青岛现代有轨电车梳子型道岔技术

魏笑楠

(中铁山桥集团有限公司， 河北秦皇岛 066205)

青岛现代有轨电车梳子型道岔技术

魏笑楠

(中铁山桥集团有限公司， 河北秦皇岛 066205)

青岛现代有轨电车梳子型道岔是国内首创，其道岔布置形式、线型设计、结构设计较为新颖。线型布置打破常规道岔布置形式，相邻分支线路道岔中心的距离小于相同号数道岔的全长；道岔结构设计具有创新性，由1个普通双尖轨转辙器、多个单尖轨转辙器、多个复合型辙叉、1个双曲线辙叉组成。为今后现代有轨电车道岔设计提供了新方向、新思路，也可供站场道岔布置参考。

轨道交通； 现代有轨电车； 梳子型道岔

1 概述

梳子型道岔来源于国外，是用于车辆在车辆段内进出各条停车线的一种特殊道岔形式，是一种新型的有效率的专有技术道岔，青岛现代有轨电车梳子型道岔为国内首创，该道岔是将一直股轨道和若干曲股轨道密集组合的道岔。从国外的一些资料显示，该形式的道岔对车辆段的效率带来巨大的提升，站场越大，效果越明显，主要表现在土地使用面积和建设费用大幅度降低。

2 道岔的平面设计

2.1 道岔的设计原则及参数

本道岔基础理论数据如下：

轴重12.5 t；轨距1 435 mm；曲线半径R=25 m；道岔允许通过速度，直向≤25 km/h，侧向≤10 km/h；辙叉采用高锰钢整铸辙叉；轨下基础为混凝土岔枕、碎石道床；岔区内不设置轨底坡；道岔与区间钢轨连接为有缝连接形式。

2.2 平面主要几何尺寸

道岔平面主要几何尺寸见图1，梳子型道岔分区见图2。

图1 平面主要几何尺寸Fig.1 The plane geometry dimension of the turnout

图2 梳子型道岔分区Fig.2 The division of the comb-shaped compositional turnout

1) 轨距为1 435 mm，轨距测量点距轨顶面 14 mm。有轨电车的转向架是独立轮对，可以实现单独转向，因此曲股R25 m半径不设轨距加宽，在转辙器部分为了增加尖轨厚度，在基尖轨密贴段轨距有构造加宽。

2) 双尖轨转辙器区的尖轨采用半切线型，切点在20 mm断面。尖轨采用半切线型，能够增加尖轨粗壮度，可避免尖轨尖端过于薄弱。逆向进岔时，动能损失能够满足要求；顺向进岔时，可增加尖轨的耐磨程度，增加尖轨的使用寿命。侧向行车条件较好，且尖轨比较牢固，加工也比较简单。单尖轨转辙器区的尖轨为高锰钢整铸尖轨，采用半切线性，切点在35 mm断面处。

3) 道岔的侧股数量按客户线路布置方式定制，该项目的数量为4个，每个侧股曲线半径均为25 m，每个侧股曲线间距为5.5 m。5.5 m间距为多个方案比较后的最优选择，若间距过小，单尖轨转辙器部分和复合辙叉部分有叠加，造成道岔结构设计困难，零部件不易布置等缺陷；若间距过大，会增加整个站场的占地，增大铺设、维修养护成本。通过理论和实际尺寸检算，可确定曲股间距。

4) 中间辙叉为特殊形式的复合辙叉，此区域有3条工作边交会，其趾端有2个线路接口，跟端设有3个线路接口。复合辙叉稳定性高于拼装式辙叉，可增加道岔的整体性，耐磨性好，维修养护工作简单，使用寿命长，现场更换简单。

5) 这种平面形式也是梳子型道岔有别于普通道岔的一个显著特点和优势。以图3、4为例可以看出，梳子型道岔每增加一股轨道，长度增加5 500 mm；若采用同样号数的单开道岔，并且首尾相接的拼组方式，每增加一股轨道，长度增加10 667 mm。所以，普通单开道岔与梳子型道岔相比较，每增加一股轨道，在长度方向将多占用5 167 mm的空间，站场越大，停车线越多，需要的轨道数量越多，梳子型道岔节省空间的效果越明显。

图3 梳子型道岔轨道平面Fig.3 Diagrammatic sketch of the track with the comb-shaped turnout

图4 单开道岔轨道平面Fig.4 Diagrammatic sketch of the simple turnout

2.3 动力学参数

3号单开道岔按25 m半径对道岔动力学指标进行计算，结果如图5所示。

图5 动力学指标计算Fig.5 Dynamic index calculation

1) 动能损失ω按无超高计算，第一个转辙器尖轨尖端冲击角β=2°18′51″，其后的转辙器尖轨尖端冲击角为β=2°59′22″，计算动能有

ω1=V2sin2β=0.17≤(0.5～0.65)km2/h2

ω2=V2sin2β=0.27≤(0.5～0.65)km2/h2

侧向通过道岔时，能够满足乘客舒适的要求。

2) 未被平衡离心加速度α按无超高计算

α=V2/3.62R=0.31 m/s2≤0.68 m/s2

3) 未被平衡离心加速度增量φ按无超高计算，l=8 m(按两相邻转向架全轴距计算)

