昆明有軌電車60R2槽型鋼軌3號單開道岔研制

張淑桂

(中國鐵建重工集團股份有限公司道岔分公司 湖南株洲 412005)

1 引言

昆明長水國際機場航站區改擴建工程捷運系統，新規劃昆明首條有軌電車線路。為滿足有軌電車運營要求[1－2]，需進行60R2槽型鋼軌[3]3號單開道岔研制。首先完成了60R2槽型鋼軌3號單開道岔設計，然后對尖軌扳動力、輪軌關系進行分析并優化了尖軌輪廓，最后開展產品試制試裝及現場鋪設，并按照相關標準要求完成產品檢測。經檢測驗證，產品各項指標均滿足項目使用要求。

2 設計原則和設計指標

2.1 設計原則

(1)滿足昆明長水國際機場現場鋪設、運營的需要。

(2)采用固定型轍叉。

(3)無岔枕軌下結構[4－5]。

2.2 設計指標

(1)靜軸重 12.5 t。

(2)運行速度:V直≤25 km/h；V側≤10 km/h。

3 道岔平面線形設計

根據安全參數指標、車輛輪軌參數、有軌電車現場運營需求指標及以往設計運營經驗完成了道岔平面線形設計[6]。

3.1 安全參數指標

(1)動能損失ω0＝0.65 km2/h2[7]。

(2)未被平衡的離心加速度α0＝0.65 m/s2。

(3)未被平衡的離心加速度增量ψ0＝0.5 m/s3。

3.2 車輛輪軌參數

有軌電車車輛輪軌配合參數如表1所示。

表1 車輛輪軌配合參數

3.3 導曲線半徑核算

動能損失、未被平衡的離心加速度及未被平衡離心加速度增量三個參數[8]，都從不同的方面反映了列車通過速度與道岔平面型式之間的關系。選擇曲線半徑時，按三項參數求得的導曲線半徑數值，以其中最大者作為道岔平面設計的控制條件。

以上述計算中最大者為道岔導曲線控制條件，即R≥11.87 m，根據道岔平面布置及招標文件中對道岔全長的控制，確定導曲線半徑R＝25 m(軌道中心計量)。

3.4 各部間隔計算

根據機車轉向架輪對相關尺寸，計算得出道岔應滿足的各部間隔尺寸，道岔各部間隔取值如表2所示。

表2 道岔各部間隔控制條件

3.5 平面線型

采用半切線型，導曲線半徑25 m(軌道中心計量)。采用彈性可彎尖軌和直線轍叉，道岔平面線型如圖1所示。

圖1 60R2槽型鋼軌3號單開道岔平面線型

4 道岔結構設計

4.1 轉轍器結構

轉轍器主體采用成熟的框架焊接拼裝式結構[9]，由基本軌、尖軌、立墻、墊板、蓋板等組成，大墊板上拼焊立墻、擋塊、滑床臺等零部件，尖軌置于轉轍器框架凹腔內，完成轉換動作，轉轍器結構示意如圖2所示。

圖2 轉轍器結構示意

4.2 尖軌斷面及降低值設計

尖軌降低值設置:尖軌尖端0 mm斷面降低值14 mm，形成藏尖結構；10 mm斷面降低值5 mm；20 mm斷面降低值2 mm，逐步開始承受輪載；35 mm斷面降低值0 mm，尖軌降低值設計取值如表3所示。

