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青岛现代有轨电车梳子型道岔技术
发布日期:2018-09-20 14:07:46

魏笑南

( 中铁山桥集团有限公司, 河北秦皇岛 066205)

 
摘    要: 青岛现代有轨电车梳子型道岔是国内首创,其道岔布置形式、线型设计、结构设计较为新颖。 线型布 置打破常规道岔布置形式,相邻分支线路道岔中心的距离小于相同号数道岔的全长;道岔结构设计具有创新 性,由 1 个普通双尖轨转辙器、多个单尖轨转辙器、多个复合型辙叉、1 个双曲线辙叉组成。 为今后现代有轨电 车道岔设计提供了新方向、新思路,也可供站场道岔布置参考。
关键词: 轨道交通; 现代有轨电车; 梳子型道岔
中图分类号: U231       文献标志码: A     文章编号: 1672-6073(2017)06- 0123 -06
 

TechnologiesoftheComb-ShapedTurnoutforModernRailTram inQingdao
WEIXiaonan
( ChinaRai1wayShanhaiguan BridgeGroup Co.,Ltd.,。inhuangdaoHebei066205)

Abstract: Thecomb-shaped turnout, which isthefirstofitskind created in China, isused in themodern raiItramofQingdao. Innovation oftheturnoutIiesin itsIayout, theroutedesign, and itsstructuredesign.TheIayoutoftheturnoutisdifferentfrom areguIarone, and thedistancebetween thecentersoftheturnoutsoftheadjacentbranch IinesisIessthan thewhoIeIength  of thereguIarturnoutwith thesametypenumber.Thestructuredesign oftheturnoutiscomposed ofoneordinary doubIeswitch, muItipIesingIeswitches,muItipIecompositecrossings, and onecompound curvecrossing.Thecomb-shaped  design  providesa newdirection and inspiration forturnoutdesign formodern raiItrams,asweIIastheturnoutIayoutforthestation and depotsof raiItransits.
Keywords: raiItransit; modern raiItram; comb-shaped turnout
 

1     概述
      梳子型道岔来源于国外,是用于车辆在车辆段内 进出各条停车线的一种特殊道岔形式,是一种新型的 有效率的专有技术道岔,青岛现代有轨电车梳子型道 岔为国内首创,该道岔是将一直股轨道和若干曲股轨 道密集组合的道岔。 从国外的一些资料显示,该形式 的道岔对车辆段的效率带来巨大的提升,站场越大,效 果越明显,主要表现在土地使用面积和建设费用大幅 度降低。

 

2       道岔的平面设计
2.1  道岔的设计原则及参数

      本道岔基础理论数据如下:
      轴重 12.5 t;轨距 1 435 mm;曲线半径 R=25 m;道岔允许通过速度,直向豆25  kmIh,侧 向豆10  kmIh;辙 叉采用高钮钢整铸辙叉;轨下基础为混凝土岔枕、碎石 道床;岔区内不设置轨底坡;道岔与区间钢轨连接为有 缝连接形式。


2.2  平面主要几何尺寸
道岔平面主要几何尺寸见图 1,梳子型道岔分区见图 2。

      1) 轨距为 1 435 mm,轨距测量点距轨顶面14  mm。 有轨电车的转向架是独立轮对,可以实现单独转向,因 此由股 R25  m半径不设轨距加宽,在转辙器部分为了 增加尖轨厚度,在基尖轨密贴段轨距有构造加宽。
      2) 双尖轨转辙器区的尖轨采用半切线型,切点在20  mm断面。 尖轨采用半切线型,能够增加尖轨粗壮 度,可避免尖轨尖端过于薄弱。 逆向进岔时,动能损失 能够满足要求;顶向进岔时,可增加尖轨的耐磨程度,增加尖轨的使用寿命。 侧向行车条件较好,且尖轨比较牢固,加工也比较简单。 单尖轨转辙器区的尖轨为 高钮钢整 铸 尖 轨, 采 用 半 切 线 性, 切 点 在 35  mm 断 面处。

      3) 道岔的侧股数量按客户线路布置方式定制,该 项目的数量为 4 个,每个侧股由线半径均为 25  m,每个 侧股由线间距为 5.5  m。 5.5  m间距为多个方案比较后的最优选择,若间距过小,单尖轨转辙器部分和复合 辙叉部分有叠加,造成道岔结构设计困难,零部件不易 布置等缺陷;若间距过大,会增加整个站场的占地,增 大铺设、维修养护成本。 通过理论和实际尺寸检算,可 确定由股间距。
      4) 中间辙叉为特殊形式的复合辙叉,此区域有 3 条工作边交会,其趾端有 2 个线路接口,跟端设有 3 个 线路接口。 复合辙叉稳定性高于拼装式辙叉,可增加 道岔的整体性,耐磨性好,维修养护工作简单,使用寿命长,现场更换简单。
      5) 这种平面形式也是梳子型道岔有别于普通道岔的一个显著特点和优势。 以图 3、4 为例可以看出,梳子型道岔每增加一股轨道,长度增加 5 500  mm;若采用同样号数的单开道岔,并且首尾相接的拼组方式,每增加一股轨道,长度增加 10 667  mm。 所以,普通单开道 岔与梳子型道岔相比较,每增加一股轨道,在长度方向 将多占用 5 167  mm的空间,站场越大,停车线越多,需 要的轨道数量越多, 梳子型道岔节省空间的效果 越明显。

