跨座式單軌道岔技術(shù)參數(shù)分析

王 金

(中鐵四院集團(tuán)新型軌道交通設(shè)計研究有限公司 江蘇蘇州 215009)

1 引言

近年，國內(nèi)城市軌道交通的發(fā)展呈現(xiàn)多元化趨勢[1-4]?？缱絾诬壸鳛閱诬壪到y(tǒng)的一種，是車輛與特制PC軌道梁組合一體運行的膠輪導(dǎo)軌系統(tǒng)，采用橡膠輪胎，具有運量適中、噪聲低、占地面積小、爬坡能力強(qiáng)等優(yōu)點，在國內(nèi)迎來新的建設(shè)高潮。除已建成運營的重慶外，蕪湖和柳州等城市均正在建設(shè)跨座式單軌線路。

道岔是跨座式單軌的三大關(guān)鍵技術(shù)之一，直接決定了車輛能否安全平穩(wěn)地完成不同線路之間的轉(zhuǎn)轍。自1994年重慶跨座式單軌2號線項目建議書通過國家評估之時，科研院所、設(shè)計院及高校開始了對跨座式單軌系統(tǒng)道岔的研發(fā)[5-9]，逐步實現(xiàn)了跨座式單軌道岔的國產(chǎn)化。目前，跨座式單軌道岔基本分類包括關(guān)節(jié)型、關(guān)節(jié)可撓型、平移型、樞軸型和換梁型五大類。以關(guān)節(jié)型道岔為例，又可分為單開、對開、三開、五開四種?？缱絾诬壍啦淼姆诸惙彪s、造價昂貴，選用時應(yīng)充分考慮各道岔的技術(shù)特點和使用條件，同時需考慮經(jīng)濟(jì)性。

本文對跨座式單軌道岔的分類、轉(zhuǎn)轍原理和適用范圍進(jìn)行歸納總結(jié)，對其理論線形、設(shè)計參數(shù)和技術(shù)要求進(jìn)行闡述，以期設(shè)計人員能夠掌握其基本特征，在設(shè)計工作中能夠靈活選用，力爭做到經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)適用。

2 跨座式單軌道岔分類及適用范圍

跨座式單軌道岔主要由若干節(jié)道岔梁、移動臺車、驅(qū)動裝置、導(dǎo)向及穩(wěn)定面彎曲裝置、鎖定裝置、控制及檢測系統(tǒng)等組成。

跨座式單軌道岔的類型與其車輛技術(shù)相匹配，按照車輛技術(shù)以及跨座式單軌道岔的結(jié)構(gòu)組成、轉(zhuǎn)轍后的線形，其分類如表1所示。

表1 跨座式單軌道岔分類

(1)關(guān)節(jié)型道岔

關(guān)節(jié)型道岔由數(shù)節(jié)鋼制箱形軌道梁用T型軸鉸接組成，臺車支撐、電力驅(qū)動，是轉(zhuǎn)換列車行駛線路的轉(zhuǎn)轍設(shè)備。轉(zhuǎn)轍后，軌道梁呈折線狀，如圖1所示。通過不同的道岔梁“關(guān)節(jié)”旋轉(zhuǎn)不同的轉(zhuǎn)轍角，擬合半徑為100 m的轉(zhuǎn)彎曲線。主要應(yīng)用在車輛基地內(nèi)，重慶軌道交通2號線和3號線的車輛基地采用了此類道岔。

圖1 關(guān)節(jié)型道岔

(2)關(guān)節(jié)可撓型道岔

關(guān)節(jié)可撓型道岔由數(shù)節(jié)鋼制箱形軌道梁用T型軸鉸接組成，臺車支撐、電力驅(qū)動，梁兩側(cè)的導(dǎo)向板、穩(wěn)定板在撓曲裝置驅(qū)動下可撓曲成曲線或直線，是轉(zhuǎn)換列車行駛線路的轉(zhuǎn)轍設(shè)備，列車能以較高的速度平穩(wěn)地通過。其道岔示意圖與關(guān)節(jié)型道岔類似，不同之處在于其道岔梁的線形為曲線，通過速度更高，主要應(yīng)用在正線上，重慶軌道交通2號線和3號線正線線路均采用了此類道岔。

