單開道岔腕臂安裝及拉出值計算分析

孫強

【摘 要】隨著電氣化鐵路的廣泛發(fā)展，對電力機車速度要求也越來越高，對接觸網的各方面參數要求也越來越嚴格。本文針對單開道岔上方接觸網布置進行研究，目的是使道岔柱定位點的拉出值不超標，通過畫圖、計算的方法得出道岔柱定位點的拉出值，根據道岔柱定位點的拉出值能提前算好腕臂并將工非支腕臂安裝正確，保證接觸網道岔調整量減小，拉出值在合理范圍內，使電力機車能平穩(wěn)快速通過。

【關鍵詞】拉出值；道岔；腕臂；曲股；直股；接觸網

引言

隨著社會發(fā)展，經濟繁榮，城市與城市之間的交流越發(fā)頻繁，火車作為主要的交通工具有著至關重要的作用；而鋼軌的質量更是關系到火車安全、速度等性能的好壞；道岔作為一種使機車車輛從一股道轉入另一股道的線路連接設備，是軌道的薄弱環(huán)節(jié)之一，通常在車站、編組站大量鋪設。有了道岔，可以充分發(fā)揮線路的通過能力。所以道岔在鐵路線路上起到重要作用[1]。

在高速發(fā)展的今天，電力機車相比內燃機車有更強的運力優(yōu)勢，所以相同規(guī)模下電氣化鐵路的運輸能力遠超過非電氣化鐵路，成為現代化鐵路的主流類型。所以研究道岔區(qū)上方接觸網是非常有意義的，本文研究單開道岔區(qū)上方接觸網布置方式。

1單開道岔定位柱腕臂安裝位置研究

1.1 接觸網技術標準

按照國家驗收標準，道岔定位柱的拉出值應為350mm-400mm，通常取其平均值375mm，最大不超過450mm[2]，隨著火車提速，對接觸網的要求也越來越高，一般拉出值都不超過400mm，已成為不成文的規(guī)定。

2.2 單開道岔定位柱腕臂安裝

道岔柱有兩根腕臂，一根懸掛直股，即A股；一根懸掛曲股，即B股。兩根線有交叉點，使得電力機車可以順利的從一根線在交叉點過渡到另一根線上去，接觸線交叉位置在道岔柱轍叉方向，下錨在尖軌方向。如下圖1：

道岔定位柱有兩根腕臂，可想而知，腕臂就有兩種安裝方式，下面就這兩種安裝方式進行分析，用計算的方法進行比較，選出最好的安裝方式：

第一種：直股安裝在尖軌側，曲股腕臂安裝在轍叉?zhèn)取Ｈ缦聢D2：

通過相似三角形等比例可得，A柱直股腕臂拉出值

A柱曲股腕臂拉出值

公式中，a1-指A柱直股線腕臂拉出值，單位mm

a2-指A柱曲股線腕臂拉出值，單位mm

a3-指C柱腕臂拉出值，單位mm

L-指雙腕臂底座的長度，單位mm

L1-指A柱至C柱間的距離，單位mm

L2-指B柱定位點至C柱定位點間的距離，單位mm

L3-指直股接觸線與直股線路中心線交點至C柱間的距離，單位mm

L4-指曲股接觸線與直股線路中心線交點至C柱間的距離，單位mm

第二種：直股安裝在轍叉?zhèn)?，曲股腕臂安裝在尖軌側。如下圖3：

通過相似三角形等比例可得，A柱直股線腕臂拉出值

A柱曲股線腕臂拉出值

假如第一種和第二種情況下的a3、L1、L2、L3、L4和交叉點相同；其中，已知B柱和C柱拉出值調整好，可通過激光測量儀測出讀數，繼而L2可由B柱和C柱的線間距和拉出值得出數據；已知交叉點位置，可得出L3和L4數據，L1可通過現場測量得到，比較 和 ， 和 ， 和 ， 和 得知， 比 小， 比 大， 比 小， 比 小，但是 變化量比 小，所以為了使拉出值不超標，盡可能小點，宜采用第一種安裝方式。

2單開道岔定位柱腕臂拉出值計算

隨著電力機車的普遍使用，對接觸網的要求越來越高，尤其在電力機車能快速穩(wěn)定的通過道岔提出了更高的要求，主要體現在道岔定位柱腕臂拉出值得問題，為使電力機車不脫弓，需要控制道岔定位柱腕臂的拉出值不超標。這里介紹常用的道岔定位方式，然后通過畫圖以及“Excel”計算確定道岔定位柱腕臂的拉出值，以便能更好的預配出腕臂，使道岔懸掛調整量減小，并能提前確定拉出值是否超標，以便提出整改方案。

