新型城市軌道交通60 kg/m鋼軌9號單開道岔的研制

車 偉 羅信偉

(1.中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006； 2.廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510010)

0 引言

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，城市軌道交通線路對道岔直、側(cè)向通過速度和旅客舒適度有了更高要求。既有60 kg/m鋼軌9號單開道岔直向容許通過速度為100 km/h，側(cè)向容許通過速度為35 km/h，已無法滿足城市軌道交通運量快速增長的需求。在不增加占地面積情況下，為提高道岔直、側(cè)向通過速度，迫切需要研究新型城市軌道交通60 kg/m鋼軌9號提速單開道岔，進(jìn)一步提高運營效率。

1 道岔平面線型設(shè)計

本次道岔設(shè)計平面線型設(shè)計時，道岔總長保持與既有道岔一致，以便于現(xiàn)場鋪設(shè)時能夠互換使用，具體如圖1所示。

1)道岔采用相離式半切線型尖軌，相離值f=8 mm，半切斷面寬度bq=53 mm。

2)軌距加寬。

根據(jù)GB 50157—2013地鐵設(shè)計規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)軌距為1 435 mm，半徑小于250 m的曲線地段應(yīng)進(jìn)行軌距加寬，因該道岔導(dǎo)曲線半徑為290 m，所以側(cè)股不需要加寬。

3)參數(shù)驗算。

a.動能損失：

ω=V2sin2βc=452×(sin0.974 166°)2=0.585 km2/h2，滿足不大于0.65 km2/h2的要求。

b.未被平衡離心加速度：

α=V2/(3.62R)=452/(3.62×290)=0.539 m/s2，滿足不大于0.56 m/s3的要求。

c.未被平衡離心加速度增量：

φ=V3/(3.63RL)=453/(3.63×290×18)=0.374 m/s3，滿足不大于0.4 m/s3的要求。

2 道岔結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 一般結(jié)構(gòu)

1)道岔全長32 606 mm，前長16 491 mm，后長16 115 mm，采用單圓曲線線型，導(dǎo)曲線半徑為290 m。

2)道岔容許通過速度:

