单开道岔腕臂安装及拉出值计算分析

孙强

【摘 要】隨着电气化铁路的广泛发展，对电力机车速度要求也越来越高，对接触网的各方面参数要求也越来越严格。本文针对单开道岔上方接触网布置进行研究，目的是使道岔柱定位点的拉出值不超标，通过画图、计算的方法得出道岔柱定位点的拉出值，根据道岔柱定位点的拉出值能提前算好腕臂并将工非支腕臂安装正确，保证接触网道岔调整量减小，拉出值在合理范围内，使电力机车能平稳快速通过。

【关键词】拉出值；道岔；腕臂；曲股；直股；接触网

引言

随着社会发展，经济繁荣，城市与城市之间的交流越发频繁，火车作为主要的交通工具有着至关重要的作用；而钢轨的质量更是关系到火车安全、速度等性能的好坏；道岔作为一种使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备，是轨道的薄弱环节之一，通常在车站、编组站大量铺设。有了道岔，可以充分发挥线路的通过能力。所以道岔在铁路线路上起到重要作用[1]。

在高速发展的今天，电力机车相比内燃机车有更强的运力优势，所以相同规模下电气化铁路的运输能力远超过非电气化铁路，成为现代化铁路的主流类型。所以研究道岔区上方接触网是非常有意义的，本文研究单开道岔区上方接触网布置方式。

1单开道岔定位柱腕臂安装位置研究

1.1 接触网技术标准

按照国家验收标准，道岔定位柱的拉出值应为350mm-400mm，通常取其平均值375mm，最大不超过450mm[2]，随着火车提速，对接触网的要求也越来越高，一般拉出值都不超过400mm，已成为不成文的规定。

2.2 单开道岔定位柱腕臂安装

道岔柱有两根腕臂，一根悬挂直股，即A股；一根悬挂曲股，即B股。两根线有交叉点，使得电力机车可以顺利的从一根线在交叉点过渡到另一根线上去，接触线交叉位置在道岔柱辙叉方向，下锚在尖轨方向。如下图1：

道岔定位柱有两根腕臂，可想而知，腕臂就有两种安装方式，下面就这两种安装方式进行分析，用计算的方法进行比较，选出最好的安装方式：

第一种：直股安装在尖轨侧，曲股腕臂安装在辙叉侧。如下图2：

通过相似三角形等比例可得，A柱直股腕臂拉出值

A柱曲股腕臂拉出值

公式中，a1-指A柱直股线腕臂拉出值，单位mm

a2-指A柱曲股线腕臂拉出值，单位mm

a3-指C柱腕臂拉出值，单位mm

L-指双腕臂底座的长度，单位mm

L1-指A柱至C柱间的距离，单位mm

L2-指B柱定位点至C柱定位点间的距离，单位mm

L3-指直股接触线与直股线路中心线交点至C柱间的距离，单位mm

L4-指曲股接触线与直股线路中心线交点至C柱间的距离，单位mm

第二种：直股安装在辙叉侧，曲股腕臂安装在尖轨侧。如下图3：

通过相似三角形等比例可得，A柱直股线腕臂拉出值

A柱曲股线腕臂拉出值

假如第一种和第二种情况下的a3、L1、L2、L3、L4和交叉点相同；其中，已知B柱和C柱拉出值调整好，可通过激光测量仪测出读数，继而L2可由B柱和C柱的线间距和拉出值得出数据；已知交叉点位置，可得出L3和L4数据，L1可通过现场测量得到，比较 和 ， 和 ， 和 ， 和 得知， 比 小， 比 大， 比 小， 比 小，但是 变化量比 小，所以为了使拉出值不超标，尽可能小点，宜采用第一种安装方式。

2单开道岔定位柱腕臂拉出值计算

随着电力机车的普遍使用，对接触网的要求越来越高，尤其在电力机车能快速稳定的通过道岔提出了更高的要求，主要体现在道岔定位柱腕臂拉出值得问题，为使电力机车不脱弓，需要控制道岔定位柱腕臂的拉出值不超标。这里介绍常用的道岔定位方式，然后通过画图以及“Excel”计算确定道岔定位柱腕臂的拉出值，以便能更好的预配出腕臂，使道岔悬挂调整量减小，并能提前确定拉出值是否超标，以便提出整改方案。