2.1 傳統(tǒng)交叉方式

接觸網傳統(tǒng)式交叉布置的思想源于線路交叉，接觸網架設于線路上方，道岔處線路的交叉自然引起接觸網系統(tǒng)的交叉[3]。標準定位時，兩接觸線相交于道岔導曲線兩內軌距為745mm處。標準定位的合理位置有是由定位支柱決定的，而定位支柱應設在距接觸線交點1000mm-1500mm處，最好是在道岔導曲線兩內軌距為835mm處，即兩線路中心距離為600mm處的位置上。處于標準定位時，接觸線在支柱處的拉出值為350mm-400mm，通常取其平均值為375mm。非標準定位時，定位支柱位于道岔導曲線兩內軌距為735mm-935mm處，即兩線路中心距為500mm-700mm的范圍內[2]。

2.2 新型交叉式道岔定位布置

國家定位標準時，道岔定位柱位于道岔導曲線兩外軌間距300mm-350mm位置。現在道岔定位柱一般在道岔導曲線兩外軌間距為300mm-400mm位置均可，即在道岔的理論岔心處附近定位。不過優(yōu)先選擇350mm位置，400mm位置一般不采用[4]。如下圖9號、12號和18號道岔定位表：

2.3 道岔定位柱拉出值計算

道岔定位柱有兩根腕臂，懸掛兩根接觸線，一根直股線，一根曲股線，按照前面分析的結果，我們將道岔定位柱曲股線腕臂安裝在轍叉方向；我們將道岔放于一個平面坐標系里面，直股線路中心為X軸，虛線為曲股線路中心，兩紅線分別為直股和曲股的接觸線，如下圖4：

圖中，E為道岔定位柱曲股線的定位點，D為道岔定位柱轍叉方向曲股線的第一根腕臂的定位點，E1為道岔定位柱直股線的定位點，P為兩接觸線的交叉點，D1為道岔定位柱轍叉方向直股線的第一根腕臂的定位點，D和D1的x值一樣，C為D在x軸上的投影，A為E點在x軸上的投影，A1為E1在x軸上的投影。按照前面所講新型交叉式道岔定位布置，道岔定位柱組立在道岔導曲線兩外軌間距300mm-400mm間，雙腕臂底座的長度可測量得到，按照圖紙跨距現場定測D和D1所在的支柱，得到A、A1和C的位置確定；故要確定道岔區(qū)上方接觸網布置就轉變?yōu)榇_定E、E1、D和D1定位點的拉出值，從而能根據拉出值計算腕臂。下面我們分別對直股線和曲股線拉出值進行分析。

2.3.1 道岔定位柱曲股線拉出值計算

先對曲股線進行分析，對于E的位置在x軸上方還是下方，可分為兩種情況：

（1）E在x軸上方，如下圖5a，通過相似三角形等比例可得，

（1）

簡化為 （2）

得 （3）

公式中y為E的縱坐標，為正，單位mm

m-指P的縱坐標，為正，單位mm

x-指D的縱坐標，為正，單位mm

b-指A到B的距離，單位mm

a-指A到C的距離，單位mm

其中，a可通過現場測得，x大小為D處兩線路中心的距離家加或減D的拉出值絕對值，兩線路中心距離現場可測得，拉出值可按標準值調整，所以就剩m和b兩個未知數了，在滿足交叉點P處線岔對定位點的距離要求下，選定交叉點的位置，即可測量出b值和內軌距h，L為鋼軌兩軌間距，可求出m=L/2-h/2，將m代入（3）式可得出y值，所以道岔定位柱曲股線的拉出值大小α1=定位點所在位置兩線路中心距離n-y。

（2）E在x下方，如下圖5b，通過相似三角形等比例可得，

（4）

簡化為 （5）

得 （6）

公式中y為E的縱坐標，為負，單位mm

m-指P的縱坐標，為正，單位mm

x-指D的縱坐標，為正，單位mm

b-指A到B的距離，單位mm

a-指A到C的距離，單位mm

從上面公式看出，公式（3）和公式（6）計算公式是一樣的，即不管E在x軸上方還是下方，都用公式（3），和第一種情況一樣分析，將m代入（6）式可得出y值，所以道岔定位柱曲股線的拉出值大小α2=定位點所在位置兩線路中心距離n-y?？傻贸觯?和α2計算公式是一樣的，可以通用。

