42 号道岔转辙器及长导轨运输方案研究

刘 飞，昌月朝，殷 涛

LIU Fei, CHANG Yue-chao, YIN Tao

（中国铁道科学研究院 运输及经济研究所，北京 100081）

(Transportation and Economics Research Institute， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China)

42 号道岔转辙器及长导轨运输方案研究

刘 飞，昌月朝，殷 涛

LIU Fei, CHANG Yue-chao, YIN Tao

（中国铁道科学研究院 运输及经济研究所，北京 100081）

(Transportation and Economics Research Institute， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China)

根据 42 号道岔的组成及结构特点，从装载方式和加固方式 2 个方面设计 42号道岔转辙器及长导轨运输方案。在长钢轨运输技术的基础上，利用 42 号道岔转辙器及长导轨侧向刚度小的结构特点，制订 4 辆普通平车跨装运输方案，并且从垂向载荷、横向加固强度和纵向加固强度 3 个角度计算分析 42 号道岔转辙器及长导轨的装载加固强度，结果表明该运输方案满足运输安全要求。

42 号道岔；铁路运输；普通平车；装载方案

1　概述

随着我国铁路客运专线建设的不断推进，高速铁路道岔的研发、制造等综合技术逐步形成详细的技术规范[1]。同时，高速铁路道岔的铁路运输装载加固方案也有相关研究，刘克虎等[2]对客运专线 30号道岔采用专用转向架、2 辆 D22A型长大平车跨装运输装载加固方案进行研究，张长青[3]对高速铁路 42 号道岔采用六支点转向架，4 辆普通平车跨装运输装载加固方案进行研究。目前，无论是采用 D型车的运输方案还是采用普通平车的运输方案，高速铁路 42 号道岔都是利用货物转向架跨装运输，通过钢丝绳与槽钢制作的卡具将 42 号道岔与货物转向架加固为一体，在保持直线度的情况下顺利通过曲线。但是，D 型车运输方案成本高，车辆来源少，存在车辆不能及时提供造成运输延误的情况，普通平车方案存在道岔不能顺利回位，车辆偏重等问题。此外，当只运输道岔的转辙器及长导轨配件时，无论是 D 型车方案还是普通平车方案，都存在道岔不能顺利回位问题。因此，研究制订能够符合高速铁路道岔超长、转辙器及导轨侧向刚度小、辙叉侧向刚度大等结构特点，而且经济合理的铁路运输方案势在必行。

42 号道岔是高速铁路的区间渡线道岔，直向限速与区间相同，速度为 250 km/h 或 350 km/h，侧向限速为 160 km/h[4]，42 号道岔由钢轨、扣件系统、轨下基础 (岔枕和道床)、转换设备、监控系统、融雪装置、道岔前后轨道刚度过渡段等部件组成[5]，具有较高的制造、组装和铺设精度要求。从运输角度分析，42 号道岔的扣件系统、轨下基础、转换设备、监控系统、融雪装置、道岔前后轨道刚度过渡段等打包后可以通过铁路敞车、棚车或公路直接运输到铺装现场，受运输线路条件限制较小。42 号道岔钢轨部件如表1 所示。由表1 可以看出，与普通道岔相比，42 号道岔的钢轨部件如可动心轨辙叉、转辙器及导轨等长度较长，需要采用铁路跨装运输。其中，可动心辙叉侧向刚度大，水平方向弯曲不得超过其自由长度的 1/1 000，而转辙器及导轨侧向刚度小[6]，水平方向可弯曲。

表1　42 号道岔钢轨部件

2　42号道岔转辙器及长导轨运输方案设计

42 号道岔转辙器由基本轨与尖轨组成，基本轨为 60 kg/m 钢轨，尖轨一般采用 60D40 钢轨，材质与基本轨相同[7]，或者采用德国进口 60E1A1 钢轨，材质为 R350HT 硬头轨。长导轨与基本轨结构形式相同，当线路设计速度为 250 km/h 时，满足《250 km/h 客运专线 60 kg/m 钢轨暂行技术条件》；当线路设计速度为 350 km/h 时，满足《350 km/h 客运专线 60 kg/m 钢轨暂行技术条件》。利用转辙器及导轨侧向刚度小，在运输中可弯曲的特点，设计运用性能满足安全要求的运输方案。

