香港鋼軌伸縮調節器的設計研究

李鑫

摘 要：鋼軌伸縮調節器（簡稱為調節器）是組成高速鐵路的重要軌道部件之一，是實現軌道現代化的一項重要技術措施。本文在認真分析了目前我國使用的60kg/m鋼軌伸縮調節器存在的問題的基礎上，通過確定鋼軌伸縮調節器的類型、伸縮量、結構特點等幾方面，介紹了專為香港地鐵設計的鋼軌伸縮調節器。為香港地鐵公司在選型及鋪設方面起到指導作用。

關鍵詞：鋼軌伸縮調節器；卡口式；伸縮量

中圖分類號： U213.9 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）03-162-2

0 引言

鋪設無縫線路具有很多益處，如可以使設備大大增加使用時間，縮減維修的工作量，使列車行駛平穩等。這種線路在城市軌道交通中的應用，能夠降低車輪與軌道相撞發出的聲音、震動對環境造成的污染。由于梁和軌道所用的材料并不一致，因而在架設無縫線路的橋梁時，當跨度大于一百二十米時，氣溫的變化導致的縱向變形也會出現很大差異，縱向變形被抑制的時候就會生成內部應力。當內部應力和其他應力共同作用時，若超出軌道能夠支撐的最大應力，就會影響列車的平穩運行，使列車行駛過程中出現安全隱患，最極端的后果將十分嚴重。該難題可以通過鋪設鋼軌伸縮調節器來得到妥善解決。另外，為了保證車輛行駛安全，要避免鋼軌伸縮可能對整條無縫線路道岔產生的影響，我們在高架線路的道岔前面和后面兩端，通常也需鋪設鋼軌伸縮調節器。

1 我國在鋼軌伸縮調節器方面的幾大問題

1.1 鋼軌伸縮量

當前我國60kg/m鋼軌伸縮調節器理論鋼軌伸縮量為1000毫米。通過對道岔結構校核，鋼軌伸縮量達不到預期值。分析得出鋼軌伸縮調節器在伸縮過程中，基本軌同毗鄰的鋼軌扣件產生干預，實際伸縮量達不到600毫米。

1.2 伸縮調節器的線型

緩和曲線線型在我國的鋼軌伸縮調節器中的應用較為普遍。而在高速鐵路中緩和曲線的使用更為突出，減少了車輪對縱坡的作用，使得軌道曲率更加圓順。而在城市軌道交通中，車輛的運行速度受到多方面影響，一般時速是80km/h，因此大可不必采用緩和曲線型，圓曲線型完全滿足要求。

1.3 基本軌的預彎

基本軌的伸縮順暢與否受到導曲線線型、曲線半徑和有沒有設置預頂彎這三方面有關。鋼軌伸縮調節器中基本軌大致可按兩種方案設計。①基本軌不預頂彎，伸縮調節器的基本軌在受到外側軌撐與尖軌阻力時，基本軌在尖軌刨切范圍內發生彈性變形，該彈性變形使得基本軌和尖軌的伸縮難度加大。②基本軌預頂彎，在生產過程中取基本軌伸縮量最大時尖軌實際尖端至跟端的距離作為頂彎的范圍。基本軌不預頂彎是鋼軌伸縮調節器常用的設計方法，但該方法使鋼軌應力集中無法散解。通過大量實驗數據證明：基本軌預頂彎方法可使伸縮阻礙降低約百分之四十。

1.4 尖軌的定位

通常來說尖軌需要設置定位。因為與尖軌連接的往往是短軌，且機車正常駛過的時候總是單方向的，容易使得尖軌爬行。基本軌和尖軌之間的位置關系僅靠現在使用的鋼軌伸縮調節器尖軌軌撐的扣壓力是難以保證的。

1.5 尖軌結構設計的理論值

尖軌被使用在鋼軌伸縮調節器上面的時候，與在道岔中直尖軌大體一致。那么降低值、水平刨切值等數據兩者也應該是相同的。然而就目前來說在實際的運行中道岔的采用值和鋼軌伸縮調節器并不相同。

2 香港鋼軌伸縮調節器的設計

2.1 確定伸縮調節器的類型

2.1.1 卡口型伸縮調節器

卡口型是指一種半左開或半右開裝置，是兩根相同尺寸規格的尖軌，用一根與另一根相對鋪設，如圖1所示。

卡口型伸縮調節器兩邊均可伸縮。圖1中代碼為4的可伸縮鋼軌既充當基本軌又充當尖軌，依照擺放位置確定。

2.1.2 不打斷工作邊的伸縮調節器

基本軌采用60E1鋼軌，尖軌采用60E1A1鋼軌，基本軌和尖軌均為可伸縮的伸縮調節器。

2.2 伸縮量的確定

鋼軌伸縮調節器的伸縮量是由各種外界因素累加組成的，包括鋼梁由于活動載荷出現的撓曲變形而誘發的鋼軌伸縮量、軌道允許的爬行量、無縫線路道岔伸縮區內的伸長，縮短量。經過認真驗算：軌道線路的爬行量允許值按照相關規定要小于正負20毫米，鋼軌伸縮調節器同無縫線路長鋼軌連接的伸縮區伸縮量通常不大于正負50毫米。伸縮量總體數值很小，設計結構最終可以把伸縮量極限值控制在小于正負150毫米。

2.3 鋼軌伸縮調節器的結構設計

①尖軌制造采用60E1A1鋼軌，伸縮調節器在單方向鋼軌上使用的時候，采用熱加工的方法使跟端和普通鋼軌的斷面平滑過渡；伸縮調節器在雙方向鋼軌上使用的時候，可將60E1A1軌中心線進行對稱機加工，加工的位置與雙側的基本軌相貼；為防止尖軌爬行，尖軌設置軌撐、水平螺栓定位。

②基本軌兩側分別依賴不同的方式導向，其中一側靠軌撐導向，另一側靠尖軌的軌頭和軌底。在鋼軌伸縮量為最大值時，在尖軌軌頭斷面為45毫米的位置，基本軌開始做頂面刨切；刨切長度至基本軌前端，基本軌前端軌頂面降低值為10毫米，避免行車過程中對基本軌造成磨耗。基本軌在出廠前做好頂彎，以便于現場安裝。

③彈條使用的是分開式可調彈性扣件，該彈條扣壓力小。調整尖軌、基本軌上扣壓力的大小，采用扭力矩即可實現。

④為了提高乘坐軌道交通出行乘客的舒適度，同時滿足環保上的減震降噪的要求，在設計上我們采用設置雙層彈性墊層的方法。使得鋼軌下面和鐵墊板下面都有彈性墊層，鋼軌下面的為溝槽式的塑性材料，理論靜剛度約為40kN/mm，鐵墊板下面的為圓柱粒子式的塑性材料，理論靜剛度約為60～70kN/mm。需要注意的是，在尖軌、基本軌貼合段內，是不設置彈性墊層的，目的是減少伸縮阻力。

⑤鋼軌伸縮調節器按有軌底坡設計，軌底坡由墊板實現。按1：20坡度內傾。

2.4 執行標準

①鋼軌材料按 EN 13674-1中的級別為R260。

②伸縮調節器檢驗驗收標準執行 EN 13674-8。

3 結束語

綜上所述，鋼軌伸縮調節器是無縫線路中不可缺少的一部分，它具有行車平穩，安全可靠，易于更換和養護等優點。

參 考 文 獻

[1] 高曉新.60kg/m鋼軌伸縮量420mm鋼軌伸縮調節器的研究設計[J].地鐵與輕軌，2003（6）：26-28.

[2] BS EN13674-8， Railway applications[S].