直向：120 km/h；側(cè)向：45 km/h。

3)道岔側(cè)股無軌距加寬，導(dǎo)曲線終點在轍叉跟端結(jié)束。

4)道岔區(qū)設(shè)置1∶40軌底坡或軌頂坡。

5)軌下基礎(chǔ)采用碎石道床、合成枕。岔枕均垂直于道岔直股，岔后序號66，67岔枕逐漸扭轉(zhuǎn)垂直于側(cè)股。

6)扣件采用分開式Ⅲ型扣件，鋼軌非工作邊安裝9號軌距塊；工作邊安裝11號軌距塊；鋼軌接頭處安裝接頭軌距塊；轍叉兩側(cè)分別安裝9號和11號軌距塊。

7)鋼軌下設(shè)置5 mm厚彈性墊層，鐵墊板下設(shè)置10 mm厚彈性墊層，材質(zhì)為熱塑性聚酯彈性體。

2.2 轉(zhuǎn)轍器

1)尖軌采用60AT2鋼軌制造，為半切線型曲線尖軌。

2)直基軌采用水平藏尖結(jié)構(gòu)，工作邊進(jìn)行水平刨切。

3)尖軌采用防跳裝置，防止或減少尖軌拱腰等病害，改善運行狀態(tài)。

4)采用彈性夾式滑床板，扣壓力穩(wěn)定，彈性夾安裝、拆卸、維護(hù)方便，見圖2。

5)基本軌外側(cè)間隔設(shè)置軌撐，提高基本軌抗傾翻能力。

6)尖軌采用彈性可彎式結(jié)構(gòu)，減小其扳動力。

7)尖軌跟端采用限位器結(jié)構(gòu)，防止尖軌爬行及更好的傳遞溫度力。

2.3 轍叉及護(hù)軌

1)護(hù)軌采用33 kg/m槽型鋼軌制造，護(hù)軌頂面高出導(dǎo)軌頂面12 mm；基本軌內(nèi)側(cè)采用彈性夾扣壓，見圖3。

2)轍叉采用楔形合金鋼心軌組合轍叉，由合金鋼心軌、翼軌、叉跟軌及間隔鐵通過高強(qiáng)螺栓連接副組裝而成。道岔導(dǎo)曲線終點在轍叉的跟端，因此轍叉一側(cè)為曲線工作邊，這也是該轍叉加工制造的重點和難點。

2.4 電務(wù)轉(zhuǎn)換

1)牽引點設(shè)置。

尖軌設(shè)兩個牽引點，第一牽引點動程為160 mm，第二牽引點動程為75 mm。

2)鎖閉機(jī)構(gòu)。

道岔采用分動鉤型外鎖閉裝置。

3 道岔制造與鋪設(shè)

3.1 道岔主要零部件工藝流程

3.1.1基本軌的加工

1)工藝過程：鋸切→鉆孔→銑藏尖段→頂彎→組裝。

2)質(zhì)量控制重點：

a.與尖軌密貼段斜面的加工；

b.曲線密貼邊圓順無硬彎；

c.孔系位置的精準(zhǔn)；

d.水平刨切的控制。

3)工藝措施：采用數(shù)控鉆床，有效控制孔系位置的精度；采用成型刀具，通過基本軌銑削樣板，控制基本軌工作邊與尖軌的密貼加工精度。

3.1.2尖軌的加工

1)工藝過程：鋸切→壓成型段→熱處理→調(diào)直→二次下料→銑壓型段軌底→打磨、探傷→數(shù)控鉆孔→調(diào)直鋼軌全長→銑工作邊及非工作邊軌肢→銑軌腰螺栓槽→銑軌頭非工作邊→銑軌頭工作邊→銑軌頂降低值→銑鋼軌壓型段軌頂面→振動時效→精調(diào)→組裝。

2)質(zhì)量控制重點：a.尖軌帽型；b.工作邊直線度；c.電務(wù)配合接口尺寸；d.尖軌孔系位置。

3)工藝措施：采用數(shù)控鉆床，有效地控制了孔系位置的精度；采用數(shù)控銑床和成型刀具，并通過專用檢測樣板，保證尖軌帽型、工作邊直線度和電務(wù)配合接口尺寸。

3.1.3合金鋼轍叉的加工

1)合金鋼心軌的加工。

a.工藝過程：硬度檢測→劃線→銑頂面→銑底面→粗銑心軌外側(cè)→銑間隔鐵橢圓孔→銑兩側(cè)斜面→銑趾端頂面與降低值→銑工作邊及圓弧→打印標(biāo)識→打磨心軌與叉跟軌連接處→組裝。

b.質(zhì)量控制重點：控制各斷面尺寸精度和形狀公差，特別是與鋼軌配合面的加工精度以及曲線工作邊的矢度。

c.工藝措施：采用數(shù)控銑床和成型刀具，并通過專用檢測樣板，保證曲線工作邊及各機(jī)加工面的尺寸精度。

2)翼軌的加工。

a.工藝過程：下料鋸切→鉆孔→銑軌肢及倒角→頂彎→銑軌頭工作邊→精調(diào)→除銹→組裝。

b.質(zhì)量控制重點：翼軌各彎折點的斷面尺寸。

c.工藝措施：主要通過專用頂彎檢測樣板和斷面尺寸檢測樣板，保證翼軌符合圖紙要求。

3)叉跟軌的加工。

a.工藝過程：下料鋸切→鉆孔→銑軌頭非工作邊→銑軌頭工作邊→銑軌頂面降低值→頂彎→除銹→組裝。

b.質(zhì)量控制重點：工作邊的直線度和非工作邊圓弧的加工。

c.工藝措施：主要通過采用成型銑刀在數(shù)控機(jī)床上精確加工，并采用專用檢測樣板來保證其尺寸精度。

3.1.4護(hù)軌的加工

下料鋸切→鉆孔→銑軌肢及倒角→銑工作邊、軌頂降低值→時效→矯調(diào)→除銹。

3.1.5墊板的加工

調(diào)平→打印標(biāo)記→制孔→剪切→焊接鐵座、臺板等→調(diào)平→防銹處理→組裝、包裝。

3.2 道岔鋪設(shè)