2.1装载方式

（1）滑台布置位置。转辙器及长导轨长度范围为 44 240—49 192 mm，采用 6 个滑台，4 辆换长为1.3 的普通平车进行跨装运输。第 1、第 4 车每车放置 1 个滑台，位于车辆横中心处；第 2、第 3 车每车放置 2 个滑台，2 个滑台分别位于从车辆两端数第 3个支柱槽处，具体滑台布置位置如图1 所示。

图1　滑台布置位置

（2）转辙器及长导轨装载方式。转辙器及长导轨单层装载在滑台上，为满足不偏载的技术要求，以车组纵中心线为基准对称装载 1 组转辙器 (2 根基本轨和 2 根尖轨)，其中基本轨长度中心线与车组横中心线重合，再在其两侧各装载 3 根导轨，导轨一端与转辙器大头端对齐。滑台在加焊钢挡时，以车辆纵中心线为基准对称焊接，2 个钢挡的间距为转辙器与导轨装载宽度。转辙器、导轨、滑台和钢挡的布置位置如图2 所示。

图2　转辙器、导轨、滑台和钢挡的布置位置

2.2加固方式

用钢丝绳双股在滑台两侧各拉牵 1 个八字形捆绑在车辆支柱槽上，根据力值的大小选择不同直径的钢丝绳即可，转辙器及长导轨在运输时采用紧固装置将其加固为一体，紧固装置加固示意图如图3所示。紧固装置由夹板、垫块、螺栓、紧固螺母和防松螺母组成，用 6 根螺栓将转辙器及长导轨紧固为一体，考虑尖轨加工长度，将夹板卡槽与第 2车外端滑台固定，以限制转辙器及长导轨的纵向位移，同时可防止钢轨侧向翻转、钢轨间横向位移。车组在通过曲线时，转辙器及长导轨在滑台钢挡横向约束下发生弯曲，限制其横向位移，产生的横向力作用在滑台钢挡上。

3　42 号道岔转辙器及长导轨加固强度分析

3.1垂向载荷计算

由装载方式可知，转辙器及长导轨共支承在 6个支点上，属于多跨度连续超静定梁，需要建立位移协调方程，形成 6 维线性方程组，通过 Matlab 编程求解。由于铁路平车车体的弹性远小于车辆转向架悬挂弹簧的弹性，计算时仅考虑转向架悬挂弹簧弹性。转辙器基本轨与导轨线密度为 60 kg/m，60D40 尖轨线密度为 70 kg/m。因此，假设装载钢轨全部为 60D40 轨、长度为 49 192 mm 时，车辆承重、转向架承重及转向架承重差最大，计算 4 车等高时各车辆承重和转向架承重数据如表2 所示，第 1 车高 20 mm 时各车辆承重和转向架承重数据如表3 所示，第 2 车高 20 mm 时各车辆承重和转向架承重数据如表4 所示。

表2　4 车等高时各车辆承重和转向架承重数据

表3　第 1 车高 20 mm 时各车辆承重和转向架承重数据

表4　第 2 车高 20 mm 时各车辆承重和转向架承重数据

图3　紧固装置加固示意图

比较表2—表4 数据可知，车辆承重最大为10.92 t，转向架承重最大为 6.27 t，转向架承重差最大为 1.71 t，均满足《铁路货物装载加固规则》要求。

3.2横向加固强度分析

（1）横向载荷计算。转辙器由基本轨和尖轨 2 部分构成，基本轨对垂直轴线的惯性矩为 524.0 cm4，尖轨对垂直轴线的惯性矩为 765.3 cm4[7]，由截面特性可知，当转辙器受横向约束弯曲时，尖轨弯曲产生的横向力大于基本轨弯曲产生的横向力，因而假设 1 组转辙器、6 根长导轨全部为 60D40 钢轨时，弯曲产生的横向力最大。车组允许通过最小曲线半径为 150 m，以 4 辆车均进入曲线内为例进行计算，转辙器弯曲产生的横向载荷如表5 所示。由表5 可以看出，第 2 车外端滑台处横向钢挡 2、第 3 车外端滑台横向钢挡 5 承受的横向力最大，为20.02 kN。