2.1 传统交叉方式

接触网传统式交叉布置的思想源于线路交叉，接触网架设于线路上方，道岔处线路的交叉自然引起接触网系统的交叉[3]。标准定位时，两接触线相交于道岔导曲线两内轨距为745mm处。标准定位的合理位置有是由定位支柱决定的，而定位支柱应设在距接触线交点1000mm-1500mm处，最好是在道岔导曲线两内轨距为835mm处，即两线路中心距离为600mm处的位置上。处于标准定位时，接触线在支柱处的拉出值为350mm-400mm，通常取其平均值为375mm。非标准定位时，定位支柱位于道岔导曲线两内轨距为735mm-935mm处，即两线路中心距为500mm-700mm的范围内[2]。

2.2 新型交叉式道岔定位布置

国家定位标准时，道岔定位柱位于道岔导曲线两外轨间距300mm-350mm位置。现在道岔定位柱一般在道岔导曲线两外轨间距为300mm-400mm位置均可，即在道岔的理论岔心处附近定位。不过优先选择350mm位置，400mm位置一般不采用[4]。如下图9号、12号和18号道岔定位表：

2.3 道岔定位柱拉出值计算

道岔定位柱有两根腕臂，悬挂两根接触线，一根直股线，一根曲股线，按照前面分析的结果，我们将道岔定位柱曲股线腕臂安装在辙叉方向；我们将道岔放于一个平面坐标系里面，直股线路中心为X轴，虚线为曲股线路中心，两红线分别为直股和曲股的接触线，如下图4：

图中，E为道岔定位柱曲股线的定位点，D为道岔定位柱辙叉方向曲股线的第一根腕臂的定位点，E1为道岔定位柱直股线的定位点，P为两接触线的交叉点，D1为道岔定位柱辙叉方向直股线的第一根腕臂的定位点，D和D1的x值一样，C为D在x轴上的投影，A为E点在x轴上的投影，A1为E1在x轴上的投影。按照前面所讲新型交叉式道岔定位布置，道岔定位柱组立在道岔导曲线两外轨间距300mm-400mm间，双腕臂底座的长度可测量得到，按照图纸跨距现场定测D和D1所在的支柱，得到A、A1和C的位置确定；故要确定道岔区上方接触网布置就转变为确定E、E1、D和D1定位点的拉出值，从而能根据拉出值计算腕臂。下面我们分别对直股线和曲股线拉出值进行分析。

2.3.1 道岔定位柱曲股线拉出值计算

先对曲股线进行分析，对于E的位置在x轴上方还是下方，可分为两种情况：

（1）E在x轴上方，如下图5a，通过相似三角形等比例可得，

（1）

简化为 （2）

得 （3）

公式中y为E的纵坐标，为正，单位mm

m-指P的纵坐标，为正，单位mm

x-指D的纵坐标，为正，单位mm

b-指A到B的距离，单位mm

a-指A到C的距离，单位mm

其中，a可通过现场测得，x大小为D处两线路中心的距离家加或减D的拉出值绝对值，两线路中心距离现场可测得，拉出值可按标准值调整，所以就剩m和b两个未知数了，在满足交叉点P处线岔对定位点的距离要求下，选定交叉点的位置，即可测量出b值和内轨距h，L为钢轨两轨间距，可求出m=L/2-h/2，将m代入（3）式可得出y值，所以道岔定位柱曲股线的拉出值大小α1=定位点所在位置两线路中心距离n-y。

（2）E在x下方，如下图5b，通过相似三角形等比例可得，

（4）

简化为 （5）

得 （6）

公式中y为E的纵坐标，为负，单位mm

m-指P的纵坐标，为正，单位mm

x-指D的纵坐标，为正，单位mm

b-指A到B的距离，单位mm

a-指A到C的距离，单位mm

从上面公式看出，公式（3）和公式（6）计算公式是一样的，即不管E在x轴上方还是下方，都用公式（3），和第一种情况一样分析，将m代入（6）式可得出y值，所以道岔定位柱曲股线的拉出值大小α2=定位点所在位置两线路中心距离n-y。可得出，α1和α2计算公式是一样的，可以通用。

2.3.2 道岔定位柱直股线拉出值计算

对直股线进行分析，对于D1的位置在x轴上方还是下方，可分为两种情况：

（1）D1在x轴下方，如下图6a，通过相似三角形等比例可得， （7）

得 （8）

公式中y1为E1点的纵坐标，为正，单位mm

m-指P点的纵坐标，为正，单位mm

x1-指D1点的纵坐标，为负，单位mm

b1-指A1到B的距离，单位mm

a1-指A1到C的距离，单位mm

其中，a1可通过现场测得，x1大小为D1的拉出值绝对值，D1拉出值可按标准值调整，所以就剩m和b1两个未知数了，在满足交叉点P处线岔对定位点的距离要求下，选定交叉点的位置，即可测量出b值和内轨距h，L为钢轨两轨间距，可求出m=L/2-h/2，将m代入（8）式可得出y1值，即道岔定位柱直股拉出值大小α3=y1。

