guò)半徑為20 m，考慮到現(xiàn)有道岔導(dǎo)曲線(xiàn)半徑已完全滿(mǎn)足最小通過(guò)條件，雖然少量的側(cè)股加寬有利于提高車(chē)輛的通過(guò)性，但同時(shí)將加劇車(chē)輛通過(guò)的“蛇行運(yùn)動(dòng)”，影響行車(chē)平順性及舒適性，因此道岔平面線(xiàn)形未設(shè)置側(cè)軌距加寬。

2.2尖軌平面線(xiàn)形及道岔平面設(shè)計(jì)控制參數(shù)

道岔在設(shè)計(jì)曲線(xiàn)尖軌時(shí)，由于半切線(xiàn)尖軌介于直線(xiàn)尖軌和切線(xiàn)型尖軌之間，既兼顧了切線(xiàn)型平順性好的特點(diǎn)，又在一定程度上增大了尖軌前段范圍的斷面厚度，提高尖軌的強(qiáng)度和耐磨性，因此，道岔尖軌采用了半切線(xiàn)型設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖2)，則列車(chē)逆向進(jìn)岔沖擊尖軌的沖擊角βc=3°11′41″，根據(jù)機(jī)車(chē)車(chē)輛過(guò)岔時(shí)的動(dòng)能損失計(jì)算結(jié)果確定過(guò)岔速度為10 km/h。道岔平面設(shè)計(jì)控制參數(shù)如下所示：

1)動(dòng)能損失容許值：ω0≤0.65 km2/h2；

2)未被平衡離心加速度容許值：α0≤0.6 m/s2；

3)未被平衡離心加速度增量容許值：φ0≤0.5 m/s3。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 參數(shù)計(jì)算結(jié)果

2.3岔枕布置

1)采用混凝土長(zhǎng)軌枕，轉(zhuǎn)轍器部分的軌枕垂直于直股鋼軌，轍叉部分的軌枕垂直于轍叉角平分線(xiàn)，岔枕在轉(zhuǎn)轍器與轍叉之間的三根軌枕范圍內(nèi)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)過(guò)渡。

2)道岔設(shè)置一點(diǎn)牽引，采用角鋼式連接，第一牽引點(diǎn)處岔枕間距為610 mm，以適應(yīng)ZD6型電液轉(zhuǎn)轍機(jī)的安裝。

3 道岔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1轉(zhuǎn)轍器

1)尖軌。尖軌采用50AT鋼軌制造，跟端壓型過(guò)渡為標(biāo)準(zhǔn)50 kg/m鋼軌。由于道岔角度大，尖軌長(zhǎng)度短，為減小尖軌扳動(dòng)力，保證最小輪緣槽尺寸，尖軌跟端固定結(jié)構(gòu)采用活接頭形式。

2)基本軌水平藏尖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)機(jī)車(chē)參數(shù)，結(jié)合道岔的輪軌關(guān)系，防止尖軌實(shí)際尖端受逆向進(jìn)岔車(chē)輪的撞擊，同時(shí)為提高尖軌小斷面的強(qiáng)度和耐磨性，采用基本軌水平刨切3 mm藏尖式設(shè)計(jì)，使尖軌軌頭密貼范圍加厚3 mm，如圖3所示。

采用水平藏尖結(jié)構(gòu)后，使轉(zhuǎn)轍器尖軌密貼范圍(長(zhǎng)度不大于1.2 m)軌距出現(xiàn)構(gòu)造加寬，尖軌尖端基本軌框架尺寸由1 435 mm加寬至1 441 mm，尖軌密貼段軌距加寬3 mm變?yōu)? 439 mm。

3)尖軌頂面降低值。根據(jù)武漢有軌電車(chē)機(jī)車(chē)車(chē)輛的車(chē)輪參數(shù)，同時(shí)參考國(guó)內(nèi)鐵路、地鐵道岔及有軌電車(chē)道岔尖軌降低值經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際降低值取值見(jiàn)表3。

