27 t軸重60 kg/m鋼軌12號(hào)5.0 m線間距交叉渡線道岔設(shè)計(jì)

張立軍 葛晶 樊小平

1.鐵科（北京）軌道裝備技術(shù)有限公司，北京102202；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京100081

交叉渡線道岔是使機(jī)車車輛由一條線路既可進(jìn)入又可越過(guò)另一條線路的軌道設(shè)備，可以縮短站場(chǎng)長(zhǎng)度，減少占地面積，在鐵路上得到廣泛應(yīng)用［1］。國(guó)內(nèi)研制的27 t重載60 kg/m鋼軌12號(hào)單開(kāi)道岔已上道使用，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤試驗(yàn)，可有效延長(zhǎng)重載鐵路道岔及其部件的使用壽命，達(dá)到了預(yù)期效果［2-4］。

為滿足與重載道岔配套的迫切需求，本文對(duì)27 t軸重60 kg/m鋼軌12號(hào)道岔配套的交叉渡線道岔進(jìn)行設(shè)計(jì)。該交叉渡線由四組12號(hào)單開(kāi)道岔和一組菱形交叉組合而成。四組12號(hào)單開(kāi)轍叉（簡(jiǎn)稱單叉）、兩組6號(hào)銳角轍叉和兩組6號(hào)鈍角轍叉組均采用合金鋼組合轍叉，可滿足線路無(wú)縫化需求。

1 我國(guó)交叉渡線道岔路現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及用戶反饋，我國(guó)交叉渡線道岔主要存在以下問(wèn)題：①高錳鋼銳角和鈍角轍叉易磨耗，如圖1（a）、圖1（b）所示；②轍叉心軌尖端至50 mm斷面處剝落掉塊、壓潰、裂紋，如圖1（c）所示；③鈍角轍叉的護(hù)軌折角容易被輪背磨成圓弧，減小了護(hù)軌作用，增大了有害空間長(zhǎng)度，容易發(fā)生撞尖，如圖1（d）所示；④岔枕鉸接裝置安裝困難，如圖1（e）所示。

圖1 交叉渡線道岔現(xiàn)狀

2 設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)指標(biāo)

參照文獻(xiàn)［5］，確定道岔的設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)指標(biāo)。

2.1 設(shè)計(jì)原則

1）道岔結(jié)構(gòu)形式與單開(kāi)結(jié)構(gòu)一致。

2）針對(duì)既有交叉渡線道岔使用中存在的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)道岔及其部件的使用壽命。

3）采用固定型轍叉，造價(jià)低，易更換，維修工作量小，適應(yīng)重載鐵路養(yǎng)護(hù)維修的現(xiàn)狀。

4）軌下基礎(chǔ)為混凝土岔枕。

5）適用于跨區(qū)間無(wú)縫線路。

6）高性價(jià)比。

2.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)

1）道岔容許通過(guò)速度

直向：客車160 km/h；重載貨物列車（牽引質(zhì)量8 000 t及以上或27 t軸重）100 km/h；其他貨物列車120 km/h；側(cè)向：45 km/h。

2）線間距

線間距取5.0 m。

3）使用壽命期望值

使用壽命是重載道岔的核心問(wèn)題。重載鐵路上曲線尖軌和轍叉的使用壽命低于既有鐵路，該問(wèn)題的難度不亞于高速道岔平順性問(wèn)題的難度。根據(jù)中國(guó)重載道岔技術(shù)發(fā)展水平和制造工藝現(xiàn)狀確定的轍叉和曲線尖軌使用壽命期望值（在合理的養(yǎng)護(hù)維修情況下）為：①直尖軌直向通過(guò)總質(zhì)量不少于4億t；②曲尖軌側(cè)向通過(guò)總質(zhì)量不少于1億t；③轍叉直側(cè)向通過(guò)總質(zhì)量不少于3億t。

3 平面線型設(shè)計(jì)

