现代有轨电车50 kg/m钢轨3号单开道岔的研制

冯 毅

(中铁宝桥集团有限公司，陕西 宝鸡 721006)

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现代有轨电车50 kg/m钢轨3号单开道岔的研制

冯 毅

(中铁宝桥集团有限公司，陕西 宝鸡 721006)

道岔是有轨电车轨道系统的关键设备。简述了50 kg/m钢轨3号有轨电车单开道岔的基本研制思路，为满足武汉东湖现代有轨电车停车场站线的设计要求，从道岔平面线型设计、结构设计、扣件及轨下基础到零部件制造工艺关键项点进行了分析阐述，研制的该道岔经批量上道，应用效果良好。

有轨电车,道岔，钢轨

1 概述

与一般地铁线路相比，现代有轨电车的车辆轴重较轻，一般满载轴重不超过12.5 t，空车轴重不大于7 t，正常运营速度通常在40 km/h左右。车辆最小通过转弯半径一般大于20 m，整体行车条件差异较大，因此现代有轨电车的轨道及道岔设计应区别于一般的地铁，也区别于传统的有轨电车。

现代有轨电车的正线轨道及道岔的基本轨和导轨一般采用槽形钢轨或标准断面工字轨。考虑到整体施工成本及应用条件，应用于武汉东湖有轨电车T1，T2线停车场的道岔类型主要以3号系列单开道岔为主，线路设计的钢轨类型采用50 kg/m标准断面钢轨，道岔设计应用于有缝线路，轨下基础分为整体道床与碎石道床两种，轨距为1 435 mm，电务转换设备采用单机牵引，转辙机内锁闭。

2 道岔平面设计

2.1道岔平面主要尺寸

为尽可能增大导曲线半径以提高车辆通过能力，同时结合停车场线路设计定线要求，50 kg/m钢轨3号单开道岔采用单圆曲线线型，导曲线半径为25 m，半切线型尖轨。道岔的主要平面主要尺寸如图1及表1所示。

表1 3号道岔的主要尺寸

道岔号数全长/m前长/m后长/m辙叉角线型39．8605．0254．83522°19′16″R25m圆曲线

武汉有轨电车的机车及车辆采用独立轮转向架，且最小通过半径为20 m，考虑到现有道岔导曲线半径已完全满足最小通过条件，虽然少量的侧股加宽有利于提高车辆的通过性，但同时将加剧车辆通过的“蛇行运动”，影响行车平顺性及舒适性，因此道岔平面线形未设置侧轨距加宽。

2.2尖轨平面线形及道岔平面设计控制参数

道岔在设计曲线尖轨时，由于半切线尖轨介于直线尖轨和切线型尖轨之间，既兼顾了切线型平顺性好的特点，又在一定程度上增大了尖轨前段范围的断面厚度，提高尖轨的强度和耐磨性，因此，道岔尖轨采用了半切线型设计(见图2)，则列车逆向进岔冲击尖轨的冲击角βc=3°11′41″，根据机车车辆过岔时的动能损失计算结果确定过岔速度为10 km/h。道岔平面设计控制参数如下所示：

1)动能损失容许值：ω0≤0.65 km2/h2；

2)未被平衡离心加速度容许值：α0≤0.6 m/s2；

3)未被平衡离心加速度增量容许值：φ0≤0.5 m/s3。

计算结果见表2。

表2 参数计算结果

2.3岔枕布置

1)采用混凝土长轨枕，转辙器部分的轨枕垂直于直股钢轨，辙叉部分的轨枕垂直于辙叉角平分线，岔枕在转辙器与辙叉之间的三根轨枕范围内进行扭转过渡。

2)道岔设置一点牵引，采用角钢式连接，第一牵引点处岔枕间距为610 mm，以适应ZD6型电液转辙机的安装。

3 道岔结构设计

3.1转辙器

1)尖轨。尖轨采用50AT钢轨制造，跟端压型过渡为标准50 kg/m钢轨。由于道岔角度大，尖轨长度短，为减小尖轨扳动力，保证最小轮缘槽尺寸，尖轨跟端固定结构采用活接头形式。

2)基本轨水平藏尖结构设计。根据机车参数，结合道岔的轮轨关系，防止尖轨实际尖端受逆向进岔车轮的撞击，同时为提高尖轨小断面的强度和耐磨性，采用基本轨水平刨切3 mm藏尖式设计，使尖轨轨头密贴范围加厚3 mm，如图3所示。

采用水平藏尖结构后，使转辙器尖轨密贴范围(长度不大于1.2 m)轨距出现构造加宽，尖轨尖端基本轨框架尺寸由1 435 mm加宽至1 441 mm，尖轨密贴段轨距加宽3 mm变为1 439 mm。

3)尖轨顶面降低值。根据武汉有轨电车机车车辆的车轮参数，同时参考国内铁路、地铁道岔及有轨电车道岔尖轨降低值经验，实际降低值取值见表3。

表3 尖轨降低值

4)尖轨间设置连杆结构。在转辙器部分设置1根连杆，以保持尖轨间框架的整体性和稳定性。

5)基本轨藏尖及弯折。基本轨藏尖平直段长度在尖轨密贴段理论尺寸基础上在前端加长25 mm，出刀过渡长度按50 mm设计。曲基本轨前端弯折点位置按照理论尖轨尖端位置设置，考虑到曲基本轨弯折后的圆弧影响以及尽可能缩短道岔曲股轨距构造加宽范围，曲基本轨的该位置实际弯折点与理论弯折点重合。

