青島現代有軌電車梳子型道岔技術

魏笑楠

(中鐵山橋集團有限公司， 河北秦皇島 066205)

青島現代有軌電車梳子型道岔技術

魏笑楠

(中鐵山橋集團有限公司， 河北秦皇島 066205)

青島現代有軌電車梳子型道岔是國內首創，其道岔布置形式、線型設計、結構設計較為新穎。線型布置打破常規道岔布置形式，相鄰分支線路道岔中心的距離小于相同號數道岔的全長；道岔結構設計具有創新性，由1個普通雙尖軌轉轍器、多個單尖軌轉轍器、多個復合型轍叉、1個雙曲線轍叉組成。為今后現代有軌電車道岔設計提供了新方向、新思路，也可供站場道岔布置參考。

軌道交通； 現代有軌電車； 梳子型道岔

1 概述

梳子型道岔來源于國外，是用于車輛在車輛段內進出各條停車線的一種特殊道岔形式，是一種新型的有效率的專有技術道岔，青島現代有軌電車梳子型道岔為國內首創，該道岔是將一直股軌道和若干曲股軌道密集組合的道岔。從國外的一些資料顯示，該形式的道岔對車輛段的效率帶來巨大的提升，站場越大，效果越明顯，主要表現在土地使用面積和建設費用大幅度降低。

2 道岔的平面設計

2.1 道岔的設計原則及參數

本道岔基礎理論數據如下：

軸重12.5 t；軌距1 435 mm；曲線半徑R=25 m；道岔允許通過速度，直向≤25 km/h，側向≤10 km/h；轍叉采用高錳鋼整鑄轍叉；軌下基礎為混凝土岔枕、碎石道床；岔區內不設置軌底坡；道岔與區間鋼軌連接為有縫連接形式。

2.2 平面主要幾何尺寸

道岔平面主要幾何尺寸見圖1，梳子型道岔分區見圖2。

圖1 平面主要幾何尺寸Fig.1 The plane geometry dimension of the turnout

圖2 梳子型道岔分區Fig.2 The division of the comb-shaped compositional turnout

1) 軌距為1 435 mm，軌距測量點距軌頂面 14 mm。有軌電車的轉向架是獨立輪對，可以實現單獨轉向，因此曲股R25 m半徑不設軌距加寬，在轉轍器部分為了增加尖軌厚度，在基尖軌密貼段軌距有構造加寬。

2) 雙尖軌轉轍器區的尖軌采用半切線型，切點在20 mm斷面。尖軌采用半切線型，能夠增加尖軌粗壯度，可避免尖軌尖端過于薄弱。逆向進岔時，動能損失能夠滿足要求；順向進岔時，可增加尖軌的耐磨程度，增加尖軌的使用壽命。側向行車條件較好，且尖軌比較牢固，加工也比較簡單。單尖軌轉轍器區的尖軌為高錳鋼整鑄尖軌，采用半切線性，切點在35 mm斷面處。

3) 道岔的側股數量按客戶線路布置方式定制，該項目的數量為4個，每個側股曲線半徑均為25 m，每個側股曲線間距為5.5 m。5.5 m間距為多個方案比較后的最優選擇，若間距過小，單尖軌轉轍器部分和復合轍叉部分有疊加，造成道岔結構設計困難，零部件不易布置等缺陷；若間距過大，會增加整個站場的占地，增大鋪設、維修養護成本。通過理論和實際尺寸檢算，可確定曲股間距。

4) 中間轍叉為特殊形式的復合轍叉，此區域有3條工作邊交會，其趾端有2個線路接口，跟端設有3個線路接口。復合轍叉穩定性高于拼裝式轍叉，可增加道岔的整體性，耐磨性好，維修養護工作簡單，使用壽命長，現場更換簡單。