3.1 交叉渡線道岔主要平面尺寸

為了保證道岔的通用性和互換性，27 t軸重重載道岔用60 kg/m鋼軌12號(hào)5.0 m間距交叉渡線道岔的主要尺寸與160 km/h的提速道岔用交叉渡線道岔相同，線型和主要平面尺寸如圖2所示。

圖2 交叉渡線道岔線型和主要平面尺寸（單位：mm）

道岔軌距變化情況：道岔側(cè)股軌距加寬5 mm，自道岔基本軌前端開(kāi)始逐漸加寬，尖軌尖端處的軌距為1 440 mm，在轍叉趾端前軌距逐漸由1 440 mm過(guò)渡到1 435 mm。在鈍角轍叉范圍內(nèi)軌距采用1 440 mm，在銳角轍叉趾端過(guò)渡到1 435 mm。

3.2 轉(zhuǎn)轍器

轉(zhuǎn)轍器部分的設(shè)計(jì)與27 t軸重60 kg/m鋼軌12號(hào)單開(kāi)道岔轉(zhuǎn)轍器相同。

3.3 渡線單叉及護(hù)軌

1）渡線單叉采用單開(kāi)道岔轍叉，全長(zhǎng)5 992 mm，趾長(zhǎng)2 038 mm，跟長(zhǎng)3 954 mm。

2）單叉直向護(hù)軌采用單開(kāi)道岔的直向護(hù)軌，長(zhǎng)度為6 900 mm。

3）布置交叉渡線時(shí)，由于單開(kāi)轍叉所用側(cè)向護(hù)軌過(guò)長(zhǎng)，位于51J號(hào)—62Z號(hào)岔枕，與銳角轍叉（起點(diǎn)在61號(hào)岔枕）互相干涉，因此要重新設(shè)計(jì)。交叉渡線的單開(kāi)轍叉用側(cè)向護(hù)軌仍采用33 kg/m槽型鋼軌，長(zhǎng)度為4 800 mm，護(hù)軌平直段長(zhǎng)度為1 340 mm，緩沖段長(zhǎng)度為1 580 mm，開(kāi)口段長(zhǎng)度為150 mm，位于53J號(hào)—60Z號(hào)岔枕上，其布置如圖3所示。

圖3 12號(hào)交叉渡線中的單開(kāi)轍叉?zhèn)认蜃o(hù)軌（單位：mm）

修改后，側(cè)向護(hù)軌緩沖段的沖擊角β由0°30'0″變?yōu)?°49'58″。側(cè)向速度為45、50 km/h時(shí)，動(dòng)能損失分別為0.43、0.53 km2/h2，均小于區(qū)間線路的最大動(dòng)能損失限值0.65 km2/h2。

3.4 菱形交叉

為了改善列車運(yùn)行條件，使制造和維修更為便利，在鈍角轍叉范圍內(nèi)軌距采用1 440 mm。銳角轍叉趾長(zhǎng)1 627 mm，跟長(zhǎng)1 955 mm；直、側(cè)向護(hù)軌長(zhǎng)度均為2 930 mm。鈍角轍叉總長(zhǎng)4 676 mm，如圖4所示。

圖4 菱形交叉示意（單位：mm）

4 道岔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 轉(zhuǎn)轍器

1）采用彈性可彎尖軌。在基本軌和尖軌密貼段將基本軌工作邊一側(cè)刨切5 mm，以增加尖軌厚度。防止尖軌尖端掉塊和壓潰，延長(zhǎng)尖軌使用壽命。

高校輔導(dǎo)員的主要工作任務(wù)是以學(xué)生為中心，為學(xué)生服務(wù)，而在現(xiàn)代大學(xué)生活中，一部分輔導(dǎo)員缺乏對(duì)自身職責(zé)的準(zhǔn)確定位，嚴(yán)重背離了輔導(dǎo)員的職責(zé)，影響學(xué)生的管理工作，更有甚者，對(duì)于自己所帶的學(xué)生還認(rèn)不全。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，高校輔導(dǎo)員必須準(zhǔn)確定位自身職責(zé)，努力做好學(xué)生管理工作。