(3)平移型道岔

平移型道岔由直線和固定曲線鋼制箱形軌道梁固定在臺車上，電力驅(qū)動，平衡導(dǎo)向裝置導(dǎo)向，沿固定方向平行往返移動，與相鄰軌道梁銜接形成通道，是轉(zhuǎn)換列車行駛線路的轉(zhuǎn)轍設(shè)備，列車能以較高速度平穩(wěn)地通過，主要應(yīng)用在正線線路上，其布置如圖2所示。

圖2 平移型道岔

(4)樞軸型道岔

樞軸型道岔由一根梁組成，轉(zhuǎn)轍時通過驅(qū)動裝置推(拉)動直梁繞直梁轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，使道岔整體轉(zhuǎn)轍至與相鄰軌道梁對齊位置，實現(xiàn)與相鄰線路的軌道梁連接，從而改變列車行駛線路，其布置如圖3所示。主要應(yīng)用在車輛基地內(nèi)，蕪湖軌道交通2號線車輛基地內(nèi)均采用了此類道岔。

圖3 樞軸型道岔

(5)換梁型道岔

換梁型道岔由直梁和曲梁組成，轉(zhuǎn)轍時通過驅(qū)動裝置推(拉)動直梁繞直梁轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，同時通過連桿帶動曲梁繞曲梁轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，使道岔梁整體轉(zhuǎn)轍至直梁或曲梁對齊軌道梁的位置，實現(xiàn)與相鄰線路的軌道梁連接，其布置如圖4所示。通過不同道岔梁進(jìn)行“替換”，實現(xiàn)直線與側(cè)向通過需求，主要應(yīng)用在正線線路上。

圖4 換梁型道岔

3 跨座式單軌道岔理論線形

理論上，道岔轉(zhuǎn)轍后的側(cè)向線形越接近圓曲線，其側(cè)向通過能力越高，允許通過的速度越高?？缱絾诬壍奈宸N道岔類型中，平移型道岔和換梁型道岔的側(cè)向道岔梁為預(yù)制的曲線梁，線形最好；樞軸型道岔轉(zhuǎn)轍后的側(cè)向線形最差，為折線，側(cè)向允許通過速度最低；關(guān)節(jié)型道岔將樞軸型道岔的一根道岔梁分為多節(jié)，每節(jié)道岔梁轉(zhuǎn)轍不同的角度，形成多段折線，線形優(yōu)于樞軸型道岔；關(guān)節(jié)可撓型道岔在關(guān)節(jié)型道岔的基礎(chǔ)上，將多節(jié)直線道岔梁優(yōu)化為多節(jié)曲線道岔梁，轉(zhuǎn)轍后形成的側(cè)向線形近似為曲線，側(cè)向允許通過速度較高，見表2。

表2 跨座式單軌道岔側(cè)向線形及通過限速

(1)關(guān)節(jié)型道岔

關(guān)節(jié)型道岔的本質(zhì)是通過4節(jié)或5節(jié)道岔梁轉(zhuǎn)轍θ的倍數(shù)，形成多段折線，用圓的內(nèi)接多邊形逼近圓弧。轉(zhuǎn)轍狀態(tài)下，可以將道岔梁看成是圓內(nèi)接等多邊形的一部分。

以單開道岔為例，其理論線形是曲線半徑為100.235 m的圓的內(nèi)接多段折線。單開道岔、對開道岔的道岔梁長度均為5.5 m，其轉(zhuǎn)轍θ的計算公式分別見式(1)、式(2)；三開道岔、五開道岔的道岔梁長度均為6 m，其轉(zhuǎn)轍θ的計算公式分別見式(3)、式(4)。單開、對開、三開道岔的理論線形如圖5所示，五開道岔本質(zhì)上是兩個單開道岔的組合。

圖5 關(guān)節(jié)型道岔理論線形(單位：m)

比亞迪“云軌”關(guān)節(jié)型道岔理論線形的設(shè)計原理同上，但其道岔梁長度、轉(zhuǎn)轍角、轉(zhuǎn)轍量不同。單開道岔和三開道岔擬合的是曲線半徑為90 m的圓弧，五開道岔擬合的是曲線半徑為160 m和80 m的圓弧，如圖6所示。