5) 這種平面形式也是梳子型道岔有別于普通道岔的一個顯著特點和優勢。以圖3、4為例可以看出，梳子型道岔每增加一股軌道，長度增加5 500 mm；若采用同樣號數的單開道岔，并且首尾相接的拼組方式，每增加一股軌道，長度增加10 667 mm。所以，普通單開道岔與梳子型道岔相比較，每增加一股軌道，在長度方向將多占用5 167 mm的空間，站場越大，停車線越多，需要的軌道數量越多，梳子型道岔節省空間的效果越明顯。

圖3 梳子型道岔軌道平面Fig.3 Diagrammatic sketch of the track with the comb-shaped turnout

圖4 單開道岔軌道平面Fig.4 Diagrammatic sketch of the simple turnout

2.3 動力學參數

3號單開道岔按25 m半徑對道岔動力學指標進行計算，結果如圖5所示。

圖5 動力學指標計算Fig.5 Dynamic index calculation

1) 動能損失ω按無超高計算，第一個轉轍器尖軌尖端沖擊角β=2°18′51″，其后的轉轍器尖軌尖端沖擊角為β=2°59′22″，計算動能有

ω1=V2sin2β=0.17≤(0.5～0.65)km2/h2

ω2=V2sin2β=0.27≤(0.5～0.65)km2/h2

側向通過道岔時，能夠滿足乘客舒適的要求。

2) 未被平衡離心加速度α按無超高計算

α=V2/3.62R=0.31 m/s2≤0.68 m/s2

3) 未被平衡離心加速度增量φ按無超高計算，l=8 m(按兩相鄰轉向架全軸距計算)

φ=V3/3.63Rl=0.11 m/s3≤0.5 m/s3

通過以上參數可以看出，該線型能夠滿足側向時速10 km的有軌電車運營要求，同時留有較大的安全余量。

2.4 道岔各部間隔設計

典型輪對基本參數：輪對輪背距1 386(-1，+1 mm)；輪緣厚度最大20.5 mm，最小15.5 mm。見圖6。

圖6 車輪輪對尺寸Fig.6 The parameters of the wheel

計算結果：轉轍器處的最小輪緣槽為39 mm；查照間隔為1 407 mm；護背距離為1 382 mm；護軌平直度輪緣槽為25 mm；轍叉平直段輪緣槽為33 mm。

2.5 岔枕排布

為了保證道砟搗固夯實和對道岔的連續支持強度，岔枕間距一般按600 mm布置，牽引點處岔枕間距加寬至650 mm，個別部分適當調整。岔枕按垂直于道岔直股布置，在道岔后端設置扭轉過渡枕，該岔枕布置方式操作簡單，定位準確，調整方便。

2.6 牽引點設置

雙尖軌轍器尖軌設置1個牽引點，牽引點距尖軌尖端距離430 mm，牽引點設計動程120 mm；單尖軌轉轍器分別設置1個牽引點，動程為40 mm。

3 道岔的主要結構

3.1 道岔總體結構布置圖

在滿足曲股間距5.5 m，曲線半徑R25 m和側向速度≤10 km/h的要求下，設計道岔總體結構布置圖(見圖7)，按結構功能性要求劃分為4大區域，第1區域為雙尖軌轉轍器；第2區域為單尖軌轉轍器；第3區域為復合型轍叉；第4區域為 雙曲線轍叉及護軌。其中第2、3區域可依此疊加，形成多股軌道。

圖7 總體結構布置Fig.7 The general layout of the turnout structure

3.2 雙尖軌轉轍器區域

1) 該區域的總體布置形式與3號單開道岔相似，兩股均為50 kg/m基本軌+50AT尖軌形式，尖軌跟端為間隔鐵活接頭結構，尖軌設置1個牽引點，動程為120 mm，尖軌與基本軌下設置軌撐滑床墊板。