2）轉(zhuǎn)轍器跟端設(shè)置大位移限位器，既可防止特殊情況下尖軌的非正常爬行，又可防止在尖軌跟端產(chǎn)生溫度力作用下的軌向不良。

4.2 渡線單叉及護(hù)軌

1）固定型轍叉采用合金鋼組合轍叉或高錳鋼組合轍叉。

2）固定型轍叉可采用心軌加寬設(shè)計(jì)［6］，增加心軌承載面積，降低接觸應(yīng)力，減少磨耗；心軌變得更加粗壯后，塑性變形減少或可完全避免。

3）根據(jù)輪軌匹配優(yōu)化固定型轍叉心軌和翼軌頂面輪廓。將1∶5工作邊+R13圓弧+1∶20軌頂坡優(yōu)化為1∶5工作邊+R15圓弧+R80圓弧+1∶15軌頂坡的新型軌頂輪廓。優(yōu)化后車輪踏面和新軌頂輪廓在R80圓弧段接觸，接觸應(yīng)力降低至原接觸應(yīng)力的54%，可減少轍叉心軌和翼軌在轍叉使用早期的磨耗［7］。

4）基于輪軌匹配優(yōu)化心軌降低值和翼軌抬高值，其中翼軌抬高值為6 mm。

4.3 銳角轍叉

銳角轍叉整體結(jié)構(gòu)與單叉相同，如圖5所示。心軌材質(zhì)為合金鋼；叉跟軌選用U75V在線熱處理鋼軌或貝氏體鋼軌制造；翼軌選用U75V在線熱處理鋼軌與合金鋼鋼軌焊接的結(jié)構(gòu)或選用整根合金鋼鋼軌。叉心為心軌和叉跟軌組合的拼裝結(jié)構(gòu)，鋼軌件之間采用間隔鐵與高強(qiáng)螺栓聯(lián)接，共采用了9個(gè)單、雙孔間隔鐵配合11根高強(qiáng)螺栓將心軌、叉跟軌、翼軌拼裝成一個(gè)整體。

圖5 銳角轍叉結(jié)構(gòu)

圖6 心軌組件結(jié)構(gòu)

4.4 鈍角轍叉

鈍角轍叉由基本軌、叉心組件、護(hù)軌、間隔鐵及其連接零件組成，如圖7所示。鈍角轍叉基本軌由整根鋼軌加工制造；叉心組件為鍛制心軌和普通鋼軌拼接的組合件；護(hù)軌由75 kg/m合金鋼鋼軌加工而成。

圖7 鈍角轍叉結(jié)構(gòu)

4.5 扣件系統(tǒng)

4.5.1 通用扣件系統(tǒng)

采用預(yù)埋鐵座連接鐵墊板和岔枕的扣件結(jié)構(gòu)形式代替預(yù)埋套管結(jié)構(gòu)，如圖8所示。這種結(jié)構(gòu)可以提高道岔區(qū)扣件系統(tǒng)的橫向穩(wěn)定性，減少扣件維修量。采用Ⅱ型彈條和T形螺栓扣壓鐵墊板，防止鐵墊板下的橡膠墊板被過(guò)度壓縮，失去彈性。采用彈性?shī)A扣壓轉(zhuǎn)轍器部位和護(hù)軌部位基本軌，方便維修。

圖8 通用扣件系統(tǒng)

4.5.2 交叉渡線道岔用特殊扣件系統(tǒng)

對(duì)于受軌件安放空間影響而無(wú)法放置常見(jiàn)護(hù)軌用扣件系統(tǒng)的交叉渡線道岔須進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

1）渡線單叉區(qū)域的護(hù)軌扣件系統(tǒng)。對(duì)于58Z號(hào)—60Z號(hào)枕，采用預(yù)埋套管與預(yù)埋鐵座配合、由鐵座扣壓鋼軌的扣件系統(tǒng)。以58Z號(hào)枕為例，其護(hù)軌扣件結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 58Z號(hào)枕護(hù)軌扣件系統(tǒng)