表3 尖軌降低值

4)尖軌間設(shè)置連桿結(jié)構(gòu)。在轉(zhuǎn)轍器部分設(shè)置1根連桿，以保持尖軌間框架的整體性和穩(wěn)定性。

5)基本軌藏尖及彎折?；拒壊丶馄街倍伍L(zhǎng)度在尖軌密貼段理論尺寸基礎(chǔ)上在前端加長(zhǎng)25 mm，出刀過(guò)渡長(zhǎng)度按50 mm設(shè)計(jì)。曲基本軌前端彎折點(diǎn)位置按照理論尖軌尖端位置設(shè)置，考慮到曲基本軌彎折后的圓弧影響以及盡可能縮短道岔曲股軌距構(gòu)造加寬范圍，曲基本軌的該位置實(shí)際彎折點(diǎn)與理論彎折點(diǎn)重合。

6)軌撐滑床板。由道岔曲線(xiàn)半徑為25 m，相對(duì)較小，考慮到列車(chē)過(guò)岔的離心力作用，為增強(qiáng)轉(zhuǎn)轍器部分基本軌框架的穩(wěn)定性以及軌距的有效保持，所有滑床板外側(cè)設(shè)置軌撐。

7)尖軌跟端為活接頭式結(jié)構(gòu)。活接頭式尖軌跟端結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而堅(jiān)固，零件少，尖軌轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，與基本軌聯(lián)結(jié)可靠，適宜用于行車(chē)速度不高于100 km/h，尖軌長(zhǎng)度較短的道岔設(shè)計(jì)。為確保尖軌扳動(dòng)靈活，防止出現(xiàn)扳動(dòng)力過(guò)大導(dǎo)致的轉(zhuǎn)換卡阻，在跟端間隔鐵與尖軌軌腰接觸位置的雙頭螺栓處設(shè)置了調(diào)整墊圈，在制造誤差造成扳動(dòng)力過(guò)大的情況下，可將“調(diào)整墊圈”更換為加厚規(guī)格，見(jiàn)圖4。

3.2轍叉及護(hù)軌

1)轍叉采用高錳鋼整鑄式轍叉，在鐵路、地鐵上大量使用，有著可靠的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)業(yè)績(jī)。為了減少轍叉的初期磨耗，提高使用壽命，對(duì)轍叉進(jìn)行了爆炸預(yù)硬化處理，解決轍叉磨耗嚴(yán)重的問(wèn)題。

2)護(hù)軌采用UIC33槽型護(hù)軌。

為防止車(chē)輪對(duì)叉心的沖擊和減小心軌磨耗，保證行車(chē)安全，直、曲股均設(shè)置護(hù)軌。護(hù)軌平直段防護(hù)范圍大于轍叉咽喉起至叉心頂寬50 mm范圍，考慮到道岔角度大，叉心50 mm斷面距尖端近，護(hù)軌平直段理論值僅為258 mm，較小，為確保護(hù)軌，將護(hù)軌平直段進(jìn)行加長(zhǎng)設(shè)計(jì)。

按照國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)規(guī)范，護(hù)軌頂面高出基本軌12 mm，避免車(chē)輪爬上護(hù)軌，以起到應(yīng)有的防護(hù)效果。

4 扣件及軌下基礎(chǔ)

1)扣件均采用B型彈條分開(kāi)式彈性扣件系統(tǒng)，主要區(qū)別在于膠墊厚度不同，整體道床時(shí)軌下、板下及轍叉下膠墊厚度均為10 mm，碎石道床時(shí)軌下及轍叉下膠墊為5 mm，板下膠墊為10 mm。護(hù)軌墊板為了增加墊板強(qiáng)度，墊板厚度增加3 mm，板下膠墊變?yōu)? mm。

2)軌下基礎(chǔ)分為整體道床混凝土長(zhǎng)枕埋入式與混凝土長(zhǎng)枕碎石道岔兩種形式：

整體道床岔枕頂面寬260 mm，底面寬290 mm，混凝土部分高度130 mm，下部鋼筋外漏50 mm，岔枕預(yù)埋塑料套管。

碎石道床岔枕頂面寬260 mm，底面寬300 mm，高度220 mm，岔枕預(yù)埋塑料套管。

5 零部件制造工藝關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)