表5　转辙器弯曲产生的横向载荷

（2）横向加固强度计算。转辙器及长导轨横向位移利用钢挡约束，钢挡与滑台焊接固定，假设焊缝高度为 0.6 cm，焊缝许用剪切应力为 70 MPa，所需焊缝长度[8]为

式中：L横为焊缝长度；ΔN 为横向载荷；K 为焊缝高度；[τ] 为焊缝许用剪切应力。

由此可知，钢挡每侧焊缝长度不小于 6.81 cm，即可满足横向加固强度要求。

3.3纵向加固强度分析

由 42 号道岔转辙器及导轨装载方案可知，转辙器及长导轨重 30.6 t，跨装车组总重为 123.6 t，纵向惯性力为 264 kN，纵向摩擦力大小为 153 kN，紧固装置承受的纵向加固力不小于 111 kN 即可。紧固装置加固力计算如下。

（1）紧固螺栓许用应力计算。紧固装置螺栓直径 d 为 24 mm，截面积 s 为 353 mm2。选用螺栓材质为 45＃ 钢，性能等级为 6.8，屈服应力 σs取值为480 MPa，则许用应力

（2）紧固装置预紧力计算。预紧系数 k 为 1.2，单根螺栓预紧力 N0＝ 282.3×353/1.2＝83 043.25 N，即螺栓可达到的最大预紧力为 83 043.25 N。当预紧力矩 T ＝ 320 N · m、拧紧力矩系数 K ＝ 0.28时，单根螺栓可达到的预紧力(0.28×0.024) = 47 619 N，则紧固装置总预紧力 N＝6×47 619 ＝ 285 714 N。

（3）紧固装置纵向加固力计算。42 号道岔转辙器及长导轨与紧固装置摩擦系数为 0.3，则紧固装置纵向加固力 F ＝ 285 714×0.3×2 ＝ 171.43 kN。由此可知，紧固装置纵向加固力大于所需的最小加固力 111 kN，转辙器及长导轨的纵向加固强度满足要求。

综上所述，通过一系列的计算可知，车辆不超载、不偏载、不偏重，对钢挡施焊长度不小于6.81 cm、紧固螺栓预紧力矩不小于 320 N · m 时，42 号道岔转辙器及长导轨的装载加固性能完全满足运输要求。

4　结束语

42 号道岔转辙器及长导轨运输方案在借鉴长钢轨运输成功经验的基础上，充分利用转辙器及长导轨侧向刚度小的结构特点，解决现有的普通平车运输方案道岔不能回位、车辆偏重问题。同时，与D 型车方案相比，普通平车车辆来源较广、运输成本相对较低，为 42 号道岔转辙器及长导轨运输提供新的思路。

[1] 王树国，司道林，葛 晶，等. 中国和欧洲高速铁路道岔标准体系及内容分析[J]. 铁道技术监督，2014，42(5)：2-5. WANG Shu-guo，SI Dao-lin，GE Jing，et al. Analysing the Systems and Contents of Chinese and European Standards on High-speed Railway Turnouts[J]. Railway Quality Control，2014，42(5)：2-5.

[2] 刘克虎，糜 强，任 炜. 铁路运输 30 号道岔的装载加固方案研究[J]. 铁道货运，2013，31(2)：45-50. LIU Ke-hu，MI Qiang，REN Wei. Research on Loading Reinforcement Scheme of No.30 Turnout for Railway Transportation[J]. Railway Freight Transport，2013，31(2)：45-50.