2）銳角轍叉區(qū)域的護(hù)軌扣件系統(tǒng)。對(duì)于62Z號(hào)—66Z號(hào)枕，采用加長(zhǎng)的鐵墊板。以65Z號(hào)枕為例，其護(hù)軌扣件結(jié)構(gòu)如圖10所示。

圖10 銳角轍叉區(qū)域護(hù)軌扣件系統(tǒng)

4.6 岔枕結(jié)構(gòu)

岔枕斷面及配筋圖與27 t軸重60 kg/m鋼軌12號(hào)單開(kāi)道岔岔枕相同，岔枕上預(yù)埋件分為預(yù)埋鐵座［8］和預(yù)埋套管。

4.6.1 岔枕布置

岔枕間距一般情況下為600 mm。在牽引點(diǎn)岔枕間距為650 mm，兩側(cè)相應(yīng)調(diào)整為575 mm。岔枕間距布置以鈍角轍叉對(duì)稱中軸為理論中心，兩側(cè)對(duì)稱布置。

岔枕長(zhǎng)度與整個(gè)道岔區(qū)的平面布置形式、扣件釘孔距有很大關(guān)系。不同地段長(zhǎng)度不同，考慮到工廠生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)施工管理上的原因，盡量減少長(zhǎng)度的種類且均勻分布。岔枕長(zhǎng)度進(jìn)級(jí)為100 mm和150 mm；岔枕最長(zhǎng)不超過(guò)5.0 m。一般岔枕垂直于直股工作邊。交叉渡線單叉及菱形區(qū)域岔枕布置如圖11所示。

圖11 單叉及菱形區(qū)域岔枕布置（單位：mm）

4.6.2 岔枕鉸接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

交叉渡線道岔區(qū)段兩線路外側(cè)岔枕端頭間距為7.6 m。國(guó)內(nèi)5.0 m線間距交叉渡線道岔岔枕的長(zhǎng)度不宜超過(guò)4.95 m，須通過(guò)鉸接方式聯(lián)結(jié)成7.6 m，因此交叉渡線岔枕鉸接裝置是岔枕設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)［9］。

針對(duì)調(diào)研中反饋的交叉渡線鉸接裝置安裝問(wèn)題，新型重載岔枕鉸接裝置應(yīng)具有適當(dāng)?shù)恼{(diào)整量，以滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際使用需求。新型重載岔枕鉸接裝置由墊板螺栓、復(fù)合鋼套、緩沖調(diào)距塊、板下橡膠墊層、連接板等組成，如圖12所示。

圖12 新型岔枕鉸接結(jié)構(gòu)（單位：mm）

該鉸接結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：①?gòu)椥糟q接，可有效隔斷震動(dòng)的傳遞。②除連接板、復(fù)合鋼套和板下橡膠墊層外，其余均采用道岔扣件系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)件。零部件與道岔扣件系統(tǒng)零部件完全通用，易于更換和維修。③緩沖調(diào)距塊［10］分4-11、5-10、6-9、7-8四種型號(hào)；復(fù)合鋼套與緩沖調(diào)距塊配套使用可實(shí)現(xiàn)單側(cè)軌枕-5～5 mm的調(diào)整量，岔枕離縫實(shí)現(xiàn)±10 mm的調(diào)整量，基本滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用需求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的交叉渡線道岔填補(bǔ)了目前國(guó)內(nèi)27 t軸重60 kg/m鋼軌12號(hào)單開(kāi)道岔無(wú)配套交叉渡線道岔的空白，滿足了我國(guó)重載鐵路建設(shè)和運(yùn)輸發(fā)展對(duì)新型重載道岔的迫切需求。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括：該交叉渡線道岔可與現(xiàn)有160 km/h的提速道岔用交叉渡線道岔實(shí)現(xiàn)替換；其單開(kāi)轍叉、銳角轍叉和鈍角轍叉均采用合金鋼組合轍叉，可延長(zhǎng)道岔及其部件使用壽命；彈性鉸接裝置可有效隔斷震動(dòng)的傳遞，調(diào)整鉸接岔枕之間離縫。