φ=V3/3.63Rl=0.11 m/s3≤0.5 m/s3

通过以上参数可以看出，该线型能够满足侧向时速10 km的有轨电车运营要求，同时留有较大的安全余量。

2.4 道岔各部间隔设计

典型轮对基本参数：轮对轮背距1 386(-1，+1 mm)；轮缘厚度最大20.5 mm，最小15.5 mm。见图6。

图6 车轮轮对尺寸Fig.6 The parameters of the wheel

计算结果：转辙器处的最小轮缘槽为39 mm；查照间隔为1 407 mm；护背距离为1 382 mm；护轨平直度轮缘槽为25 mm；辙叉平直段轮缘槽为33 mm。

2.5 岔枕排布

为了保证道砟捣固夯实和对道岔的连续支持强度，岔枕间距一般按600 mm布置，牵引点处岔枕间距加宽至650 mm，个别部分适当调整。岔枕按垂直于道岔直股布置，在道岔后端设置扭转过渡枕，该岔枕布置方式操作简单，定位准确，调整方便。

2.6 牵引点设置

双尖轨辙器尖轨设置1个牵引点，牵引点距尖轨尖端距离430 mm，牵引点设计动程120 mm；单尖轨转辙器分别设置1个牵引点，动程为40 mm。

3 道岔的主要结构

3.1 道岔总体结构布置图

在满足曲股间距5.5 m，曲线半径R25 m和侧向速度≤10 km/h的要求下，设计道岔总体结构布置图(见图7)，按结构功能性要求划分为4大区域，第1区域为双尖轨转辙器；第2区域为单尖轨转辙器；第3区域为复合型辙叉；第4区域为 双曲线辙叉及护轨。其中第2、3区域可依此叠加，形成多股轨道。

图7 总体结构布置Fig.7 The general layout of the turnout structure

3.2 双尖轨转辙器区域

1) 该区域的总体布置形式与3号单开道岔相似，两股均为50 kg/m基本轨+50AT尖轨形式，尖轨跟端为间隔铁活接头结构，尖轨设置1个牵引点，动程为120 mm，尖轨与基本轨下设置轨撑滑床垫板。

2) 基本轨采用50 kg/m钢轨制造，为满足与尖轨密贴，并做到与尖轨藏尖配合，在满足强度要求和引导车轮前行方向的前提下，对轨头工作边做刨切加工。

3) 尖轨采用50AT钢轨制造。为避免机车通过时对尖轨小断面工作边和轨顶面的冲击，尖轨设置降低并在尖端做补充刨切，形成藏尖结构，尖轨尖端降低值为23 mm，在基本轨磨耗规定范围内，机车不会对尖轨尖端形成冲击，10 mm断面降低10 mm；20 mm断面降低2 mm，逐步开始承受轮载；40 mm断面降低0 mm，完成轮载转换。

4) 尖轨跟端结构。为了减小尖轨的搬动力，最大限度地剪短尖轨长度，尖轨跟端采用活接头结构，在普通道岔中，该结构比较常见，组装简单，是目前成熟的结构形式。

3.3 单尖轨转辙器区域和复合辙叉区域

这两个区域为梳子型道岔关键区域，是区别于一般道岔的关键部位。本设计直股采用高锰钢尖轨座+高锰钢尖轨结构形式，实现线路转向功能。曲股采用超大型高锰钢复合辙叉，满足一直两曲的三线通过需要，见图8。

图8 单尖轨转辙器和复合辙叉区Fig.8 Single switch and composite crossing

1) 车辆走直股时，高锰钢尖轨与尖轨座非工作边一侧贴靠，开通直股轨道。上侧工作边沿直线可顺利通过；直股下侧工作边需要通过复合辙叉的2个咽喉区，第1个咽喉区较长，轮缘槽设置较浅，走形轮缘，并且在上侧设置合适的轮缘槽宽度，避免车轮冲撞此处叉尖，这也是设计中的一大难点；第2个咽喉区较短，车轮在走行时可实现自护，在直股上侧设置普通的轮缘槽宽度即可，见图9。

图9 走行直股方向Fig .9 The direction of the straight running rail

2) 车辆走侧股时，高锰钢尖轨与尖轨座工作边一侧贴靠，开通曲股1轨道。车轮行至复合辙叉第1个咽喉区时，已经过高锰钢尖轨实现了变向，所以此处可顺利通过；行至第2咽喉区时，为保证行车安全及避免车轮撞尖，在曲股1的上侧设置了较小的轮缘槽，这给制造加工带来了相当大的难度，但是可以很好地保证护背距离和查找间隔尺寸，以利于车辆顺利通过。图10所示的曲股2的轨道变向已经在双尖轨转辙器区实现，行至复合辙叉区时同样需要通过2个咽喉区，在曲股2的下侧设置了25 mm宽度的轮缘槽，可有效地保证行车安全和避免撞尖。

