铁路大号码道岔合理线型设置的仿真研究

2010-07-27孙加林宣言王树国

铁道建筑 2010年8期

孙加林，宣言，王树国

(1.中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心，北京 100081;2.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081)

1 客运专线道岔线型简介

1.1 侧向速度80 km/h道岔线型

目前侧向通过速度为80 km/h道岔线型为导曲线半径1 100 m的单圆曲线，但在尖轨尖端附近，为改善机车车辆逆向进岔和顺向出岔的运行条件，有研究认为半径R=1 100 m导曲线起点与基本轨应相离一段距离，即采用斜切线和圆曲线相连接的线型[1]。通过对两种线型离尖轨3 mm断面后尖轨厚度的比较，发现两者差异最大，相离线型间接起到了加厚尖轨的目的，这对延长曲尖轨的使用寿命是有利的[2]，相离线型道岔用于渡线的平面布置如图1所示。

1.2 侧向速度160 km/h道岔线型

为了提高侧向过岔速度，需要加大道岔号码。目前道岔侧向通过速度可以达到160 km/h及以上，侧线线型主要有圆缓、缓圆缓等两种形式。为了比较两种线型的动力学性能以及缓圆缓线型设置方案的选择，主要将考虑以下3种侧线线型设置方案，3种方案均按侧向通过速度160 km/h设计。

1)圆缓线型:侧向线型先是半径R=5 000 m的圆曲线(与直线相切)，然后紧跟一段缓和曲线，最后过渡到直线，道岔全长157 200 mm。

2)缓圆缓线型:侧向线型先是一段缓和曲线，过渡到R=4 483.67 m的圆曲线，然后再接一段缓和曲线，最后过渡到直线，道岔全长157 200 mm，该方案采用了加大中间圆曲线半径、减少进岔缓和曲线半径的思路[3]。

3)缓圆缓线型:侧向线型先是一段缓和曲线，过渡到R=4 100 m的圆曲线，然后再接一段缓和曲线，最后过渡到直线，道岔全长136 000 mm;该方案采用了加大进岔缓和曲线半径、减少中间圆曲线半径的思路[3]。

2 侧向速度80 km/h道岔两种线型仿真分析

前面对两种侧向速度80 km/h的18号道岔线型分析是基于质点运动学理论或静态分析，虽然相离式线型有利于尖轨结构形式的设计，但对两种道岔线型本身的影响应进行动态评估。采用车辆—轨道动力学模型[4]，由于是纯线型分析，暂不考虑道岔区结构形式的影响，车辆模型为国产和谐号动车组[3]，钢轨采用国产60 kg/m轨，需输入参数包括:切线长、圆曲线半径、夹直线长度以及冲击角等[5]。两种道岔动力学分析结果如图2～图5所示。

从以上计算结果可以看出:两种线型在车体横向加速度、轮轨横向力等横向动力响应以及轮轨垂向力、轮重减载率等垂向动力响应方面，数值相差无几;但相离线型出现振动的位置要稍靠后，结合尖轨结构形式(尖轨前端比较薄弱)认为对受力是有利的，也验证了间接达到加厚尖轨的目的。

3 侧向速度160 km/h的道岔线型设置方案比选

图1 相离线型道岔用于渡线的平面布置(单位:m)

图2 两种线型车体横向加速度对比(单位:m/s2)

图3 两种线型轮轨横向力对比(单位:N)

利用以上建立的车辆—轨道动力学模型，对1.2中三种线型设置方案进行动力学性能比选，仿真结果如图6～图9所示(图中线路距离前100 m为仿真计算平衡距离，100～150 m为转辙器区域，220～250 m为辙叉区域)。

图4 两种线型轮轨垂向力对比(单位:N)

从计算结果可以看出，在转辙器区域(100～150 m)和辙叉区域(220～250 m)车体横向加速度、轮轨垂/横向力以及轮重减载率等动力学指标按从大到小的顺序为:方案一、方案二、方案三。在其它连接部分排列顺序为:方案三、方案二、方案一。由于道岔的转辙器和辙叉存在结构固有不平顺，为岔区行车的薄弱环节，所以提高这两个区域的动力学性能应为主要研究目标。因此，认为方案三的轮轨动力特性最优。