（2）D1在x轴上方，如下图6b，通过相似三角形等比例可得， （9）

得 （10）

公式中y1为E1的纵坐标，为正，单位mm

m-指P的纵坐标，为正，单位mm

x1-指D1的纵坐标，为正，单位mm

b1-指A1到B的距离，单位mm

a1-指A1到C的距离，单位mm

从上面公式看出，公式（8）和公式（10）计算公式是一样的，即不管D1在x轴上方还是下方，都用公式（8），和第一种情况一样分析，将m代入（6）式可得出y值，即道岔定位柱直股拉出值大小α4=y1。可得出，α3和α4计算公式是一样的，可以通用。

2.3.3 结果分析

通过3.3.1和3.3.2对道岔曲股线拉出值和直股线拉出值的计算分析，通过现场确定交叉点P的位置可求出道岔定位柱曲股线和直股线的拉出值。如果拉出值超标了，有如下解决办法：

（1）改变交叉点P的位置，在计算道岔定位柱曲股线和直股线的拉出值，直到拉出值达标；

（2）如果调整交叉点P的位置，道岔定位柱曲股线和直股线的拉出值还不能达标，则调整辙叉方向直股和曲股的第一根腕臂的拉出值，直到拉出值达标为止。

3道岔定位柱腕臂拉出值计算在Excel的应用

如下图7为某道岔处线路图，根据设计图纸和实际情况得出，B柱线路中心至C柱线路中心的距离LBC=5000mm，A柱线路中心至C柱线路中心的距离LAC=45000mm，交叉点P在直股的投影至A柱线路中心的距离LPA=3000mm，B柱的拉出值为β=-250mm，C柱的拉出值为θ=250mm。

（1）先对A柱曲股腕臂拉出值进行计算

由上面数据得出a=LAC-S/2=44100mm

b=LPA-S/2=2100mm

因β是负的，x=LBC+β=4750mm

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由公式（3）定位点对直股拉出值 =46mm

曲股拉出值z=n-y=334mm

将曲股的各项数据输入Excel中，我们可以准确快速的得到计算结果，从而大大减

少了计算量，如下图：

（2）对A柱直股腕臂拉出值进行计算

由上面数据得出a1=LAC+S/2=45900mm

b1=LPA+S/2=3900mm

因C柱在直股下方，所以是负的，x1=-θ=-250mm

由公式（8）定位点拉出值 =318mm

将直股的各项数据输入Excel中，我们可以准确快速的得到计算结果，从而大大减

少了计算量，如下图：

通过上述计算出的道岔定位柱曲股线和直股线的拉出值进行腕臂预配，在按照曲股线的腕臂在辙叉方向安装原则进行腕臂安装，整个过程就结束了。

结束语

在这个高速发展的时代，电力机车已逐渐取代内燃机车成为主流，对电力机车的速度要求也越来越高，进而对道岔区上方接触网的要求也越来越高，研究道岔区上方接触网就显得尤为重要，具体有如下意义。

（1）通過理论的方法计算出道岔定位柱曲股线和直股线的拉出值；

（2）提前算出现场道岔柱的位置有没有问题，接触网悬挂上去道岔能不能调整出来，即节约成本，又提高效率，减少返工活，达到了提前预防的目的。

（3）通过计算的方法，避免后期道岔大幅度调整，使调整量减少，特别是现在很多施工都是在天窗内干的，有时间限制，无疑就节约了时间，提高了效率，减少了天窗的数量。

（4）体现了合理干、科学干的发展精神。

（5）学习使用了Excel计算数据，加深对Excel的应用。

参考文献：

[1] 佟立本.铁道概论[M].北京：中国铁道出版社，2010.

[2] 吉鹏霄，张桂林等.电气化铁路接触网[M].北京：化学工业出版社，2011.

[3] 韩兰贵.道岔区上方接触网布置方式综述[R].北京：国防工业出版社，1989.

[4] 钱立新.世界高速铁路技术[M].北京：中国铁道出版社，2003.

（作者单位：中铁建电气化局集团第三工程有限公司）