外鎖閉道岔轉換阻力分析與維護建議

韓 銳 孫曉勇 劉振華

道岔轉換設備是軌道交通必不可少的基礎設備，其作用是轉換、鎖閉道岔，并對道岔位置進行監督檢查。列車通過時，轉換設備必須保證道岔可動部分固定在開通直股或彎股的位置，一旦失去鎖閉功能，行駛的列車就可能出現進入異線、翻車、掉道等嚴重后果，即使只是轉換設備出現故障，也將影響行車計劃，降低鐵路運營效率。

道岔轉換設備主要有內鎖閉和外鎖閉2種制式。列車直向通過速度大于120km/h或其他有特殊要求的道岔時，應采用外鎖閉，可動心單開道岔。在外鎖閉制式下，外鎖閉裝置將尖軌、可動心軌鎖閉在規定位置，并保證列車通過道岔時，尖軌、可動心軌不因輪對通過產生的振動、沖擊等改變位置。本文主要通過收集現場轉換阻力測試數據，研究外鎖閉道岔的實測轉換阻力與轉轍機輸出力之間的關系，建立對應的分析模型，進而提出道岔工電維護建議。

1 外鎖閉道岔轉換阻力

外鎖閉道岔的轉換阻力受到多種因素的影響，表達式為:

其中:Fa為道岔尖軌 (心軌)實際總轉換阻力;Fnegi為密貼反作用力，保持尖軌 (心軌)與基本軌 (翼軌)在其密貼位置的反作用力，理論上該密貼力應為零;FLi為鎖閉力，完成尖軌 (心軌)與基本軌 (翼軌)鎖閉過程的作用力;Fni為尖軌(心軌)彎曲變形產生的彈性力;Ffi為運動摩擦力，尖軌 (心軌)與滑床板等支撐部件之間的運動摩擦力;Fri為外鎖閉內部阻力，外鎖閉裝置內部的摩擦力，鎖閉解鎖過程產生的阻力等;Fei為額外阻力，包括轉換同步性、尖軌 (或心軌)磨損、沉降、輥輪調整狀態、頂鐵間隙、跟端限位器結構、岔枕安裝狀態、密貼狀態等因素造成的阻力。

如圖1所示，轉換阻力由于受到多種因素的影響，在道岔轉換過程中一直處于變化狀態。同時，在道岔生命周期，由于道岔使用維護狀態、振動和環境等外界因素的影響，轉換阻力也處于變化狀態。雖然在道岔轉換設計時，已綜合考慮道岔轉換阻力、轉換同步性、動程匹配等因素，配置了轉轍機的額定輸出力和動程，但在某些極端情況下，可能出現轉轍機輸出力小于轉換阻力的情況，造成道岔轉換故障，影響鐵路運營和效率。

圖1 典型的道岔某一牽引點實測轉換阻力

2 現場測試與模型分析

2.1 道岔轉換阻力大于轉轍機額定輸出力

圖2以S700K-C型電動轉轍機五機牽引道岔第一牽引點為例 (74樣本)，表明了道岔轉換阻力和轉轍機輸出力之間的關系。菱形符號代表道岔轉換阻力，道岔由定位到反位可測得一個方向的轉換阻力，反位到定位可測得另一個;該牽引點的轉轍機額定輸出力以實線標記，在圖2中用實線圍成區域A。正常情況下，道岔轉換阻力應該位于區域A內，此時，道岔可正常轉換。如果存在區域A以外的超標點，則表明至少在一個轉換方向上，存在轉換阻力大于額定輸出力的情況，發現這種情況后應及時對道岔進行檢查及維護。

2.2 轉轍機輸出力小于額定輸出力

道岔轉換故障還有另一種可能的原因:道岔轉換阻力正常，轉轍機輸出力下降，低于轉換阻力，造成道岔轉換故障。這種情況可通過定期測試發現，主要出現在使用期限較長的轉轍機中。此處需要指出，轉轍機的額定輸出力和轉轍機的實際輸出力之間并非完全相等，由于轉轍機輸出力采用有級調整，在出廠時會按照相關標準調整輸出力，例如，額定輸出力為3000N的轉轍機，出廠時會按照3000～3500N調整。

