新型城市轨道交通60 kg/m钢轨9号单开道岔的研制

车 伟 罗信伟

(1.中铁宝桥集团有限公司，陕西 宝鸡 721006； 2.广州地铁设计研究院股份有限公司，广东 广州 510010)

0 引言

随着城市轨道交通的快速发展，城市轨道交通线路对道岔直、侧向通过速度和旅客舒适度有了更高要求。既有60 kg/m钢轨9号单开道岔直向容许通过速度为100 km/h，侧向容许通过速度为35 km/h，已无法满足城市轨道交通运量快速增长的需求。在不增加占地面积情况下，为提高道岔直、侧向通过速度，迫切需要研究新型城市轨道交通60 kg/m钢轨9号提速单开道岔，进一步提高运营效率。

1 道岔平面线型设计

本次道岔设计平面线型设计时，道岔总长保持与既有道岔一致，以便于现场铺设时能够互换使用，具体如图1所示。

1)道岔采用相离式半切线型尖轨，相离值f=8 mm，半切断面宽度bq=53 mm。

2)轨距加宽。

根据GB 50157—2013地铁设计规范的相关规定，标准轨距为1 435 mm，半径小于250 m的曲线地段应进行轨距加宽，因该道岔导曲线半径为290 m，所以侧股不需要加宽。

3)参数验算。

a.动能损失：

ω=V2sin2βc=452×(sin0.974 166°)2=0.585 km2/h2，满足不大于0.65 km2/h2的要求。

b.未被平衡离心加速度：

α=V2/(3.62R)=452/(3.62×290)=0.539 m/s2，满足不大于0.56 m/s3的要求。

c.未被平衡离心加速度增量：

φ=V3/(3.63RL)=453/(3.63×290×18)=0.374 m/s3，满足不大于0.4 m/s3的要求。

2 道岔结构设计

2.1 一般结构

1)道岔全长32 606 mm，前长16 491 mm，后长16 115 mm，采用单圆曲线线型，导曲线半径为290 m。

2)道岔容许通过速度:

直向：120 km/h；侧向：45 km/h。

3)道岔侧股无轨距加宽，导曲线终点在辙叉跟端结束。

4)道岔区设置1∶40轨底坡或轨顶坡。

5)轨下基础采用碎石道床、合成枕。岔枕均垂直于道岔直股，岔后序号66，67岔枕逐渐扭转垂直于侧股。

6)扣件采用分开式Ⅲ型扣件，钢轨非工作边安装9号轨距块；工作边安装11号轨距块；钢轨接头处安装接头轨距块；辙叉两侧分别安装9号和11号轨距块。

7)钢轨下设置5 mm厚弹性垫层，铁垫板下设置10 mm厚弹性垫层，材质为热塑性聚酯弹性体。

2.2 转辙器

1)尖轨采用60AT2钢轨制造，为半切线型曲线尖轨。

2)直基轨采用水平藏尖结构，工作边进行水平刨切。

3)尖轨采用防跳装置，防止或减少尖轨拱腰等病害，改善运行状态。

4)采用弹性夹式滑床板，扣压力稳定，弹性夹安装、拆卸、维护方便，见图2。

5)基本轨外侧间隔设置轨撑，提高基本轨抗倾翻能力。

6)尖轨采用弹性可弯式结构，减小其扳动力。

7)尖轨跟端采用限位器结构，防止尖轨爬行及更好的传递温度力。

2.3 辙叉及护轨

1)护轨采用33 kg/m槽型钢轨制造，护轨顶面高出导轨顶面12 mm；基本轨内侧采用弹性夹扣压，见图3。

2)辙叉采用楔形合金钢心轨组合辙叉，由合金钢心轨、翼轨、叉跟轨及间隔铁通过高强螺栓连接副组装而成。道岔导曲线终点在辙叉的跟端，因此辙叉一侧为曲线工作边，这也是该辙叉加工制造的重点和难点。

