現(xiàn)代有軌電車小號碼道岔彈性可彎尖軌的研制

車 偉

(中鐵寶橋集團有限公司，陜西 寶雞 721006)

1 概述

城市軌道交通系統(tǒng)含地鐵、輕軌、單軌、市域快軌、現(xiàn)代有軌電車5種制式，其中現(xiàn)代有軌電車新建里程占比逐年增長，已經(jīng)成為城市軌道交通系統(tǒng)重要組成部分。為了進一步提高營運的舒適性及安全性，現(xiàn)代有軌電車對道岔的性能提出了更高的要求。在不斷總結早期有軌電車道岔設計、制造、運營經(jīng)驗的基礎上，針對現(xiàn)代有軌電車尖軌跟端活接頭病害問題，提出了新的解決方案。

2 道岔尖軌結構選型

2.1 道岔平面線型

為減少占地面積，車輛站場一般采用50 kg/m鋼軌3號單開道岔。道岔平面線型見圖1，導曲線半徑為25 m，圓切線型，尖軌為半切線型。道岔全長L=10 440 mm，前長a=5 605 mm，后長b=4 835 mm，軌距為1 435 mm。

2.2 尖軌結構的選型

尖軌采用50AT1鋼軌制造，跟端熱壓成型為標準50 kg/m鋼軌。

由于3號道岔角度大，尖軌長度短，為減小尖軌扳動力，保證最小輪緣槽尺寸，尖軌跟端固定結構一般采用活接頭形式(見圖2)。活接頭結構尖軌可在由帶擋肩的雙頭螺柱在魚尾板與間隔鐵形成的空間內實現(xiàn)自由扳動，魚尾板、間隔鐵及螺栓約束尖軌的跟端。尖軌一般采用直線型，其彈性變形小，所需轉換力小，有利于尖軌和基本軌之間的自然密貼。但由于尖軌跟端存在接頭，導致接頭處穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生病害，是道岔的薄弱環(huán)節(jié)[1-3]。

鑒于活接頭結構病害問題發(fā)生數(shù)量較多，首次提出了在小號碼道岔中尖軌采用彈性可彎結構(見圖3)，尖軌跟端直接與轍叉趾端相連接，徹底消除活接頭病害。彈性可彎尖軌跟端縱橫向和扭轉位移均被扣件約束，其扳動主要通過尖軌自身彈性形變實現(xiàn)。在彈性可彎中心處，對軌底進行刨切，以減小截面的橫向慣性矩，可以有效降低尖軌彈性轉換力[4-6]。

3 尖軌彈性可彎結構設計

轉換力和不足位移是尖軌設計中的關鍵衡量指標，既有小號碼道岔由于尖軌長度短，彈性應力較大，轉換力同樣較大，不適宜設計為彈性可彎式。本次設計的難點就是通過合理的結構設計實現(xiàn)降低轉換力的目的。

3.1 尖軌長度

由于3號道岔號碼小，角度大，原有設計活接頭結構尖軌較短，僅為3 263 mm。為減少轉換力，需加長尖軌長度。因此本次設計尖軌與后端導曲線鋼軌合并，尖軌跟端直接與轍叉趾端相連接，直線尖軌長度為6 723 mm，曲線尖軌長度為6 892 mm。

3.2 彈性可彎結構

尖軌銑削彈性可彎段是最常采用的降低轉換力方案。本次設計擬采用兩種彈性可彎段加工方案。方案一是僅銑削50AT1鋼軌工作邊一側軌肢(如圖4所示)。方案二是銑削50AT1鋼軌工作邊一側軌肢和兩側軌腰(如圖5所示)。

3.3 尖軌轉換力計算

對轉換力進行計算可以有效模擬其變化規(guī)律及發(fā)展趨勢，更有助于進行尖軌結構的輔助設計。本次設計道岔號數(shù)為3號，側股軌道中心線半徑為25 m，尖軌扳動共設置1個牽引點，第1牽引點距尖軌尖端距離為0.4 m。針對擬采用的不同工況進行了分析計算，結果見表1。

表1 不同工況轉換力計算結果

根據(jù)以上模擬工況計算結果可以確定，彈性可彎段長度的增長可以小幅降低轉換力；動程降低可以降低轉換力及不足位移。經(jīng)與電務部門溝通，轉轍機額定轉換力為4 kN，轉轍機動程可以設置為80 mm。因此，綜合確定尖軌彈性可彎段長度采用工況四進行設計。

3.4 尖軌轉換力實物測試

分別按照方案一(如圖4所示)、方案二(如圖5所示)彈性可彎結構對尖軌進行加工，其中彈性可彎段長度按照計算結果中的1 500 mm執(zhí)行，動程采用80 mm，并進行了廠內道岔試制和轉換力測試(如圖6所示)，結果見表2。

表2 轉換力實物測試結果

從以上測試結果可以看出，實測轉換力較計算結果偏大。原因是道岔系統(tǒng)內受制造、組裝公差配合的影響，滑床板的摩擦阻力不穩(wěn)定；道岔設置的連桿同樣提供了橫向轉換阻力；頂鐵的頂靠增大了轉換阻力等。通過尖軌轉換力實物測試，方案一轉換力接近電轉機額定轉換力，不利于長期使用。因此，尖軌彈性可彎結構最終采用如下方案：尖軌工作邊一側軌肢+雙側軌腰切削結構+長度1 500 mm+動程80 mm。

4 主要創(chuàng)新點

1)首次設計了小號碼道岔尖軌彈性可彎結構，打破了設計思維定勢，為今后小號碼道岔設計提供了借鑒。

2)通過理論模型計算和實物測試，確認了小號碼彈性可彎尖軌的可行性。但理論計算與實際鋪設測試之間誤差較大，后續(xù)可進一步積累經(jīng)驗，完善小號碼彈性可彎尖軌計算模型，使其理論計算結果更具有準確性。

5 結語

通過理論計算及廠內試制，小號碼道岔彈性可彎尖軌達到了設計目標要求。新研制的50 kg/m鋼軌3號單開道岔已在文山州城市軌道交通現(xiàn)代有軌電車示范項目4號線中應用，使用效果良好。

小號碼道岔彈性可彎尖軌可以有效解決既有道岔尖軌活接頭結構病害問題，隨著城軌交通建設規(guī)模不斷增大，該技術有較大的推廣價值。