張淑桂

(中國(guó)鐵建重工集團(tuán)股份有限公司道岔分公司 湖南株洲 412005)

1 引言

昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站區(qū)改擴(kuò)建工程捷運(yùn)系統(tǒng)，新規(guī)劃昆明首條有軌電車線路。為滿足有軌電車運(yùn)營(yíng)要求[1－2]，需進(jìn)行60R2槽型鋼軌[3]3號(hào)單開(kāi)道岔研制。首先完成了60R2槽型鋼軌3號(hào)單開(kāi)道岔設(shè)計(jì)，然后對(duì)尖軌扳動(dòng)力、輪軌關(guān)系進(jìn)行分析并優(yōu)化了尖軌輪廓，最后開(kāi)展產(chǎn)品試制試裝及現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)，并按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求完成產(chǎn)品檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)驗(yàn)證，產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)均滿足項(xiàng)目使用要求。

2 設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)指標(biāo)

2.1 設(shè)計(jì)原則

(1)滿足昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)、運(yùn)營(yíng)的需要。

(2)采用固定型轍叉。

(3)無(wú)岔枕軌下結(jié)構(gòu)[4－5]。

2.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)

(1)靜軸重 12.5 t。

(2)運(yùn)行速度:V直≤25 km/h；V側(cè)≤10 km/h。

3 道岔平面線形設(shè)計(jì)

根據(jù)安全參數(shù)指標(biāo)、車輛輪軌參數(shù)、有軌電車現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)需求指標(biāo)及以往設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)完成了道岔平面線形設(shè)計(jì)[6]。

3.1 安全參數(shù)指標(biāo)

(1)動(dòng)能損失ω0＝0.65 km2/h2[7]。

(2)未被平衡的離心加速度α0＝0.65 m/s2。

(3)未被平衡的離心加速度增量ψ0＝0.5 m/s3。

3.2 車輛輪軌參數(shù)

有軌電車車輛輪軌配合參數(shù)如表1所示。

表1 車輛輪軌配合參數(shù)

3.3 導(dǎo)曲線半徑核算

動(dòng)能損失、未被平衡的離心加速度及未被平衡離心加速度增量三個(gè)參數(shù)[8]，都從不同的方面反映了列車通過(guò)速度與道岔平面型式之間的關(guān)系。選擇曲線半徑時(shí)，按三項(xiàng)參數(shù)求得的導(dǎo)曲線半徑數(shù)值，以其中最大者作為道岔平面設(shè)計(jì)的控制條件。

以上述計(jì)算中最大者為道岔導(dǎo)曲線控制條件，即R≥11.87 m，根據(jù)道岔平面布置及招標(biāo)文件中對(duì)道岔全長(zhǎng)的控制，確定導(dǎo)曲線半徑R＝25 m(軌道中心計(jì)量)。

3.4 各部間隔計(jì)算

根據(jù)機(jī)車轉(zhuǎn)向架輪對(duì)相關(guān)尺寸，計(jì)算得出道岔應(yīng)滿足的各部間隔尺寸，道岔各部間隔取值如表2所示。

表2 道岔各部間隔控制條件

3.5 平面線型

采用半切線型，導(dǎo)曲線半徑25 m(軌道中心計(jì)量)。采用彈性可彎尖軌和直線轍叉，道岔平面線型如圖1所示。

圖1 60R2槽型鋼軌3號(hào)單開(kāi)道岔平面線型

4 道岔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 轉(zhuǎn)轍器結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)轍器主體采用成熟的框架焊接拼裝式結(jié)構(gòu)[9]，由基本軌、尖軌、立墻、墊板、蓋板等組成，大墊板上拼焊立墻、擋塊、滑床臺(tái)等零部件，尖軌置于轉(zhuǎn)轍器框架凹腔內(nèi)，完成轉(zhuǎn)換動(dòng)作，轉(zhuǎn)轍器結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)轍器結(jié)構(gòu)示意

4.2 尖軌斷面及降低值設(shè)計(jì)

尖軌降低值設(shè)置:尖軌尖端0 mm斷面降低值14 mm，形成藏尖結(jié)構(gòu)；10 mm斷面降低值5 mm；20 mm斷面降低值2 mm，逐步開(kāi)始承受輪載；35 mm斷面降低值0 mm，尖軌降低值設(shè)計(jì)取值如表3所示。

表3 尖軌降低值設(shè)計(jì)取值 mm

4.3 轍叉及護(hù)軌設(shè)計(jì)

轍叉采用整體式合金鋼焊接轍叉，護(hù)軌為鑲嵌式，整體式合金鋼焊接轍叉及護(hù)軌如圖3所示。

圖3 整體式合金鋼焊接轍叉及護(hù)軌

4.3.1 心軌斷面及降低值設(shè)計(jì)

