59R2槽型钢轨3号4.2 m间距交叉渡线的研制

郑 会 锋

(中铁宝桥集团有限公司，陕西 宝鸡 721006)

0 引言

交叉渡线一般由四组单开道岔和一组菱形交叉组合而成，可缩短站场长度，减少占地面积，因此得到广泛应用。《道岔设计手册》中，线间距很小(4.1 m～4.2 m)时，单开辙叉和锐角辙叉的“有害空间”在线路方向上部分或全部重叠[1]；GB 50157—2013地铁设计规范中，4.6 m线间距的交叉渡线一般为改造过程或困难条件下使用[3]。可看出线间距小主要表现在单开、锐角辙叉的“有害空间”在线路方向上部分或全部重叠，不能单独设置护轨，及两方向曲线间直线长度小于车辆全轴距。线间距小使道岔结构更为复杂，行车条件十分不利，设计时应引起足够重视。

59R2槽型钢轨3号4.2 m间距交叉渡线单开辙叉和锐角辙叉的“有害空间”部分重叠，不能单独设置护轨，且两反向曲线间直线短，是小号码小间距道岔，设计时不仅要考虑结构稳定性，还应确保其营运安全性。

1 设计原则和研究内容

1.1 设计原则

1)平面线型符合线路设计要求。

2)单开部分同本项目用59R2槽型钢轨3号单开道岔主要尺寸及结构。

3)轨下基础为整体道床，采用无枕弹性扣件。

4)辙叉主体结构为整体式。

1.2 研究的主要内容

1)道岔平面线型的设计。

2)整体式辙叉结构设计。

3)单开辙叉、锐角辙叉及钝角辙叉护轨的设置。

2 确定设计参数

2.1 主要设计参数

1)道岔容许通过速度同单开道岔。

2)轴重：不大于12.5 t。

3)轨距：1 435 mm，菱形交叉部分轨距采用1 440 mm。

4)道岔不设轨道电路。

5)轨下基础：整体道床，无枕弹性扣件。

2.2 车辆参数

采用本项目的车辆机车参数。

2.3 道岔平面设计控制参数

常用的基本参数有三项：动能损失容许值、未被平衡的离心加速度容许值、未被平衡的离心加速度增量容许值[1]。《道岔设计手册》,TB/T 2477铁路道岔的容许通过速度和GB 50157—2013地铁设计规范中均有论述，综合考虑道岔使用工况，选用我国铁路道岔采用的控制参数设定值：

动能损失容许值：ω0≤0.65 km2/h2；

未被平衡的离心加速度容许值：α0≤0.65 m/s2；

未被平衡的离心加速度增量容许值：φ0≤0.5 m/s3。

3 平面线型及主要结构

3.1 平面线型

59R2槽型钢轨3号4.2 m间距交叉渡线的单开部分与同项目单开道岔平面线型主要尺寸保持一致；按Ⅰ型设计，轨距为1 435 mm，菱形交叉部分及单开辙叉下股轨距采用1 440 mm，在单开道岔辙叉趾端前逐渐过渡到1 435 mm，加宽引起单开辙叉理论尖端后移，通过调整配轨长度调节，保证单开道岔中心不变。

3.2 主要结构

1)导轨采用59R2槽型钢轨制造；转辙器为焊接框架式结构，尖轨采用50AT1钢轨制造，水平藏尖3 mm，尖轨密贴段范围加厚3 mm。

2)尖轨设一个牵引点。

3)转辙器部分垫板垂直于道岔直股，辙叉部分垫板垂直于辙叉角平分线，其余垫板垂直钢轨。

4)辙叉为高锰钢辙叉整铸式，趾跟端轨头、420 mm范围内鱼尾空间加工成59R2钢轨断面与线路连接。

5)辙叉翼轨、护轨按不设置抬高设计，顶面与钢轨平齐。护轨采用耐磨材料。锐角辙叉、单开辙叉曲股护轨，由各自翼轨起护轨作用。

6)锐角辙叉、钝角辙叉辙叉角较大，为确保过岔平稳，轮缘槽深度最小值hmin，初始值按新车轮轮缘、踏面同时接触辙叉设计，并设过渡段。

7)锐角辙叉与钝角辙叉连接接头受空间及辙叉结构影响，接头采用特殊结构连接形式。

8)道岔轨下基础为整体道床无枕式，为便于铺设、调试，道岔区设置连接杆，保持框架稳定。

3.3 道岔连接部分

菱形部分连接有多种方式，通过比选采用优化方案见图1。锐角辙叉趾端与钝角辙叉端头直接相连；在空间、辙叉结构限制接头处采用四孔特殊接头连接；单开辙叉直股跟端加长至对称中心；连接部位导轨接头少。为减少错牙以及铺设难度，通过控制辙叉趾、跟宽制造精度来保证要求。