 

2.3  动力学参数
3 号单开道岔按 25 m半径对道岔动力学指标进行计算,结果如图 5 所示。

2.4  道岔各部间隔设计
      典型 轮 对 基 本 参 数: 轮 对 轮 背 距 1  386 ( 一1,+1 mm);轮缘厚度最大 20.5 mm,最小 15.5 mm。 见图 6。计算结果:转辙器处的最小轮缘槽为 39  mm;查照间隔为 1 407 mm;护背距离为 1 382 mm;护轨平直度轮缘槽为 25  mm;辙叉平直段轮缘槽为 33  mm。

2.5  岔枕排布
      为了保证道昨捣固穷实和对道岔的连续支持强 度,岔枕间距一般按 600  mm布置,牵引点处岔枕间距 加宽至 650  mm,个别部分适当调整。  岔枕按垂直于道 岔直股布置,在道岔后端设置扭转过渡枕,该岔枕布置 方式操作简单,定位准确,调整方便。

 

2.6  牵引点设置

      双尖轨辙器尖轨设置 1 个牵引点,牵引点距尖轨 尖端距离 430  mm,牵引点设计动程 120  mm;单尖轨转 辙器分别设置 1 个牵引点,动程为 40  mm。
 

3       道岔的主要结构
3.1  道岔总体结构布置图

      在满足曲股间距 5.5 m,曲线半径 R25 m和侧向速 度豆10  kmIh 的要求下,设计道岔总体结构布置图( 见 图 7),按结构功能性要求划分为 4 大区域,第 1 区域为 双尖轨转辙器;第 2 区域为单尖轨转辙器;第 3 区域为 复合型辙叉;第 4 区域为 双曲线辙叉及护轨。  其中第 2、3 区域可依此叠加,形成多股轨道。

3.2  双尖轨转辙器区域
      1)  该区域的总体布置形式与 3 号单开道岔相似,两股均为 50  kgIm基本轨 +50AT尖轨形式,尖轨跟为间隔铁活接头结构, 尖轨设置 1  个牵引点, 动程为120  mm,尖轨与基本轨下设置轨撑滑床垫板。
      2)  基本轨采用 50  kgIm钢轨制造,为满足与尖轨 密贴,并做到与尖轨藏尖配合,在满足强度要求和引导 车轮前行方向的前提下,对轨头工作边做刨切加工。
      3)  尖轨采用 50AT钢轨制造。  为避免机车通过时 对尖轨小断面工作边和轨顶面的冲击,尖轨设置降低 并在尖端做补充刨切,形成藏尖结构,尖轨尖端降低值 为 23  mm,在基本轨磨耗规定范围内,机车不会对尖轨 尖端形成冲击,10  mm断面降低 10  mm;20  mm断面降 低 2 mm,逐步开始承受轮载;40 mm断面降低 0 mm,完 成轮载转换。
      4)  尖轨跟端结构。  为了减小尖轨的搬动力,最大 限度地剪短尖轨长度,尖轨跟端采用活接头结构,在普 通道岔中,该结构比较常见,组装简单,是目前成熟的 结构形式。

 

3.3  单尖轨转辙器区域和复合辙叉区域
       这两个区域为梳子型道岔关键区域,是区别于一般道岔的关键部位。  本设计直股采用高锚钢尖轨座+高锚钢尖轨结构形式,实现线路转向功能。  曲股采 用超大型高锚钢复合辙叉,满足一直两曲的三线通过 需要,见图 8。

      1)  车辆走直股时,高锚钢尖轨与尖轨座非工作边 一侧贴靠,开通直股轨道。  上侧工作边沿直线可顺利 通过;直股下侧工作边需要通过复合辙叉的 2 个咽喉 区,第 1 个咽喉区较长,轮缘槽设置较浅,走形轮缘,并 且在上侧设置合适的轮缘槽宽度,避免车轮冲撞此处 叉尖,这也是设计中的一大难点;第 2 个咽喉区较短,车轮在走行时可实现自护,在直股上侧设置普通的轮 缘槽宽度即可,见图 9。