本次通過試鋪1組左開單開道岔(含轉(zhuǎn)轍器、導(dǎo)曲線、轍叉及護(hù)軌)，以驗證單開道岔各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝、岔枕設(shè)計及電務(wù)轉(zhuǎn)換設(shè)備。道岔的鋪設(shè)分兩部分：曲線合金鋼轍叉組裝、整組道岔鋪設(shè)。

3.2.1曲線合金鋼轍叉組裝

為保證轍叉組裝質(zhì)量，在轍叉組裝專用工作臺進(jìn)行，并重點控制了轍叉的趾長、跟長、直工作邊的直線度、曲線工作邊的矢高、趾跟端開口、輪緣槽及咽喉寬度、心軌與翼軌高差等。

3.2.2整組道岔鋪設(shè)

在道岔整組試鋪過程中，重點控制了全長、軌距、支距、線型、密貼、查照間隔等各項技術(shù)參數(shù)，使得該產(chǎn)品的制造質(zhì)量得以有效控制，經(jīng)檢測各項參數(shù)均達(dá)到了圖紙設(shè)計及標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新

4.1 尖軌加厚技術(shù)

直基本軌密貼段的工作邊水平刨切3 mm(見圖4)，采用切削基本軌加厚尖軌技術(shù)后一方面在距尖軌尖端同樣位置處，尖軌軌頭寬度增加了3 mm，增強(qiáng)了粗壯度，另一方面可縮短前端薄弱斷面的長度，有效地提高曲線尖軌的使用壽命。

4.2 60AT2尖軌彈性可彎結(jié)構(gòu)

首次在地鐵道岔中采用60AT2鋼軌制造尖軌(見圖5)，軌腰厚度為32.5 mm，可有效減小尖軌扳動力；軌高為142 mm，提高滑床臺上部的厚度，增強(qiáng)滑床板強(qiáng)度，避免滑床臺出現(xiàn)斷裂、脫焊問題。

4.3 門型鐵軌撐結(jié)構(gòu)

通過門型鐵兩側(cè)不同規(guī)格的軌撐墊塊的調(diào)整及Ⅲ型彈條扣壓，滿足軌撐安裝要求，結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝，詳見圖6。

4.4 楔形合金鋼心軌組合轍叉結(jié)構(gòu)

通過楔形軌腰合金鋼心軌與楔形間隔鐵的配合使用(見圖7)，解決合金鋼組合轍叉心軌與翼軌間的上下相對錯動問題，增強(qiáng)轍叉的整體穩(wěn)定性，提高整組轍叉的使用壽命及行車安全。

5 結(jié)語

新型城市軌道交通60 kg/m鋼軌9號單開道岔目前已經(jīng)在廣州地鐵二十二線鋪設(shè)。該道岔在平面線型及結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了優(yōu)化研究，應(yīng)用了60AT2尖軌、水平藏尖、尖軌加厚、施維格彈性夾式滑床板、護(hù)軌墊板以及楔形結(jié)構(gòu)合金鋼組合曲線轍叉等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了道岔直向通過速度從100 km/h提高到120 km/h，側(cè)向通過速度從35 km/h提高到45 km/h，縮短了列車折返時間，滿足了新型城市軌道交通的運行工況需求，為今后開展城市軌道交通提速道岔的設(shè)計、制造及鋪設(shè)積累了豐富的經(jīng)驗。