懸掛式單軌道岔新型岔芯結(jié)構(gòu)設計與研究

余 鋒

（中鐵寶橋集團有限公司，陜西寶雞 721006）

懸掛式單軌交通是車體懸掛于軌道梁下方行駛的一種軌道交通形式，一般采用高架形式敷設，車輛走行裝置位于梁軌合一的軌道梁內(nèi)。車輛除走行輪外，轉(zhuǎn)向架的兩側(cè)有導向輪，約束軌道梁內(nèi)的兩側(cè)腹板。軌道梁為半開放結(jié)構(gòu)，在梁體的下部開口，用于車輛轉(zhuǎn)向架通過。道岔是懸掛式單軌的核心設備，道岔梁為整體結(jié)構(gòu)，道岔梁內(nèi)部設置有可以轉(zhuǎn)動（移動）岔芯，這種岔芯結(jié)構(gòu)將道岔梁內(nèi)部分為兩部分，通過芯軌的移動（轉(zhuǎn)動）實現(xiàn)道岔的分岔，滿足車輛的換線需求。

1 研究背景

岔芯作為道岔的關鍵部件，是保證車輛運行平穩(wěn)性的核心，國內(nèi)外道岔岔芯結(jié)構(gòu)均存在一些局限性和不足。

1.1 德國可動芯道岔

德國懸掛式單軌采用梯子型可動芯道岔，道岔岔芯主要由梯子型長芯軌和短芯軌組成，屬于走行面不連續(xù)道岔。通過動力作用分別推動梯子型長芯軌和短芯軌的繞軸轉(zhuǎn)動；前端梯形鋼構(gòu)架的伸縮回旋可以實現(xiàn)回轉(zhuǎn)叉芯的轉(zhuǎn)前解鎖、到位鎖閉。車輛走行輪和穩(wěn)定輪為雙輪結(jié)構(gòu)，交替在道岔功能區(qū)接觸，保證車輛的通過需求。

通過道岔直線側(cè)時，右側(cè)下導向輪和上穩(wěn)定輪分別與梁面腹板接觸，左側(cè)上下導向輪和上穩(wěn)定輪分別與短芯軌接觸；通過道岔曲線側(cè)時，右側(cè)上導向輪和下穩(wěn)定輪分別與短芯的軌面接觸，左側(cè)上導向輪和下穩(wěn)定輪分別與梁面的腹板接觸。

可動芯道岔直線/曲線側(cè)過車如圖1所示。

圖1 可動芯道岔直線/曲線側(cè)過車

1.2 日本可動芯道岔

日本湘南線和千葉線懸掛式單軌交通采用倒T形可動芯道岔。道岔可動軌采用倒T形結(jié)構(gòu)，底板為走行輪走行面，立板為導向輪和穩(wěn)定輪走行面。修正軌配合可動軌底板，為走行輪提供連續(xù)的走行面。

該道岔岔芯為尖軌和芯軌相互連接，道岔芯軌帶動尖軌轉(zhuǎn)轍，受尖軌自身結(jié)構(gòu)形狀限制，道岔芯軌轉(zhuǎn)轍到位后，尖軌和道岔梁腹板面（車輛導向面）相切，有高低差存在。根據(jù)懸掛式單軌可動芯道岔結(jié)構(gòu)特點，尖軌無法在道岔梁體內(nèi)隱藏，尖軌在構(gòu)造上應有一定的厚度，存在一定的高差，導致車輛過岔時車輪與道岔尖軌撞擊，對道岔尖軌和車輛造成傷害，影響乘客的舒適性。

1.3 國內(nèi)現(xiàn)有可動芯道岔

國內(nèi)道岔岔芯結(jié)構(gòu)形式與日本道岔類似，但為了滿足國內(nèi)車輛的需求，道岔尖軌較高，既要適應車輛導向輪，又要適應車輛穩(wěn)定輪需要。

國內(nèi)可動芯道岔岔芯結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 國內(nèi)可動芯道岔岔芯結(jié)構(gòu)