4 分析优化结构

4.1 平面设计控制参数

按确定的三项基本控制参数对59R2-3-4.2 m间距交叉渡线进行检算：

动能损失：ω=V2sin2βc=0.32 km2/h2。

其中，βc为冲击角；V为运行速度；R为导曲线半径，取25 m;l为全轴距。

通过检算，道岔平面设计的三个基本参数均在控制范围内。

4.2 未被平衡的离心加速度时变率

车辆全轴距为9.565 m，两单开导曲线之间的夹直线长度远小于一个车辆的全轴距，当车辆的全轴距大于夹直线长度时，车辆还未走出第一组道岔的导曲线就又进入了第二组道岔的导曲线，车辆运行状态与通过单开道岔情况不同，此时由未被平衡的离心加速度时变率[2]可得出φ：

其中:V为列车走行速度，m/s；R为导曲线半径，m；lc为全轴距，m；lz为夹直线长度，m。

通过计算，列车在通过交叉渡线时未被平衡的离心加速度时变率满足要求。

4.3 辙叉防撞尖

有轨电车辙叉的特殊性，车辆顺向通过时轮缘冲击辙叉非工作边尖端，逆向通过时车轮轮缘撞击心轨尖端，如图2所示。

综合考虑轨距、查照间隔、护背距和养护维修等条件，由计算可知，逆向过岔时，轨距不允许出现负向容许限度；顺向过岔时，轨距不允许出现正向容许限度。为保证在不利条件下，尖端不会受车轮撞击，对实际尖端两侧面各切去5 mm，刨切向后顺延50 mm～100 mm过渡。

4.4 辙叉垂向不平顺分析

辙叉铺设在地面以下，且不能影响社会车辆和行人的正常通行，翼轨不设置抬高，车轮在翼轨和心轨间运行时，锥形踏面车轮先逐渐下降又逐渐恢复到原水平面，加大车体的振动和摇摆。在辙叉角较大时必须克服这种垂直几何不平顺，为保证车辆运行安全和延长道岔使用寿命，对辙叉角较大的锐角、钝角辙叉轮缘槽深度初始值按新车轮轮缘、踏面同时接触辙叉设计，以弥补翼轨无抬高引起的垂向不平顺，减少车轮对心轨的冲击，利于车辆平稳运行。

4.5 有害空间的防护

单开辙叉侧向、锐角辙叉不能单独设置护轨，由各自的翼轨起护轨防护作用。考虑翼轨平直段咽喉侧受车轮冲击，引起折点圆弧变大，平直段变短，降低翼轨防护能力。经分析咽喉折点圆弧变大时，一侧车轮离开翼轨平直段之前，另一侧车轮轮缘已进入心轨工作边，车轮通过“有害空间”始终有固定的引导。钝角辙叉采用自护方式。

5 结语

有轨电车59R2槽型钢轨3号4.2 m间距交叉渡线为车辆段出入场“咽喉”位置的主要道岔，其号码小、间距小，行车条件复杂。通过设计、检算、制造及试铺完成了道岔的研制，后续结合线路使用情况，进行优化改进，以延长道岔使用寿命，减少养护维修工作量。

参考文献：

[1] 铁道第三设计院.道岔设计手册[M].北京：人民铁道出版社，1975.

[2] 于春华,刘道通.地铁3.4 m线间距单渡线总体方案研究[J].铁道工程学报,2006(12)：68-73.

[3] GB 50157—2013，地铁设计规范[S].

[4] 徐彩彩,刘道通,田苗盛.小线间距单渡线安全性研究[J].铁道工程学报,2012(2)：72-77.