2) 基本軌采用50 kg/m鋼軌制造，為滿足與尖軌密貼，并做到與尖軌藏尖配合，在滿足強度要求和引導車輪前行方向的前提下，對軌頭工作邊做刨切加工。

3) 尖軌采用50AT鋼軌制造。為避免機車通過時對尖軌小斷面工作邊和軌頂面的沖擊，尖軌設置降低并在尖端做補充刨切，形成藏尖結構，尖軌尖端降低值為23 mm，在基本軌磨耗規定范圍內，機車不會對尖軌尖端形成沖擊，10 mm斷面降低10 mm；20 mm斷面降低2 mm，逐步開始承受輪載；40 mm斷面降低0 mm，完成輪載轉換。

4) 尖軌跟端結構。為了減小尖軌的搬動力，最大限度地剪短尖軌長度，尖軌跟端采用活接頭結構，在普通道岔中，該結構比較常見，組裝簡單，是目前成熟的結構形式。

3.3 單尖軌轉轍器區域和復合轍叉區域

這兩個區域為梳子型道岔關鍵區域，是區別于一般道岔的關鍵部位。本設計直股采用高錳鋼尖軌座+高錳鋼尖軌結構形式，實現線路轉向功能。曲股采用超大型高錳鋼復合轍叉，滿足一直兩曲的三線通過需要，見圖8。

圖8 單尖軌轉轍器和復合轍叉區Fig.8 Single switch and composite crossing

1) 車輛走直股時，高錳鋼尖軌與尖軌座非工作邊一側貼靠，開通直股軌道。上側工作邊沿直線可順利通過；直股下側工作邊需要通過復合轍叉的2個咽喉區，第1個咽喉區較長，輪緣槽設置較淺，走形輪緣，并且在上側設置合適的輪緣槽寬度，避免車輪沖撞此處叉尖，這也是設計中的一大難點；第2個咽喉區較短，車輪在走行時可實現自護，在直股上側設置普通的輪緣槽寬度即可，見圖9。

圖9 走行直股方向Fig .9 The direction of the straight running rail

2) 車輛走側股時，高錳鋼尖軌與尖軌座工作邊一側貼靠，開通曲股1軌道。車輪行至復合轍叉第1個咽喉區時，已經過高錳鋼尖軌實現了變向，所以此處可順利通過；行至第2咽喉區時，為保證行車安全及避免車輪撞尖，在曲股1的上側設置了較小的輪緣槽，這給制造加工帶來了相當大的難度，但是可以很好地保證護背距離和查找間隔尺寸，以利于車輛順利通過。圖10所示的曲股2的軌道變向已經在雙尖軌轉轍器區實現，行至復合轍叉區時同樣需要通過2個咽喉區，在曲股2的下側設置了25 mm寬度的輪緣槽，可有效地保證行車安全和避免撞尖。

圖10 走行曲股方向Fig.10 The direction of the curve running rail

3) 單尖軌轉轍器。為了減少維修養護工作量，單尖軌轉轍器部分采用直股高錳鋼叉心尖軌+高錳鋼叉心尖軌基座。設置一個牽引點，牽動叉心尖軌，實現軌道的變向。不同于以往基座的形式，在后端做了改進，增加了護軌，保護車輪可以順利在下方的復合型轍叉上實現軌道變向，見圖11。

圖11 單尖軌轉轍器結構Fig.11 The structure of the single switch

4) 單尖軌轉轍器—尖軌。綜合考慮車輪幾何尺寸和尖軌座與尖軌的配合關系，計算尖軌降低值和合理設計尖軌藏尖結構，尖端降低6 mm，20 mm斷面處降低2 mm，35 mm斷面處降低0 mm，尖軌逐步承受輪載。

5) 單尖軌轉轍器—尖軌座。在保證尖軌強度的前提下，對尖軌座與尖軌密貼的位置進行刨切，相對于軌距線位置刨切掉10 mm，形成水平藏尖結構，以保護尖軌尖端。

6) 復合型轍叉。曲股采用超大型高錳鋼復合轍叉(見圖12)，總寬達到1.327 m，總長達到了6.158 m，普通錳叉只有4個軌道接口，這個超大型錳叉具有5個線路接口，從設計、制造、加工都提出相當大的難度，以滿足各線車輛通過的需要。由于錳叉超長、超寬，并且結構較為復雜，正常的鑄造基本無法保證產品的質量。經課題組多次進行討論，將錳叉設計成2段，并設置夾板進行連接。