圖2 道岔轉換阻力實測圖(轉轍機額定輸出力3000N)

由于現場環境的限制，在實際維護工作中，轉換力測試儀只能在道岔轉換過程中，測量道岔的實際轉換阻力，無法測得轉轍機的輸出力。現場經常采用在尖軌和基本軌中間夾異物的方法測量轉轍機的輸出力，但嚴格說，這種方式測得的應該是轉轍機的沖擊輸出力 (一般大于轉轍機額定輸出力)。另外，因所夾異物的軟硬、轉轍機狀態等各不相同，測出的沖擊輸出力離散性較大，總體趨勢是沖擊輸出力大于轉轍機的額定輸出力。

2.3 建立一般統計分析模型

綜合以上各種情況，將國內某條線路的多個道岔實際測量數據集合在一張統計分析圖中 (同一類型的道岔，相同牽引點位置)，如圖3所示。絕大部分道岔的轉換力位于區域A當中，沖擊輸出力位于區域C當中，額定輸出力位于區域A和C之間，表明轉轍機額定輸出力滿足道岔轉換需要，道岔能夠順利轉換。圖3僅是一個牽引點的數據，不同牽引點的轉換力和轉轍機額定輸出力通常不相同，根據現場實測數據，對每種道岔的各個牽引點制圖，可得到多張反映道岔轉換力的統計分析圖。進一步分析圖3，得到圖4的道岔轉換力一般統計分析模型。

圖3 道岔轉換故障的2種情況

圖4 道岔轉換力一般統計分析模型

1．道岔轉換阻力位于區域A0中，A0區域邊界的確定具有一定難度，基本方法是大量測量同一牽引點的轉換力，并按照一定比例排除異常數據(通常低于5%)，確定合理的轉換阻力邊界。

2．A0邊界外側的陰影區域是安全走廊，用于克服隨機出現的額外阻力。安全走廊過窄可能導致轉轍機儲備能力不足，道岔額外阻力增加時轉換困難;安全走廊過寬可能出現轉轍機輸出力過大，尖軌 (在夾異物時可能)易變形等問題。根據實踐經驗，安全走廊的寬度在500～1000N為宜。如果現場測量道岔轉換力與轉轍機額定輸出力之間差值小于500N，應及時對道岔進行檢查及維護。

3．為了簡化轉轍機型號，轉轍機額定輸出力一般取500N的整數倍，例如2500N、3000N等，在A0區域邊界增加500～1000N并取整，確定轉轍機額定輸出力。

4．區域C內的沖擊輸出力通常大于轉轍機額定輸出力。沖擊輸出力的測量結果與所夾異物的軟硬、沖擊時轉轍機的狀態有關，不能直接作為轉轍機輸出力使用。如果測量時沖擊輸出力小于轉轍機額定輸出力，應對轉轍機輸出力進行調整 (應急)，并安排返廠維修 (推薦)。使用中應定期測量轉換阻力，及時掌握道岔狀態。推薦對使用6－8年的轉轍機安排返廠維護一次。

3 結論及建議

通過現場數據的整理分析，得出了道岔轉換阻力與轉轍機輸出力的一般統計分析模型，用于指導日常維護工作。影響道岔轉換的因素很多，本文僅從現場測試的角度進行了分析，得出以下幾點結論和建議:①道岔轉換力受到制造、安裝、調試、維護等影響，在生命周期中處于變化狀態;②確定轉轍機額定輸出力，應綜合考慮理論阻力、摩擦力及調整狀態等因素，并預留一定余量;③道岔日常維護對道岔正常轉換非常重要，定期測量轉換阻力，并保證一定的儲備能力，可有效降低道岔轉換故障率;④長期監測道岔轉換阻力，進行趨勢分析，并設置合理的報警區間，有利于提前發現潛在風險，減少道岔轉換故障的發生。

［1］ 中華人民共和國鐵道部．運基信號【2010】386號.關于印發【道岔轉換設備安裝技術條件(暫行)】的通知［S］．2010．

［2］ 王平．高速鐵路道岔設計理論與實踐［M］．成都:西南交通大學出版社，2011.

［3］ 中國鐵路總公司．高速鐵路道岔轉換系統［M］．北京:中國鐵道出版社，2014.