該道岔基本軌及導(dǎo)軌采用國(guó)內(nèi)常用的50 kg/m鋼軌制造，尖軌采用50AT鋼軌制，鐵墊板為焊接形式，轍叉高錳鋼整鑄形式。道岔在整體設(shè)計(jì)方面已充分考慮和兼顧了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性與制造工藝過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性與可實(shí)施性。因此，產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中采用普通常規(guī)道岔的基本加工設(shè)備完全可以滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。但需要重點(diǎn)關(guān)注的是，由于該道岔號(hào)碼較小，且設(shè)置了尖軌水平藏尖式結(jié)構(gòu)，尖軌長(zhǎng)度遠(yuǎn)低于普通單開(kāi)道岔，因此在制造工藝方面必須考慮以下幾個(gè)方面的影響因素，否則將嚴(yán)重影響道岔的鋪設(shè)狀態(tài)及電務(wù)安裝。

5.1曲基本軌制造工藝關(guān)鍵控制項(xiàng)點(diǎn)

1)藏尖段加工。基本軌設(shè)置了3 mm水平藏尖結(jié)構(gòu)，因此完成基本軌藏尖段水平方向加工后，還需進(jìn)行側(cè)面R8 mm的補(bǔ)充刨切，以防止使用過(guò)程中出現(xiàn)基本軌肥邊而影響尖軌密貼，基本軌的軌頭寬度將由未設(shè)置水平藏尖前的70 mm(35 mm+35 mm)變?yōu)?7 mm(35 mm+32 mm)，如圖5所示。

2)圓弧段的側(cè)向彎折量控制。國(guó)內(nèi)常規(guī)道岔產(chǎn)品的曲基本軌彎折一般為每1 m一圓順或每2 m一圓順，該道岔由于導(dǎo)曲線(xiàn)半徑僅為25 m，導(dǎo)致每米弦高值為5.1 mm，如按每1 m一圓順的工藝執(zhí)行，則極易出現(xiàn)局部軌距超差的情況，因此曲基本軌的彎折必須按每500 mm間隔進(jìn)行圓順彎折，見(jiàn)圖6。

5.2尖軌加工的關(guān)鍵控制項(xiàng)點(diǎn)

直、曲尖軌尖端到豎切點(diǎn)距離較短，長(zhǎng)度不大于1.2 m，因此尖軌豎切點(diǎn)處的彎折將產(chǎn)生較大的圓弧影響區(qū)域，嚴(yán)重影響尖軌與基本軌的密貼，同時(shí)將導(dǎo)致彎折后尖軌工作邊直線(xiàn)度以及該范圍內(nèi)軌距超差。故直、曲尖軌在彎折點(diǎn)處應(yīng)針對(duì)斷面加工的尺寸要求采用數(shù)控加工圓弧插補(bǔ)的方式，對(duì)鋼軌頂彎造成的圓弧影響區(qū)域進(jìn)行反向補(bǔ)償，以確保鋼軌彎折后的工作邊直線(xiàn)度和曲線(xiàn)尖軌的圓順；另一方面，曲線(xiàn)尖軌豎切點(diǎn)以后的圓順彎折也應(yīng)采用與曲基本軌相同的每500 mm一圓順。

6 結(jié)語(yǔ)

目前，研制的有軌電車(chē)50 kg/m鋼軌3號(hào)單開(kāi)道岔已在武漢東湖T1線(xiàn)與T2線(xiàn)停車(chē)場(chǎng)批量上道應(yīng)用，完全滿(mǎn)足車(chē)輛站場(chǎng)的使用要求，線(xiàn)路開(kāi)通近半年來(lái)，道岔使用情況良好。有軌電車(chē)50 kg/m鋼軌3號(hào)單開(kāi)道岔的研制，較好地填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)有軌電車(chē)道岔系列的空白，為有軌電車(chē)軌道工字軌小號(hào)碼系列道岔的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

Developmentof50kg/mrail1∶3singleturnoutontrams

FengYi

(ChinaRailwayBaoqiaoGroupCo.,Ltd,Baoji721006,China)

The turnout is the key equipment of tram track system. To meet the design requirements of modern tram depot line of Wuhan East Lake, this paper introduces the basic development idea of 50 kg/m rail 1∶3 single turnout on trams, and analyzes and elaborates the geometry design, structure design, fasteners and under-rail foundation, and the key manufacturing processes of parts and components of the turnout. The batch use of the developed turnouts on track shows good application effect.

tram, turnout, rail

1009-6825(2017)32-0115-03

2017-09-08

馮 毅(1978- ),男，高級(jí)工程師

U213.6

A