城軌道岔減振降噪功能的研究

王 阿 利

(中鐵寶橋集團有限公司，陜西 寶雞 721006)

1 行業(yè)背景

隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，大運量、快捷、安全、準點的軌道交通已成為解決城市交通堵塞的首選公共交通。目前，國內(nèi)城市軌道交通行業(yè)超常規(guī)發(fā)展，已有22個城市建成并運營軌道交通線路101條，運營里程3 155 km，并有38個城市經(jīng)國家批準建設(shè)軌道交通。預(yù)測到2020年，城軌交通規(guī)劃總里程超過6 880 km。

城市軌道交通對線路運營安全性、舒適性要求較高，而且線路穿行于城市人口稠密地區(qū)，對環(huán)境保護標準要求也高，但既有道岔很難適應(yīng)高密度、少維修的要求，運營過程中的輪軌沖擊影響著周邊居民生活環(huán)境和道岔壽命，制約著周邊物業(yè)的開發(fā)，同時增加了維護成本，為此亟需開發(fā)具有減振降噪功能的新道岔。

2 城軌道岔現(xiàn)狀

隨著列車運行速度的不斷加快和運量的越發(fā)密集，輪軌相互作用力加劇，其中反映最為強烈和集中的是軌道交通因輪軌相互撞擊所產(chǎn)生的振動和噪聲問題，影響著線路周邊居民的生活。針對城軌道岔噪聲問題，調(diào)研多條地鐵線路，引起噪聲的主要根源有如下幾方面。

2.1 鋼軌波磨

列車因速度提高、頻繁折返，加劇軌件磨耗，縮短道岔壽命。有些線路運營不足一年，尖軌軌頂波磨達到0.4 mm～0.5 mm。軌件磨耗較快主要是因為岔區(qū)扣件阻尼偏低，未能提供平順(軌距、高低、水平、方向、曲率)的運行條件，在列車頻繁的沖擊和反復(fù)制動下，軌件強度大大削弱，加速磨耗，表面創(chuàng)傷嚴重的組織與軌件基體分離掉塊(見圖1)，鋼軌的波磨形成“搓衣板”(見圖2)，導(dǎo)致岔區(qū)振動再次加劇。

2.2 接頭病害

1)尖軌跟端活接頭病害。

城軌道岔采用直線尖軌，跟端活接頭結(jié)構(gòu)在反復(fù)的扳動和列車多次沖擊后，穩(wěn)定性大大下降，導(dǎo)致尖軌跟端與其相連導(dǎo)軌接頭錯牙(見圖3)，列車不能平順通過，增大沖擊振動。

2)鋼軌有縫接頭病害。

鋼軌有縫接頭、固定型轍叉等均存在軌距線中斷問題，列車長此以往運行后，引起軌縫變大、軌距擴張等病害，影響列車過岔的平順性。

2.3 岔區(qū)扣件

既有城軌道岔主要采用普通扣件，通常在鐵墊板下安裝橡膠墊板，為軌道系統(tǒng)提供彈性，用螺栓將鐵墊板固定在軌枕中，螺栓擰緊后，橡膠墊板因受到壓縮變形而喪失部分彈性，扣件的減振性能難以充分發(fā)揮。

3 城軌道岔減振降噪策略

根據(jù)目前城軌道岔存在的噪聲問題，需要對其實施減振降噪策略，采用先進的技術(shù)，打造具有減振降噪效果優(yōu)良、零部件壽命長、施工便利、少維護等優(yōu)點的城軌減振道岔。

3.1 提高岔區(qū)的平順性

1)優(yōu)化道岔平面線型，盡可能采用較大的導(dǎo)曲線半徑，提高旅客乘坐的舒適度。

2)優(yōu)化輪軌關(guān)系，為列車過岔創(chuàng)造優(yōu)良的平順性。

3)岔區(qū)剛度均勻化。岔區(qū)剛度是影響列車運行舒適性、軌道幾何形態(tài)及養(yǎng)護維修工作量的重要參數(shù)之一。岔區(qū)各部件剛度匹配不佳，難以做到物盡其用，也難以使軌道結(jié)構(gòu)在列車荷載作用下表現(xiàn)出良好的工作特性。岔區(qū)剛度若過大，輪軌相互作用加劇，列車運行平穩(wěn)性降低，軌道振動加劇，輪軌噪聲增大，部件壽命降低。岔區(qū)剛度若過小，軌道結(jié)構(gòu)薄弱，列車作用下軌道變形過大，幾何形態(tài)難以保證，養(yǎng)護維修工作量增大。為此，需要通過理論分析和先進的材料、技術(shù)等，確保岔區(qū)剛度均勻化，以提高行車舒適度和降低岔區(qū)輪軌沖擊振動。