6)轨撑滑床板。由道岔曲线半径为25 m，相对较小，考虑到列车过岔的离心力作用，为增强转辙器部分基本轨框架的稳定性以及轨距的有效保持，所有滑床板外侧设置轨撑。

7)尖轨跟端为活接头式结构。活接头式尖轨跟端结构简单而坚固，零件少，尖轨转动灵活，与基本轨联结可靠，适宜用于行车速度不高于100 km/h，尖轨长度较短的道岔设计。为确保尖轨扳动灵活，防止出现扳动力过大导致的转换卡阻，在跟端间隔铁与尖轨轨腰接触位置的双头螺栓处设置了调整垫圈，在制造误差造成扳动力过大的情况下，可将“调整垫圈”更换为加厚规格，见图4。

3.2辙叉及护轨

1)辙叉采用高锰钢整铸式辙叉，在铁路、地铁上大量使用，有着可靠的运营经验业绩。为了减少辙叉的初期磨耗，提高使用寿命，对辙叉进行了爆炸预硬化处理，解决辙叉磨耗严重的问题。

2)护轨采用UIC33槽型护轨。

为防止车轮对叉心的冲击和减小心轨磨耗，保证行车安全，直、曲股均设置护轨。护轨平直段防护范围大于辙叉咽喉起至叉心顶宽50 mm范围，考虑到道岔角度大，叉心50 mm断面距尖端近，护轨平直段理论值仅为258 mm，较小，为确保护轨，将护轨平直段进行加长设计。

按照国内设计规范，护轨顶面高出基本轨12 mm，避免车轮爬上护轨，以起到应有的防护效果。

4 扣件及轨下基础

1)扣件均采用B型弹条分开式弹性扣件系统，主要区别在于胶垫厚度不同，整体道床时轨下、板下及辙叉下胶垫厚度均为10 mm，碎石道床时轨下及辙叉下胶垫为5 mm，板下胶垫为10 mm。护轨垫板为了增加垫板强度，垫板厚度增加3 mm，板下胶垫变为7 mm。

2)轨下基础分为整体道床混凝土长枕埋入式与混凝土长枕碎石道岔两种形式：

整体道床岔枕顶面宽260 mm，底面宽290 mm，混凝土部分高度130 mm，下部钢筋外漏50 mm，岔枕预埋塑料套管。

碎石道床岔枕顶面宽260 mm，底面宽300 mm，高度220 mm，岔枕预埋塑料套管。

5 零部件制造工艺关键项点

该道岔基本轨及导轨采用国内常用的50 kg/m钢轨制造，尖轨采用50AT钢轨制，铁垫板为焊接形式，辙叉高锰钢整铸形式。道岔在整体设计方面已充分考虑和兼顾了产品设计的可靠性与制造工艺过程的经济性与可实施性。因此，产品在生产过程中采用普通常规道岔的基本加工设备完全可以满足生产需求。但需要重点关注的是，由于该道岔号码较小，且设置了尖轨水平藏尖式结构，尖轨长度远低于普通单开道岔，因此在制造工艺方面必须考虑以下几个方面的影响因素，否则将严重影响道岔的铺设状态及电务安装。

5.1曲基本轨制造工艺关键控制项点

1)藏尖段加工。基本轨设置了3 mm水平藏尖结构，因此完成基本轨藏尖段水平方向加工后，还需进行侧面R8 mm的补充刨切，以防止使用过程中出现基本轨肥边而影响尖轨密贴，基本轨的轨头宽度将由未设置水平藏尖前的70 mm(35 mm+35 mm)变为67 mm(35 mm+32 mm)，如图5所示。

2)圆弧段的侧向弯折量控制。国内常规道岔产品的曲基本轨弯折一般为每1 m一圆顺或每2 m一圆顺，该道岔由于导曲线半径仅为25 m，导致每米弦高值为5.1 mm，如按每1 m一圆顺的工艺执行，则极易出现局部轨距超差的情况，因此曲基本轨的弯折必须按每500 mm间隔进行圆顺弯折，见图6。

5.2尖轨加工的关键控制项点

直、曲尖轨尖端到竖切点距离较短，长度不大于1.2 m，因此尖轨竖切点处的弯折将产生较大的圆弧影响区域，严重影响尖轨与基本轨的密贴，同时将导致弯折后尖轨工作边直线度以及该范围内轨距超差。故直、曲尖轨在弯折点处应针对断面加工的尺寸要求采用数控加工圆弧插补的方式，对钢轨顶弯造成的圆弧影响区域进行反向补偿，以确保钢轨弯折后的工作边直线度和曲线尖轨的圆顺；另一方面，曲线尖轨竖切点以后的圆顺弯折也应采用与曲基本轨相同的每500 mm一圆顺。

6 结语

目前，研制的有轨电车50 kg/m钢轨3号单开道岔已在武汉东湖T1线与T2线停车场批量上道应用，完全满足车辆站场的使用要求，线路开通近半年来，道岔使用情况良好。有轨电车50 kg/m钢轨3号单开道岔的研制，较好地填补了国内有轨电车道岔系列的空白，为有轨电车轨道工字轨小号码系列道岔的设计开发及应用奠定了技术基础。

Developmentof50kg/mrail1∶3singleturnoutontrams

FengYi

(ChinaRailwayBaoqiaoGroupCo.,Ltd,Baoji721006,China)

The turnout is the key equipment of tram track system. To meet the design requirements of modern tram depot line of Wuhan East Lake, this paper introduces the basic development idea of 50 kg/m rail 1∶3 single turnout on trams, and analyzes and elaborates the geometry design, structure design, fasteners and under-rail foundation, and the key manufacturing processes of parts and components of the turnout. The batch use of the developed turnouts on track shows good application effect.

tram, turnout, rail

1009-6825(2017)32-0115-03

2017-09-08

冯 毅(1978- ),男，高级工程师

U213.6

A