表3 尖軌降低值設計取值 mm

4.3 轍叉及護軌設計

轍叉采用整體式合金鋼焊接轍叉，護軌為鑲嵌式，整體式合金鋼焊接轍叉及護軌如圖3所示。

圖3 整體式合金鋼焊接轍叉及護軌

4.3.1 心軌斷面及降低值設計

3號叉心心軌降低值:心軌實際尖端10 mm斷面降低值為10 mm，20 mm斷面降低值為3 mm，35 mm斷面降低值為0 mm。

4.3.2 轍叉輪緣槽及咽喉

轍叉輪緣槽取值32 mm，咽喉寬度36.5 mm(＋1～＋0.5)，能滿足表2要求。

4.3.3 轍叉、護軌輪緣槽設計檢算

根據表2中應滿足的查照間隔、護背距離為控制條件，查照間隔、護背距離輪緣槽檢算如圖4所示。

圖4 道岔查照間隔、護背距離輪緣槽檢算示意

(1)查照間隔＝1 435－23(護軌輪緣槽th)＝1 412≥Dx

(2)護背距離＝1 412－32(轍叉輪緣槽t2)＝1 380≤Dy

均滿足表2中查照間隔與護背距離的要求，故th＝23，t2＝32，符合車輪行走要求。

4.3.4 護軌

護軌為分開可調式，采用耐磨鋼制造，護軌在安裝扣件處進行銑削加工，護軌軌腰位置設置有調整片，便于現場調整護軌輪緣槽，護軌結構示意如圖5所示。

圖5 護軌結構示意

5 道岔模擬分析

5.1 尖軌輪廓優化

為了更好地保證尖軌密貼部分的輪軌配合關系，尖軌工作邊斜度設計為1∶4，非工作邊設計斜度為1∶6[10]，尖軌工作邊及輪軌配合關系如圖6所示。

圖6 尖軌工作邊及輪軌配合示意

為避免輪軌接觸角過大導致車輪爬上軌頂，尖軌10 mm以下斷面工作邊圓弧數值設置如表4所示，10 mm斷面后按50AT尖軌輪廓圓弧設計，尖軌工作邊輪廓設計如圖7所示。

圖7 尖軌工作邊輪廓設計

表4 尖軌工作邊圓弧設計取值

5.2 尖軌扳動力分析

通過仿真分析60R2槽型鋼軌3號單開道岔尖軌動程與扳動力及最小輪緣槽的關系。

尖軌設一個牽引點，跟端固定，摩擦因子μ＝0.25，不同尖軌動程下的扳動力及最小輪緣槽計算分析結果如表5所示，表中d為尖軌牽引點動程，P為牽引點扳動力，t為最小輪緣槽寬度，最大等效應力V1，彈性可彎段等效應力V2。

表5 不同尖軌動程下的扳動力及最小輪緣槽

根據表5中的數據，60R2槽型鋼軌3號單開道岔取尖軌牽引點動程d為55 mm，由此可知，扳動力P為3 438.8 N，最小輪緣槽寬度為39.4 mm，轉轍機均能滿足要求。

5.3 通過性能分析

同時為保證列車的運行安全委托西南交通大學高速鐵路線路工程教育部重點實驗室進行動力學分析[11]。通過建立車輛模型、道岔模型、輪軌接觸模型進行性能分析，結果顯示輪軌垂向力、輪軌橫向力、脫軌系數、輪重減載率、垂向加速度與橫向加速度，在有軌電車直逆向通過60R2鋼軌3號道岔時，各項參數指標均在安全限值內，滿足設計要求。

6 道岔試制及鋪設

根據昆明長水國際機場有軌電車需求，研制了一種60R2槽型鋼軌3號單開道岔；并完成了產品試制試裝及現場鋪設[12]，60R2槽型鋼軌3號單開道岔現場鋪設照片如圖8所示。運營狀態良好，能滿足客戶使用要求。

圖8 60R2槽型鋼軌3號單開道岔現場鋪設照片

7 結束語

完成了60R2槽型鋼軌3號單開道岔的研制，開發了相關加工工藝，進行了產品的試制、試裝和上道使用，結果表明:

(1)道岔均符合設計和使用要求。

(2)通過優化尖軌輪廓保證尖軌密貼部分的輪軌配合關系，尖軌扳動力能滿足現場轉轍機的使用要求。

(3)有軌電車直、逆向通過60R2槽型鋼軌3號單開道岔時，其輪軌垂向力、輪軌橫向力、脫軌系數、輪重減載率、垂向加速度和橫向加速度6項動力學指標均在相應的安全限值內，滿足安全性要求。