图10 走行曲股方向Fig.10 The direction of the curve running rail

3) 单尖轨转辙器。为了减少维修养护工作量，单尖轨转辙器部分采用直股高锰钢叉心尖轨+高锰钢叉心尖轨基座。设置一个牵引点，牵动叉心尖轨，实现轨道的变向。不同于以往基座的形式，在后端做了改进，增加了护轨，保护车轮可以顺利在下方的复合型辙叉上实现轨道变向，见图11。

图11 单尖轨转辙器结构Fig.11 The structure of the single switch

4) 单尖轨转辙器—尖轨。综合考虑车轮几何尺寸和尖轨座与尖轨的配合关系，计算尖轨降低值和合理设计尖轨藏尖结构，尖端降低6 mm，20 mm断面处降低2 mm，35 mm断面处降低0 mm，尖轨逐步承受轮载。

5) 单尖轨转辙器—尖轨座。在保证尖轨强度的前提下，对尖轨座与尖轨密贴的位置进行刨切，相对于轨距线位置刨切掉10 mm，形成水平藏尖结构，以保护尖轨尖端。

6) 复合型辙叉。曲股采用超大型高锰钢复合辙叉(见图12)，总宽达到1.327 m，总长达到了6.158 m，普通锰叉只有4个轨道接口，这个超大型锰叉具有5个线路接口，从设计、制造、加工都提出相当大的难度，以满足各线车辆通过的需要。由于锰叉超长、超宽，并且结构较为复杂，正常的铸造基本无法保证产品的质量。经课题组多次进行讨论，将锰叉设计成2段，并设置夹板进行连接。

图12 复合辙叉结构Fig.12 The structure of the composite crossing

3.4 双曲线辙叉及护轨区域

双曲线辙叉区域，主体结构与50-3号道岔保持一致。辙叉采用高锰钢固定型辙叉结构，护轨采用33 kg/m槽型护轨(见图13)。

4 现场铺设情况

图13 双曲线辙叉布置Fig.13 The layout of the compound curve crossing

图14 梳子型道岔现场铺设Fig.14 The practical comb-shaped turnout in-situ

梳子型道岔现场铺设见图14。青岛现代有轨电车50 kg/m钢轨梳子型道岔厂内试制试铺顺利通过，目前已经在现场完成铺设，并且运营状态良好。

5 结论

梳子型道岔是为减少站场出入库用地研发的一种新的道岔形式，是通过减少转辙器之间的距离实现的，可采用模块化设计，站场线路越多其优越性越明显。

通过多种方案的比较，确定梳子型道岔相邻两转辙器的合理间距为5.5 m，在满足机车安全有效运行和道岔结构完整可靠的同时，使得道岔的整体长度达到最小，可最大限度地节省道岔占地空间，提高场地的利用率。

结合梳子型道岔的动力学参数，合理设计尖轨、心轨降低值，改善轮轨接触条件，合理设计基本轨、尖轨结构，对基本轨工作边进行补充刨切，增加尖轨厚度，在满足运行条件的前提下，在道岔顺向进岔时，减少尖轨的侧向磨耗，提高了尖轨的使用寿命，进而提高了整组道岔的使用寿命。

高锰钢铸造件经过爆炸硬化后，表面硬度可达到350 HB左右，硬化层的深度接近30 mm，硬化后使高锰钢奥氏体的孪晶组织产生形变错位，促使辙叉表面迅速发生硬化，从而提高初始硬度，有利于提高辙叉的耐磨性。高锰钢辙叉的爆炸硬化提高了表面硬度，降低了初期磨耗，提高了材料的抗变形能力，可以减小轮载冲击及在碾压下产生的轨顶面塌陷和剥离，从而延长了辙叉的使用寿命。

梳子型道岔的结构有别于普通的道岔，采用模块化设计，共分为3种模块展开具体设计，每组梳子型道岔由1个双尖轨转辙器模块、多个单尖轨转辙器和复合辙叉模块、1个双曲线辙叉及护轨模块组成，根据用户要求和实际情况选择单尖轨转辙器及复合辙叉模块的数量，以适应站场多条线路的要求。

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TechnologiesoftheComb-ShapedTurnoutforModernRailTraminQingdao

WEIXiaonan

(China Railway Shanhaiguan Bridge Group Co.，Ltd.，Qinhuangdao Hebei 066205)

The comb-shaped turnout， which is the first of its kind created in China， is used in the modern rail tram of Qingdao. Innovation of the turnout lies in its layout， the route design， and its structure design. The layout of the turnout is different from a regular one， and the distance between the centers of the turnouts of the adjacent branch lines is less than the whole length of the regular turnout with the same type number. The structure design of the turnout is composed of one ordinary double switch，multiple single switches，multiple composite crossings， and one compound curve crossing. The comb-shaped design provides a new direction and inspiration for turnout design for modern rail trams，as well as the turnout layout for the station and depots of rail transits.

rail transit; modern rail tram; comb-shaped turnout

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.06.023

U231

A

1672-6073(2017)06-0123-06

2016-12-27

2017-02-07

魏笑楠，男，工程师，从事道岔理论分析、图纸设计、生产制造、铺设养护等相关技术工作，weixiaonan15@163.com

(编辑：郝京红)