3號(hào)叉心心軌降低值:心軌實(shí)際尖端10 mm斷面降低值為10 mm，20 mm斷面降低值為3 mm，35 mm斷面降低值為0 mm。

4.3.2 轍叉輪緣槽及咽喉

轍叉輪緣槽取值32 mm，咽喉寬度36.5 mm(＋1～＋0.5)，能滿足表2要求。

4.3.3 轍叉、護(hù)軌輪緣槽設(shè)計(jì)檢算

根據(jù)表2中應(yīng)滿足的查照間隔、護(hù)背距離為控制條件，查照間隔、護(hù)背距離輪緣槽檢算如圖4所示。

圖4 道岔查照間隔、護(hù)背距離輪緣槽檢算示意

(1)查照間隔＝1 435－23(護(hù)軌輪緣槽th)＝1 412≥Dx

(2)護(hù)背距離＝1 412－32(轍叉輪緣槽t2)＝1 380≤Dy

均滿足表2中查照間隔與護(hù)背距離的要求，故th＝23，t2＝32，符合車輪行走要求。

4.3.4 護(hù)軌

護(hù)軌為分開(kāi)可調(diào)式，采用耐磨鋼制造，護(hù)軌在安裝扣件處進(jìn)行銑削加工，護(hù)軌軌腰位置設(shè)置有調(diào)整片，便于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整護(hù)軌輪緣槽，護(hù)軌結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。

圖5 護(hù)軌結(jié)構(gòu)示意

5 道岔模擬分析

5.1 尖軌輪廓優(yōu)化

為了更好地保證尖軌密貼部分的輪軌配合關(guān)系，尖軌工作邊斜度設(shè)計(jì)為1∶4，非工作邊設(shè)計(jì)斜度為1∶6[10]，尖軌工作邊及輪軌配合關(guān)系如圖6所示。

圖6 尖軌工作邊及輪軌配合示意

為避免輪軌接觸角過(guò)大導(dǎo)致車輪爬上軌頂，尖軌10 mm以下斷面工作邊圓弧數(shù)值設(shè)置如表4所示，10 mm斷面后按50AT尖軌輪廓圓弧設(shè)計(jì)，尖軌工作邊輪廓設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖7 尖軌工作邊輪廓設(shè)計(jì)

表4 尖軌工作邊圓弧設(shè)計(jì)取值

5.2 尖軌扳動(dòng)力分析

通過(guò)仿真分析60R2槽型鋼軌3號(hào)單開(kāi)道岔尖軌動(dòng)程與扳動(dòng)力及最小輪緣槽的關(guān)系。

尖軌設(shè)一個(gè)牽引點(diǎn)，跟端固定，摩擦因子μ＝0.25，不同尖軌動(dòng)程下的扳動(dòng)力及最小輪緣槽計(jì)算分析結(jié)果如表5所示，表中d為尖軌牽引點(diǎn)動(dòng)程，P為牽引點(diǎn)扳動(dòng)力，t為最小輪緣槽寬度，最大等效應(yīng)力V1，彈性可彎段等效應(yīng)力V2。

表5 不同尖軌動(dòng)程下的扳動(dòng)力及最小輪緣槽

根據(jù)表5中的數(shù)據(jù)，60R2槽型鋼軌3號(hào)單開(kāi)道岔取尖軌牽引點(diǎn)動(dòng)程d為55 mm，由此可知，扳動(dòng)力P為3 438.8 N，最小輪緣槽寬度為39.4 mm，轉(zhuǎn)轍機(jī)均能滿足要求。

5.3 通過(guò)性能分析

同時(shí)為保證列車的運(yùn)行安全委托西南交通大學(xué)高速鐵路線路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析[11]。通過(guò)建立車輛模型、道岔模型、輪軌接觸模型進(jìn)行性能分析，結(jié)果顯示輪軌垂向力、輪軌橫向力、脫軌系數(shù)、輪重減載率、垂向加速度與橫向加速度，在有軌電車直逆向通過(guò)60R2鋼軌3號(hào)道岔時(shí)，各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)均在安全限值內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。

6 道岔試制及鋪設(shè)

根據(jù)昆明長(zhǎng)水國(guó)際機(jī)場(chǎng)有軌電車需求，研制了一種60R2槽型鋼軌3號(hào)單開(kāi)道岔；并完成了產(chǎn)品試制試裝及現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)[12]，60R2槽型鋼軌3號(hào)單開(kāi)道岔現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)照片如圖8所示。運(yùn)營(yíng)狀態(tài)良好，能滿足客戶使用要求。

圖8 60R2槽型鋼軌3號(hào)單開(kāi)道岔現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)照片

7 結(jié)束語(yǔ)

完成了60R2槽型鋼軌3號(hào)單開(kāi)道岔的研制，開(kāi)發(fā)了相關(guān)加工工藝，進(jìn)行了產(chǎn)品的試制、試裝和上道使用，結(jié)果表明:

(1)道岔均符合設(shè)計(jì)和使用要求。

(2)通過(guò)優(yōu)化尖軌輪廓保證尖軌密貼部分的輪軌配合關(guān)系，尖軌扳動(dòng)力能滿足現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)轍機(jī)的使用要求。

(3)有軌電車直、逆向通過(guò)60R2槽型鋼軌3號(hào)單開(kāi)道岔時(shí)，其輪軌垂向力、輪軌橫向力、脫軌系數(shù)、輪重減載率、垂向加速度和橫向加速度6項(xiàng)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)均在相應(yīng)的安全限值內(nèi)，滿足安全性要求。