2.3.2 道岔定位柱直股線拉出值計算

對直股線進行分析，對于D1的位置在x軸上方還是下方，可分為兩種情況：

（1）D1在x軸下方，如下圖6a，通過相似三角形等比例可得， （7）

得 （8）

公式中y1為E1點的縱坐標，為正，單位mm

m-指P點的縱坐標，為正，單位mm

x1-指D1點的縱坐標，為負，單位mm

b1-指A1到B的距離，單位mm

a1-指A1到C的距離，單位mm

其中，a1可通過現場測得，x1大小為D1的拉出值絕對值，D1拉出值可按標準值調整，所以就剩m和b1兩個未知數了，在滿足交叉點P處線岔對定位點的距離要求下，選定交叉點的位置，即可測量出b值和內軌距h，L為鋼軌兩軌間距，可求出m=L/2-h/2，將m代入（8）式可得出y1值，即道岔定位柱直股拉出值大小α3=y1。

（2）D1在x軸上方，如下圖6b，通過相似三角形等比例可得， （9）

得 （10）

公式中y1為E1的縱坐標，為正，單位mm

m-指P的縱坐標，為正，單位mm

x1-指D1的縱坐標，為正，單位mm

b1-指A1到B的距離，單位mm

a1-指A1到C的距離，單位mm

從上面公式看出，公式（8）和公式（10）計算公式是一樣的，即不管D1在x軸上方還是下方，都用公式（8），和第一種情況一樣分析，將m代入（6）式可得出y值，即道岔定位柱直股拉出值大小α4=y1?？傻贸?，α3和α4計算公式是一樣的，可以通用。

2.3.3 結果分析

通過3.3.1和3.3.2對道岔曲股線拉出值和直股線拉出值的計算分析，通過現場確定交叉點P的位置可求出道岔定位柱曲股線和直股線的拉出值。如果拉出值超標了，有如下解決辦法：

（1）改變交叉點P的位置，在計算道岔定位柱曲股線和直股線的拉出值，直到拉出值達標；

（2）如果調整交叉點P的位置，道岔定位柱曲股線和直股線的拉出值還不能達標，則調整轍叉方向直股和曲股的第一根腕臂的拉出值，直到拉出值達標為止。

3道岔定位柱腕臂拉出值計算在Excel的應用

如下圖7為某道岔處線路圖，根據設計圖紙和實際情況得出，B柱線路中心至C柱線路中心的距離LBC=5000mm，A柱線路中心至C柱線路中心的距離LAC=45000mm，交叉點P在直股的投影至A柱線路中心的距離LPA=3000mm，B柱的拉出值為β=-250mm，C柱的拉出值為θ=250mm。

（1）先對A柱曲股腕臂拉出值進行計算

由上面數據得出a=LAC-S/2=44100mm

b=LPA-S/2=2100mm

因β是負的，x=LBC+β=4750mm

下轉第 214 頁上接第 212 頁

由公式（3）定位點對直股拉出值 =46mm

曲股拉出值z=n-y=334mm

將曲股的各項數據輸入Excel中，我們可以準確快速的得到計算結果，從而大大減

少了計算量，如下圖：

（2）對A柱直股腕臂拉出值進行計算

由上面數據得出a1=LAC+S/2=45900mm

b1=LPA+S/2=3900mm

因C柱在直股下方，所以是負的，x1=-θ=-250mm

由公式（8）定位點拉出值 =318mm

將直股的各項數據輸入Excel中，我們可以準確快速的得到計算結果，從而大大減

少了計算量，如下圖：

通過上述計算出的道岔定位柱曲股線和直股線的拉出值進行腕臂預配，在按照曲股線的腕臂在轍叉方向安裝原則進行腕臂安裝，整個過程就結束了。

結束語

在這個高速發(fā)展的時代，電力機車已逐漸取代內燃機車成為主流，對電力機車的速度要求也越來越高，進而對道岔區(qū)上方接觸網的要求也越來越高，研究道岔區(qū)上方接觸網就顯得尤為重要，具體有如下意義。

（1）通過理論的方法計算出道岔定位柱曲股線和直股線的拉出值；

（2）提前算出現場道岔柱的位置有沒有問題，接觸網懸掛上去道岔能不能調整出來，即節(jié)約成本，又提高效率，減少返工活，達到了提前預防的目的。

（3）通過計算的方法，避免后期道岔大幅度調整，使調整量減少，特別是現在很多施工都是在天窗內干的，有時間限制，無疑就節(jié)約了時間，提高了效率，減少了天窗的數量。

（4）體現了合理干、科學干的發(fā)展精神。

（5）學習使用了Excel計算數據，加深對Excel的應用。

參考文獻：

[1] 佟立本.鐵道概論[M].北京：中國鐵道出版社，2010.

[2] 吉鵬霄，張桂林等.電氣化鐵路接觸網[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011.

[3] 韓蘭貴.道岔區(qū)上方接觸網布置方式綜述[R].北京：國防工業(yè)出版社，1989.

[4] 錢立新.世界高速鐵路技術[M].北京：中國鐵道出版社，2003.

（作者單位：中鐵建電氣化局集團第三工程有限公司）