圖6 “云軌”關(guān)節(jié)型道岔理論線形(單位：m)

(2)關(guān)節(jié)可撓型道岔

關(guān)節(jié)可撓型道岔的線形與關(guān)節(jié)型道岔相似，道岔全長、道岔梁長及轉(zhuǎn)轍角均與關(guān)節(jié)型道岔一致，不同之處在于其道岔梁為曲線，且僅包括單開和對開兩種類型，其理論線形的設(shè)計參數(shù)見表3。

表3 關(guān)節(jié)可撓型道岔理論線形

(3)樞軸型道岔

樞軸型道岔僅一根道岔梁，理論線形較為簡單。對開道岔、單開道岔和三開道岔的轉(zhuǎn)轍角均為6°，五開道岔的轉(zhuǎn)轍角為2°和6°，如圖7所示。

據(jù)統(tǒng)計，1組樞軸型單開道岔和對開道岔的造價約為290萬元，1組樞軸型三開道岔的造價約為310萬元，1組樞軸型四開道岔的造價約為330萬元。由此可知，跨座式單軌樞軸型道岔的開數(shù)每增加1開，造價約增加20萬元，僅為道岔單價的6.7%；從道岔接軌原理上來講，1組樞軸型三開道岔相當(dāng)于2組樞軸型單開道岔，約可節(jié)省270萬元，即采用開數(shù)較多的道岔可以降低造價。車輛基地庫房內(nèi)的停車線較多，對應(yīng)咽喉區(qū)的道岔數(shù)量較多，應(yīng)盡量采用開數(shù)較多的道岔，減少占地面積的同時，可以減少道岔數(shù)量、降低工程造價及道岔的維護(hù)成本。

圖7 樞軸型道岔理論線形(單位：m)

(4)換梁型道岔

換梁型道岔的側(cè)向道岔梁為曲線梁，單開道岔曲線梁的半徑為102.953 m，對開道岔曲線梁的半徑為140 m，理論線形較為簡單，如圖8所示。

4 跨座式單軌道岔技術(shù)要求

4.1 選用原則

(1)正線及折返線宜采用關(guān)節(jié)可撓型道岔、平移型道岔及換梁型道岔。

(2)停車線宜采用關(guān)節(jié)型道岔。

(3)車場線、配線宜采用關(guān)節(jié)型道岔、平移型道岔、樞軸型道岔及換梁型道岔。

(4)配線在與正線接軌處當(dāng)作業(yè)能力有要求時宜采用關(guān)節(jié)可撓型道岔。

4.2 設(shè)置要求

(1)道岔應(yīng)設(shè)在直線地段正線上，道岔端部至平面曲線起點的距離不宜小于5 m，車場線可減少至3 m。

(2)道岔宜靠近車站設(shè)置，道岔端部至車站站臺計算端部的距離不應(yīng)小于5 m。

(3)道岔應(yīng)設(shè)在平坡上，困難條件下可設(shè)在不大于3‰的坡道上。道岔端部至豎曲線起點的距離不應(yīng)小于5 m。

(4)道岔的附帶曲線半徑應(yīng)符合下列規(guī)定:①正線和配線不應(yīng)小于100 m；②車場線不應(yīng)小于50 m；③反向曲線間夾直線長不應(yīng)小于10 m。

(5)道岔與道岔之間應(yīng)設(shè)置銜接梁，銜接梁長度正線上不應(yīng)小于3 m，配線及車場線上不應(yīng)小于2 m。

5 總結(jié)

結(jié)合在跨座式單軌項目設(shè)計過程中遇到的困惑，本文從設(shè)計人員的角度出發(fā)，對跨座式單軌道岔的分類、轉(zhuǎn)轍原理和適用范圍進(jìn)行歸納總結(jié)，對其理論線形、選用原則和設(shè)置要求進(jìn)行闡述。同時，以樞軸型道岔為例，介紹道岔開數(shù)與造價的關(guān)系，建議在車輛基地內(nèi)部盡量選用開數(shù)較多的道岔，可以減少道岔的工程造價及維護(hù)成本。設(shè)計工作中，應(yīng)考慮適用性的同時兼顧造價，力爭做到經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)適用。