[3] 张长青. 我国铁路客运专线 42 号道岔运输方案研究[J]. 铁道运输及经济，2012，34(6)：74-77. ZHANG Chang-qing. Study on Transport Scheme of 42# Turnout on DPL[J]. Railway Transport and Economy，2012，34(6)：74-77.

[4] 郭福安. 我国高速道岔技术体系[J]. 中国铁路，2011(4)：1-5. GUO Fu-an. Technological System for Turnout of China High Speed Railways[J]. China Railway，2011(4)：1-5.

[5] 王 平. 高速铁路道岔设计理论与实践[M]. 成都：西南交通大学出版社，2011.

[6] 中华人民共和国铁道部. TB/T 3301—2013 高速铁路道岔技术条件[S]. 北京：中国铁道出版社，2013. Ministry of Railways of the People’s Republic of China. TB/T 3301—2013 Technical Specification for High Speed Turnouts[S]. Beijing：China Railway Publishing House，2013.

[7] 中华人民共和国铁道部. TB/T 3109—2013 铁路道岔用非对称断面钢轨[S]. 北京：中国铁道出版社，2013. Ministry of Railways of the People’s Republic of China. TB/T 3109—2013 Switch and Crossing Rails[S]. Beijing：China Railway Publishing House，2013.

[8] 中华人民共和国铁道部. 铁路货物装载加固规则[M]. 北京：中国铁道出版社，2006.

责任编辑：冯姗姗

高铁与长江黄金水道“并驾齐驱”

2015年12月6日9 : 33，D5602 次动车组从千年古城安庆平稳开出，经池州、铜陵、芜湖等地驶向南京。南京至安庆高铁开通运营，高铁与长江黄金水道“并驾齐驱”。

宁安高铁初期安排开行安庆至合肥、南京、上海等方向动车组 15 对。南京至安庆列车运行时间由原来的 5 h 53 min 缩短至 1 h 54 min，安庆至合肥、上海列车最短运行时间分别为 1 h 32 min 和 3 h 58 min，均较既有普速列车运行时间压缩一半以上。

宁安高铁起于江苏省南京市，经安徽省马鞍山、芜湖、铜陵、池州市，终到安庆市，全长257 km。2009 年4月，宁安高铁开工建设。全长6 858 m 的安庆铁路长江大桥，是宁安高铁的重点控制性工程，具有“深水、大跨、高速、重载”等特点，全桥斜拉索达 216 根。2015 年5月，宁安高铁铺轨全部完成；8月，全线开始联调联试。

宁安高铁与京沪高铁、合福高铁及长三角城际铁路网相连，将大大缩短沿线城市与长三角各中心城市间的时空距离，进一步完善区域交通运输结构，密切各城市间的联系与交流合作，对更好地发挥长三角区域经济优势和辐射作用，加快区域经济一体化进程，促进苏皖地区经济社会发展具有重要意义。

（摘自《人民铁道》报）

Study on Transport Program of Switch Machine and Long Guide Rail of 42# Turnout

According to the composition and structural characteristics of 42# turnout, from the 2 aspects of loading mode and reinforcement mode, the transport program of switch machine and long guide rail of 42# turnout was designed. Based on transport technology of long rail, by referring the structural characteristics of their small lateral rigidity, the program of straddle transportation by 4 common flat cars was established, and the loading & reinforcement intensity of the switch and the rail were calculated and analyzed from 3 angles like vertical loading, lateral reinforcement intensity and longitudinal reinforcement intensity, the result shows the transport program could satisfy the demand of transport safety.

42# Turnout; Railway Transportation; Common Flat Car; Loading Program

1003-1421(2015)12-0083-05

U294.6；U294.25

B

10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2015.12.17

2015-11-16

中国铁路总公司科研试验任务(Z2013-037)；中国铁道科学研究院基金项目(2014YJ097)