浙贛線９２改進型單開道岔無縫化分析

摘要:針對曲線型伸縮調節(jié)器的結構特點及工作原理，本文根據列車過伸縮調節(jié)器時的動力特性對伸縮調節(jié)器的設置原則進行了討論，并探討了伸縮調節(jié)器在橋上合理的布置方式，供橋上無縫線路設計時參考。

關鍵詞:鋼軌伸縮調節(jié)器動力特性無縫線路

0 引言

浙贛線電氣化改造工程K936+700~K944+500為株洲樞紐范圍，速度目標值為80km/h。五里墩站(K937+517)新鋪SC330混凝土枕提速道岔，固定轍叉。該道岔采用原專線4129道岔基本結構型式，直向通過速度≤120km/h，側向通過速度50km/h。由于該道岔結構設計未考慮無縫道岔的鋪設要求，而影響無縫道岔的使用要求很多，如道岔號碼、道岔結構、鋪設鎖定軌溫差、線路爬行、道岔群布置型式、夾直線長度、焊接型式等[1]。故需根據該道岔的具體情況進行分析。五里墩站道岔平面布置如圖1所示。

下行線上3#和5#道岔為同向對接，夾直線長度12.5m;5#和11#道岔為異向順接，夾直線長度104.45m;11#和18#道岔為同向對接，夾直線長度1061.392m;18#和14#道岔為異向順接，夾直線長度39.014m;14#和8#道岔為異向對接，夾直線長度12.50m;8#和6#道岔為異向順接，夾直線長度為12.50m。

道岔前后均鋪設無縫線路，軌枕為Ⅲ型有擋肩軌枕，每公里配置根數為1667根，扣件采用彈條Ⅱ型扣件，道床采用Ⅰ級標準碎石道碴。

1 無縫道岔設計

無縫道岔采用道岔區(qū)全焊型式，即道岔區(qū)內直側股均焊接，道岔區(qū)后側股不焊接。道岔前后直股鋼軌與區(qū)間線路全部焊接，形成跨區(qū)間無縫線路。

1.1 鎖定軌溫的確定 彬江地區(qū)最高軌溫61.6℃，最低軌溫-9.2℃，設計鎖定軌溫為31℃，則最大升溫幅度為35.6℃，最大降溫幅度為45.2℃。

2 無縫道岔檢算

2.1 檢算內容 無縫道岔檢算的主要內容為:無縫道岔強度和穩(wěn)定性檢算，無縫道岔中傳力部件檢算，尖軌伸縮位移檢算。

2.1.1 基本軌強度

軌道強度應滿足:σd +σt+σc +σf ≤[σ] (1)

式中，σd為鋼軌彎應力，建議參考取值為133.6Mpa;若該處尖軌跟端存在鞍形磨耗，則這一取值最大可達到180 Mpa左右;

σt為鋼軌溫度應力，對60kg/m鋼軌，軌溫幅度每增加1℃時，該值增加2.43Mpa;

σc為制動附加應力，取為10 Mpa;

σf為鋼軌附加溫度應力;

[σ]為鋼軌容許應力，對U71MN，該值取為357Mpa，對U71V，該值取為489Mpa。

2.1.2 高強螺栓強度 山橋廠所做的鐵棒剪切試驗表明[2]，高強螺栓的極限剪切應力可達804Mpa，為保證限位器用螺栓剪切應力不超過容許屈服強度，并考慮1.25的安全系數，取[τ]=τs/1.25=33

0/1.25=264MPa。

此外，鋼軌螺栓孔、限位器子母塊螺栓孔及限位器部件的強度均應在容許范圍內，為簡化分析，以螺栓強度不超限為控制標準。

2.1.3 尖軌尖端與基本軌相對位移 該限值取為20mm，軌溫幅度每增加1℃時，尖軌自由伸縮長度增加0.1331mm。

近幾年跨區(qū)間無縫線路實踐表明，爬行對無縫道岔的受力及變形影響極大，此外，殘余應力的釋放與調整還會造成鎖定軌溫的變化。按規(guī)定在100米距離內不得有10mm的爬行量。