      2)  车辆走侧股时,高锚钢尖轨与尖轨座工作边一 侧贴靠,开通曲股 1 轨道。  车轮行至复合辙叉第 1 个 咽喉区时,已经过高锚钢尖轨实现了变向,所以此处可 顺利通过;行至第 2 咽喉区时,为保证行车安全及避免 车轮撞尖,在曲股 1 的上侧设置了较小的轮缘槽,这给 制造加工带来了相当大的难度,但是可以很好地保证 护背距 离 和 查 找 间 隔 尺 寸, 以 利 于 车 辆 顺 利 通 过。 图 10所示的曲股 2 的轨道变向已经在双尖轨转辙器区 实现,行至复合辙叉区时同样需要通过 2 个咽喉区,在 曲股 2 的下侧设置了 25  mm宽度的轮缘槽,可有效地 保证行车安全和避免撞尖。

      3)  单尖轨转辙器。  为了减少维修养护工作量,单 尖轨转辙器部分采用直股高锚钢叉心尖轨 +高锚钢叉 心尖轨基座。  设置一个牵引点,牵动叉心尖轨,实现轨 道的变向。  不同于以往基座的形式,在后端做了改进, 增加了护轨,保护车轮可以顺利在下方的复合型辙叉 上实现轨道变向,见图 11。
      4)  单尖轨转辙器 尖轨。  综合考虑车轮几何尺 寸和尖轨座与尖轨的配合关系,计算尖轨降低值和合 理设计尖轨藏尖结构,尖端降低 6 mm,20 mm断面处低 2 mm,35 mm断面处降低 0 mm,尖轨逐步承受轮载。

      5)  单尖轨转辙器 尖轨座。  在保证尖轨强度的 前提下,对尖轨座与尖轨密贴的位置进行刨切,相对于 轨距线位置刨切掉 10  mm,形成水平藏尖结构,以保护尖轨尖端。

      6)  复合型辙叉。  曲股采用超大型高锚钢复合辙 叉( 见图 12),总宽达到 1.327 m,总长达到了 6.158 m, 普通锚叉只有 4 个轨道接口,这个超大型锚叉具有5 个 线路接口,从设计、制造、加工都提出相当大的难度,以 满足各线车辆通过的需要。  由于锚叉超长、超宽,并且 结构较为复杂,正常的铸造基本无法保证产品的质量。 经课题组多次进行讨论,将锚叉设计成 2 段,并设置夹 板进行连接。

3.4  双曲线辙叉及护轨区域
      双曲线辙叉区域,主体结构与 50 -3 号道岔保持一致。辙叉采用高锚钢固定型辙叉结构,护轨采用33  kgIm 槽型护轨( 见图 13)。

 

4   现场铺设情况
      梳子型道岔现场铺设见图 14。  青岛现代有轨电车50  kgIm钢轨梳子型道岔厂内试制试铺顺利通过,目前已经在现场完成铺设,并且运营状态良好。

5       结论
      梳子型道岔是为减少站场出入库用地研发的一 种新的道岔形式,是通过减少转辙器之间的距离实现 的,可采 用 模 块 化 设 计, 站 场 线 路 越 多 其 优 越 性 越 明显。
      通过多种方案的比较,确定梳子型道岔相邻两转 辙器的合理间距为 5.5  m,在满足机车安全有效运行和 道岔结构完整可靠的同时,使得道岔的整体长度达到 最小,可最大限度地节省道岔占地空间,提高场地的利 用率。
      结合梳子型道岔的动力学参数,合理设计尖轨、心 轨降低值,改善轮轨接触条件,合理设计基本轨、尖轨 结构,对基本轨工作边进行补充刨切,增加尖轨厚度, 在满足运行条件的前提下,在道岔顺向进岔时,减少尖 轨的侧向磨超,提高了尖轨的使用寿命,进而提高了整组道岔的使用寿命。
      高恒钢铸造件经过爆炸硬化后,表面硬度可达到 350  HB左右,硬化层的深度接近 30  mm,硬化后使高恒 钢奥氏体的孪品组织产生形变错位,促使辙叉表面迅 速发生硬化,从而提高初始硬度,有利于提高辙叉的耐 磨性。  高恒钢辙叉的爆炸硬化提高了表面硬度,降低 了初期磨超,提高了材料的抗变形能力,可以减小轮载 冲击及在碾压下产生的轨顶面塌陷和剥离,从而延长 了辙叉的使用寿命。
      梳子型道岔的结构有别于普通的道岔,采用模块 化设计,共分为 3 种模块展开具体设计,每组梳子型道 岔由 1 个双尖轨转辙器模块、多个单尖轨转辙器和复 合辙叉模块、1 个双曲线辙叉及护轨模块组成,根据用 户要求和实际情况选择单尖轨转辙器及复合辙叉模块 的数量,以适应站场多条线路的要求。
 
 
 
 收稿日期: 2016 12 27 修回日期: 2017 02 07
作者简介: 魏笑楠,男,工程师,从事道岔理论分析、图纸设计、生产制 造、铺设养护等相关技术工作,wei×iaonan15@163 com

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