圖12 復合轍叉結構Fig.12 The structure of the composite crossing

3.4 雙曲線轍叉及護軌區域

雙曲線轍叉區域，主體結構與50-3號道岔保持一致。轍叉采用高錳鋼固定型轍叉結構，護軌采用33 kg/m槽型護軌(見圖13)。

4 現場鋪設情況

圖13 雙曲線轍叉布置Fig.13 The layout of the compound curve crossing

圖14 梳子型道岔現場鋪設Fig.14 The practical comb-shaped turnout in-situ

梳子型道岔現場鋪設見圖14。青島現代有軌電車50 kg/m鋼軌梳子型道岔廠內試制試鋪順利通過，目前已經在現場完成鋪設，并且運營狀態良好。

5 結論

梳子型道岔是為減少站場出入庫用地研發的一種新的道岔形式，是通過減少轉轍器之間的距離實現的，可采用模塊化設計，站場線路越多其優越性越明顯。

通過多種方案的比較，確定梳子型道岔相鄰兩轉轍器的合理間距為5.5 m，在滿足機車安全有效運行和道岔結構完整可靠的同時，使得道岔的整體長度達到最小，可最大限度地節省道岔占地空間，提高場地的利用率。

結合梳子型道岔的動力學參數，合理設計尖軌、心軌降低值，改善輪軌接觸條件，合理設計基本軌、尖軌結構，對基本軌工作邊進行補充刨切，增加尖軌厚度，在滿足運行條件的前提下，在道岔順向進岔時，減少尖軌的側向磨耗，提高了尖軌的使用壽命，進而提高了整組道岔的使用壽命。

高錳鋼鑄造件經過爆炸硬化后，表面硬度可達到350 HB左右，硬化層的深度接近30 mm，硬化后使高錳鋼奧氏體的孿晶組織產生形變錯位，促使轍叉表面迅速發生硬化，從而提高初始硬度，有利于提高轍叉的耐磨性。高錳鋼轍叉的爆炸硬化提高了表面硬度，降低了初期磨耗，提高了材料的抗變形能力，可以減小輪載沖擊及在碾壓下產生的軌頂面塌陷和剝離，從而延長了轍叉的使用壽命。

梳子型道岔的結構有別于普通的道岔，采用模塊化設計，共分為3種模塊展開具體設計，每組梳子型道岔由1個雙尖軌轉轍器模塊、多個單尖軌轉轍器和復合轍叉模塊、1個雙曲線轍叉及護軌模塊組成，根據用戶要求和實際情況選擇單尖軌轉轍器及復合轍叉模塊的數量，以適應站場多條線路的要求。

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TechnologiesoftheComb-ShapedTurnoutforModernRailTraminQingdao

WEIXiaonan

(China Railway Shanhaiguan Bridge Group Co.，Ltd.，Qinhuangdao Hebei 066205)

The comb-shaped turnout， which is the first of its kind created in China， is used in the modern rail tram of Qingdao. Innovation of the turnout lies in its layout， the route design， and its structure design. The layout of the turnout is different from a regular one， and the distance between the centers of the turnouts of the adjacent branch lines is less than the whole length of the regular turnout with the same type number. The structure design of the turnout is composed of one ordinary double switch，multiple single switches，multiple composite crossings， and one compound curve crossing. The comb-shaped design provides a new direction and inspiration for turnout design for modern rail trams，as well as the turnout layout for the station and depots of rail transits.

rail transit; modern rail tram; comb-shaped turnout

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.06.023

U231

A

1672-6073(2017)06-0123-06

2016-12-27

2017-02-07

魏笑楠，男，工程師，從事道岔理論分析、圖紙設計、生產制造、鋪設養護等相關技術工作，weixiaonan15@163.com

(編輯：郝京紅)