2 新型岔芯結(jié)構(gòu)設計

為了解決尖軌存在的高差問題，研究尖軌可撓型道岔，針對現(xiàn)有的道岔岔芯特點，提出了新的技術(shù)方案。將道岔尖軌和芯軌分開設計，芯軌設計為一種倒T形箱型結(jié)構(gòu)，尖軌設計為左右對稱的板式結(jié)構(gòu)。芯軌轉(zhuǎn)轍時分別與左（右）尖軌對接，尖軌可以實現(xiàn)撓曲變形和芯軌對接，以保證道岔整體線型及過車的平穩(wěn)性。

2.1 結(jié)構(gòu)方案

新型岔芯結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 新型岔芯結(jié)構(gòu)

新型岔芯由左尖軌、右尖軌以及芯軌組成，左尖軌2個、右尖軌2個，分別滿足車輛導向輪和穩(wěn)定輪需求。

左右尖軌為對稱結(jié)構(gòu)，尖軌一端固定在梁體上，一端自由，在尖軌上分別設置不同的驅(qū)動點位，根據(jù)道岔線形需要，在不同的驅(qū)動點位施加一定的位移，尖軌在動力驅(qū)動下可撓曲變形。

2.2 工作原理

車輛直線通行時，芯軌處于水平狀態(tài)，尖軌處于直線狀態(tài)，尖軌與芯軌相接，保證直線位接通。

新型岔芯結(jié)構(gòu)直線側(cè)狀態(tài)如圖4所示。

圖4 新型岔芯結(jié)構(gòu)直線側(cè)狀態(tài)

車輛側(cè)線通行時，芯軌回轉(zhuǎn)一定角度，尖軌在撓曲裝置作用下發(fā)生撓曲變形與芯軌對接，保證側(cè)線位通行。

新型岔芯結(jié)構(gòu)曲線側(cè)狀態(tài)如圖5所示。

圖5 新型岔芯結(jié)構(gòu)曲線側(cè)狀態(tài)

2.3 仿真驗證

車輛過岔速度直線側(cè)為60～80 km/h，曲線側(cè)過車速度為15～20 km/h，撓曲板處直線位的線形對車輛過岔無影響，撓曲板處側(cè)線位對車輛過岔有一定的影響，但車輛側(cè)線位的過岔速度較低，撓曲板理論線形與模擬最大差值為2.32 mm，對道岔側(cè)線的過岔無影響。

尖軌撓曲變形線形理論與模擬對比如表1所示。

撓曲板受力點布置如圖6所示。

圖6 撓曲板受力點布置

撓曲點受力如表2所示。

表2 撓曲點受力大小 單位：N

3 結(jié)語

受道岔整體結(jié)構(gòu)限制，道岔芯軌與尖軌連接處空間極小，無法可靠連接，本文設計結(jié)構(gòu)解決了懸掛式單軌可動芯道岔芯軌與尖軌相互連接困難的問題。芯軌與尖軌連接裝置無法有效實現(xiàn)芯軌與尖軌間的功能需求，本文設計結(jié)構(gòu)提高了道岔岔芯可靠性，實現(xiàn)了道岔功能。在實際制造中，道岔尖軌具有一定厚度，該厚度造成尖軌與道岔腹板面（車輛導向面）有一定高差，造成車輛過岔時導向輪與尖軌撞擊，影響尖軌使用壽命和車輛過岔舒適性。本文設計結(jié)構(gòu)為撓曲式尖軌，尖軌固定端與道岔腹板（車輛導向面）對接平齊，活動端通過尖軌撓曲板撓曲變形實現(xiàn)與芯軌對接，車輛導向面不會有高差存在。撓曲板為薄鋼板，設置迫使撓曲變形的多個鉸接點，可以實現(xiàn)撓曲變形，保持一定的剛性。本文設計結(jié)構(gòu)通過一個剛性驅(qū)動架連接芯軌，保證了左右芯軌的間距和芯軌撓曲時的同步性，提高了車輪導向面精度。