2.1.4 岔前無縫線路穩(wěn)定性

Pt+△Pmax≤[P]=P/K=P:1.3

2.2 計算參數 SC330為固定轍叉道岔，尖軌跟端為限位器結構，混凝土岔枕，彈條Ⅱ型扣件，道岔間夾直線長度按規(guī)范要求設置，選擇最不利的道岔組合順接道岔(8#和6#道岔)進行計算。道岔區(qū)全焊，道岔前后無爬行。道岔與區(qū)間長軌條焊連時，存在5℃的鎖定軌溫差。

2.3 檢算結果

2.3.1 左右道岔存在鎖定軌溫差

2.3.1.1 鎖定軌溫差5℃ 計算升溫時考慮使基本軌附加溫度力增大的最不利條件為:限位器子母塊間歇4mm，道岔前后區(qū)間線路鎖定軌溫較道岔低5℃，左道岔鎖定軌溫較右道岔高5℃。各鋼軌縱向力如圖2所示，各鋼軌縱向位移如圖3所示。

圖中橫坐標零點表示尖軌跟端位置，負值表示道岔前端距跟端距離，正值表示后端距跟端距離，以下各圖同。

在岔枕位移和限位器的共同作用下，基本軌出現附加溫度力。右道岔基本軌對應于轍跟處的最大附加溫度壓力為92.9kN，在無縫道岔穩(wěn)定性容許限度179.9kN內，左道岔基本軌的最大附加溫度壓力為237.10kN，此情況下左道岔的穩(wěn)定性不能滿足。左道岔限位器所受縱向力為105.1kN，，螺栓剪應力為116.2Mpa，在允許限度264 Mpa內。

由圖3可看出，直曲基本軌均在限位器附近達到位移最大值，在右道岔中，直基本軌的最大位移約為1.3mm，曲基本軌的最大位移約為1.2mm，尖軌跟端處曲導軌的位移約為10.7mm，直導軌的位移為10.7mm;左道岔中，直基本軌的位移為1.2mm，曲基本軌的位移為1.1mm，尖軌跟端處曲導軌的位移約為12.7mm，直導軌的位移約為12.7mm.

在該溫升條件下，右道岔尖軌尖端與基本軌相對位移約為14.8mm，左道岔直、曲尖軌尖端位移約為17.1mm，在允許值20mm內。兩尖軌尖端位移相差為0mm，尖軌側拱量很小。

降溫時，各鋼軌的溫度力圖相同，只是由壓力變?yōu)槔ΑＩ郎貢r，左道岔的穩(wěn)定性不易保證，故不作進一步檢算。

2.3.1.2 鎖定軌溫差3℃

①計算升溫時考慮使基本軌附加溫度力增大的最不利條件為:限位器子母塊間歇4mm，道岔前后區(qū)間線路鎖定軌溫較道岔低5℃，左道岔鎖定軌溫較右道岔高3℃。

各鋼軌縱向力如圖4示。

右道岔基本軌對應于轍跟處的最大附加壓力為92.75kN， 在無縫道岔穩(wěn)定性容許限度179.9kN內，左道岔基本軌的最大附加溫度壓力為148kN，滿足道岔穩(wěn)定性要求。限位器不受力。

研究表明，鋪設軌溫差越大，對道岔的受力和變形影響越大。故升溫時對尖軌位移不做進一步檢算。

②計算降溫時考慮使尖軌位移增大的最不利條件為:限位器子母塊間隙10mm，岔后區(qū)間線路鎖定軌溫較道岔高5℃，岔前區(qū)間線路鎖定軌溫較道岔低5℃;左道岔鎖定軌溫比右道岔低3℃。

各鋼軌溫度力如圖5所示，各鋼軌位移如圖6所示。

計算得左道岔基本軌對應于轍跟處得最大附加拉力為44.4kN， 右道岔基本軌對應于轍跟處得最大附加拉力為73kN，均在鋼軌強度容許范圍內;限位器未承受縱向力。左道岔尖軌尖端位移為18.4mm，在容許限度20mm內;右道岔尖軌尖端位移為21mm，超過容許限度。