3.2 岔區(qū)無縫化

1)鋼軌采用焊接接頭，消除軌縫，岔區(qū)實現(xiàn)無縫化，避免車輪對鋼軌接頭劇烈沖擊振動。

2)活動型轍叉。固定型轍叉結(jié)構(gòu)本身存在“有害空間”，車輪從轍叉咽喉走行至心軌實際尖端時線路中斷，此處車輪振動及沖擊最大，是列車通過道岔時的主要振動源。為確保岔區(qū)軌距線連續(xù)，提高列車過岔的平順性，采用活動型轍叉，利用心軌轉(zhuǎn)動與翼軌相靠或叉心固定，兩側(cè)翼軌均可動，以消除“有害空間”，減輕車輪對翼軌、心軌的沖擊。

3.3 優(yōu)化有縫線路鋼軌接頭

1)尖軌跟端采用彈性可彎結(jié)構(gòu)。

尖軌采用曲線線型，跟端為彈性可彎結(jié)構(gòu)，確保接頭穩(wěn)定，以減少列車通過尖軌跟端的沖擊振動。

2)鋼軌普通接頭采用減振夾板。

為解決岔區(qū)鋼軌接頭病害，減少振動噪聲，在鋼軌非工作邊側(cè)安裝減振接頭夾板(見圖4)，工作邊側(cè)安裝普通接頭夾板。減振夾板比普通夾板斷面高，加高部分帶有1∶20斜，與車輪踏面斜度一致，列車通過接頭時車輪踏面可在減振夾板加高面上運行，具備了連續(xù)平順的運行條件。

3)鋼軌絕緣采用膠接絕緣接頭。

鋼軌采用膠接絕緣，增強絕緣接頭穩(wěn)固性，提高絕緣性能。

3.4 岔區(qū)采用雙層非線性減振扣件

1)突出的減振效果。與普通道岔扣件相比，減振量大于8 dB，達到中等減振降噪要求。

2)穩(wěn)定的扣件系統(tǒng)。通過尼龍自鎖機構(gòu)(如圖5所示)將上鐵墊板、中間橡膠墊、下鐵墊板組裝在一起，機械連接提高較強的穩(wěn)定性。

3)較大的抗拔力。通過螺栓錨固系統(tǒng)將扣件預(yù)組裝體、耦合墊板緊緊地與道床基礎(chǔ)相連，最大預(yù)緊力達到30 kN，抗拔力有了較大幅度的提高。

4)可調(diào)的預(yù)緊力。通過尼龍自鎖裝置調(diào)整扣件的預(yù)緊力，實現(xiàn)扣件整體配合的可靠性、穩(wěn)定性，可滿足不同線路運行條件的需求(速度、軸重、曲線半徑等)。當扣件因道床沉降、減振元件磨損等原因產(chǎn)生離縫時，可通過調(diào)整片消除扣件的縫隙問題，保證線路的安全性和平穩(wěn)性。

5)鋼軌波磨的緩解?？奂M向、扭轉(zhuǎn)剛度均較高，有良好的過載保護功能，能夠安全可靠的保持線路的平順性，抑制鋼軌“上跳”，緩解鋼軌波磨的產(chǎn)生和發(fā)展，延長道岔壽命。

6)安裝、維護便利。通過自鎖機構(gòu)將上鐵墊板、中間彈性墊板、下鐵墊板出廠前預(yù)組裝在一起，類似于道岔用鐵墊板，與普通扣件安裝、維護方法基本一致，不需增加額外的工作量。

7)靈活的軌距調(diào)整。通過下墊板中的U形道釘孔及軌距塊配合調(diào)距，其中U形道釘孔可實現(xiàn)雙邊±6 mm的調(diào)距量，軌距塊可實現(xiàn)雙邊-6 mm～+4 mm的調(diào)距量，總體調(diào)距量為-12 mm～+10 mm。

8)靈活的高度調(diào)整。扣件系統(tǒng)高度可在耦合墊板與下鐵板之間調(diào)整，可實現(xiàn)-5 mm～+30 mm的調(diào)高設(shè)置。

9)彈性元件更換便捷。中間橡膠墊板(如圖6所示)通過釘柱結(jié)構(gòu)及排列優(yōu)化，可提供充分的縱、橫向變形自由空間，及時散發(fā)橡膠因受力變形產(chǎn)生的熱量，較大程度延長橡膠元件壽命，而且可單獨更換橡膠元件，降低維護成本。

4 結(jié)語

道岔是實現(xiàn)列車轉(zhuǎn)線或跨線運行必不可少的軌道設(shè)備，隨著城軌交通的快速發(fā)展和人們生活質(zhì)量的提高，對城軌道岔的減振性能提出了更高的要求。有必要從道岔平面線型設(shè)計、岔區(qū)剛度均勻化、研發(fā)新型減振扣件等方面采取策略，打造零部件壽命長、施工便利、免維護的減振道岔，為城軌線路周邊居住的人們提供和諧的生活環(huán)境。