2.3.1.3 軌溫差1℃ ①升溫時可對道岔穩(wěn)定性及尖軌位移不做檢算。②降溫時考慮使尖軌位移增大的最不利條件為:限位器子母塊間隙10mm，岔后區(qū)間線路鎖定軌溫較道岔高5℃，岔前區(qū)間線路鎖定軌溫較道岔低5℃;左道岔鎖定軌溫比右道岔低1℃。右道岔各鋼軌位移如圖7所示。

該情況下右道岔尖軌尖端與基本軌相對位移為19.7mm，在容許限度內。

3.3.2 左右道岔不存在鎖定軌溫差

2.3.2.1 升溫 計算升溫時考慮使基本軌附加溫度力增大的最不利條件為:限位器子母塊間歇4mm，道岔前后區(qū)間線路鎖定軌溫較道岔低5℃。各鋼軌縱向力如圖8所示。

計算得左道岔基本軌對應于轍跟處得最大附加溫度壓力為94.7kN，在無縫道岔穩(wěn)定性容許限度179.9kN內，亦在鋼軌強度容許范圍內;右道岔基本軌最大附加溫度壓力為93.1kN，在無縫道岔穩(wěn)定性容許限度。限位器不承受縱向力。

基本軌最大位移、尖軌尖端位移、尖軌與基本軌得相對位移、兩尖軌得相對位移如表1所示。由表可知，尖軌尖端位移及尖軌尖端與基本軌的相對位移在允許值20mm范圍內。

2.3.2.2 降溫 計算降溫時考慮使尖軌位移增大的最不利條件為:限位器子母塊間隙為10mm，岔后區(qū)間線路鎖定軌溫較道岔高5℃，岔前區(qū)間線路鎖定軌溫較道岔低5℃。

計算得各鋼軌縱向力如圖9所示，各鋼軌縱向位移如圖10所示。

計算得左道岔基本軌對應于轍跟處得最大附加拉力為98kN， 右道岔基本軌對應于轍跟處得最大附加拉力為82kN，均在鋼軌強度容許范圍內;限位器未承受縱向力。左道岔尖軌尖端與基本軌相對位移為19.5mm，右道岔尖軌尖端位移為19.1mm，均在容許限度20mm內。

2.4 影響因素分析

2.5結論及建議 ①在各種最不利因素組合下，嚴格按照無縫道岔相關技術條件鋪設，鋼軌強度、轉轍器部分的穩(wěn)定性，限位器螺栓強度等均可滿足要求。②由于SC330道岔采用的是聯(lián)動內鎖閉裝置，因而對兩尖軌尖伸縮位移差有嚴格控制，因而鋪成無縫道岔時，側股也宜焊連，且延長至岔后100m處或相鄰道岔上。③由于兩相鄰道岔存在鋪設鎖定軌溫差時，對左道岔的受力及變形影響較大，故鋪設時不應使相鄰道岔出現鎖定軌溫差，亦不宜使相鄰線路出現較大的鎖定軌溫差(不大于5℃)，且加強岔后線路的爬行。④鋪設時使限位器子母塊處于居中位置，避免限位器承受過大的作用力。養(yǎng)護維修過程中應檢查限位器聯(lián)結螺栓扭矩，確保能提供足夠的阻力。⑤確保鋼軌焊接接頭質量，盡量使焊頭與母材等強。⑥無縫道岔應嚴格按照無縫線路進行管理，確保岔前線路的道床阻力，必要時在轍跟至岔前50米的范圍內，枕端道碴加寬、堆高。⑦兩道岔對接或者岔前線路有明顯爬行時，應加強對道岔穩(wěn)定性的觀測。⑧無縫道岔尖端、轍跟、岔心處宜設置爬行位移觀測樁，隨時觀測無縫道岔的爬行。⑨鋪設無縫道岔時，宜加強搗固，以提高道床縱橫向阻力。