2.4 电务转换

1)牵引点设置。

尖轨设两个牵引点，第一牵引点动程为160 mm，第二牵引点动程为75 mm。

2)锁闭机构。

道岔采用分动钩型外锁闭装置。

3 道岔制造与铺设

3.1 道岔主要零部件工艺流程

3.1.1基本轨的加工

1)工艺过程：锯切→钻孔→铣藏尖段→顶弯→组装。

2)质量控制重点：

a.与尖轨密贴段斜面的加工；

b.曲线密贴边圆顺无硬弯；

c.孔系位置的精准；

d.水平刨切的控制。

3)工艺措施：采用数控钻床，有效控制孔系位置的精度；采用成型刀具，通过基本轨铣削样板，控制基本轨工作边与尖轨的密贴加工精度。

3.1.2尖轨的加工

1)工艺过程：锯切→压成型段→热处理→调直→二次下料→铣压型段轨底→打磨、探伤→数控钻孔→调直钢轨全长→铣工作边及非工作边轨肢→铣轨腰螺栓槽→铣轨头非工作边→铣轨头工作边→铣轨顶降低值→铣钢轨压型段轨顶面→振动时效→精调→组装。

2)质量控制重点：a.尖轨帽型；b.工作边直线度；c.电务配合接口尺寸；d.尖轨孔系位置。

3)工艺措施：采用数控钻床，有效地控制了孔系位置的精度；采用数控铣床和成型刀具，并通过专用检测样板，保证尖轨帽型、工作边直线度和电务配合接口尺寸。

3.1.3合金钢辙叉的加工

1)合金钢心轨的加工。

a.工艺过程：硬度检测→划线→铣顶面→铣底面→粗铣心轨外侧→铣间隔铁椭圆孔→铣两侧斜面→铣趾端顶面与降低值→铣工作边及圆弧→打印标识→打磨心轨与叉跟轨连接处→组装。

b.质量控制重点：控制各断面尺寸精度和形状公差，特别是与钢轨配合面的加工精度以及曲线工作边的矢度。

c.工艺措施：采用数控铣床和成型刀具，并通过专用检测样板，保证曲线工作边及各机加工面的尺寸精度。

2)翼轨的加工。

a.工艺过程：下料锯切→钻孔→铣轨肢及倒角→顶弯→铣轨头工作边→精调→除锈→组装。

b.质量控制重点：翼轨各弯折点的断面尺寸。

c.工艺措施：主要通过专用顶弯检测样板和断面尺寸检测样板，保证翼轨符合图纸要求。

3)叉跟轨的加工。

a.工艺过程：下料锯切→钻孔→铣轨头非工作边→铣轨头工作边→铣轨顶面降低值→顶弯→除锈→组装。

b.质量控制重点：工作边的直线度和非工作边圆弧的加工。

c.工艺措施：主要通过采用成型铣刀在数控机床上精确加工，并采用专用检测样板来保证其尺寸精度。

3.1.4护轨的加工

下料锯切→钻孔→铣轨肢及倒角→铣工作边、轨顶降低值→时效→矫调→除锈。

3.1.5垫板的加工

调平→打印标记→制孔→剪切→焊接铁座、台板等→调平→防锈处理→组装、包装。

3.2 道岔铺设

本次通过试铺1组左开单开道岔(含转辙器、导曲线、辙叉及护轨)，以验证单开道岔各零部件的结构设计、制造工艺、岔枕设计及电务转换设备。道岔的铺设分两部分：曲线合金钢辙叉组装、整组道岔铺设。

3.2.1曲线合金钢辙叉组装

为保证辙叉组装质量，在辙叉组装专用工作台进行，并重点控制了辙叉的趾长、跟长、直工作边的直线度、曲线工作边的矢高、趾跟端开口、轮缘槽及咽喉宽度、心轨与翼轨高差等。

3.2.2整组道岔铺设

在道岔整组试铺过程中，重点控制了全长、轨距、支距、线型、密贴、查照间隔等各项技术参数，使得该产品的制造质量得以有效控制，经检测各项参数均达到了图纸设计及标准的要求。

4 关键技术及创新

4.1 尖轨加厚技术

直基本轨密贴段的工作边水平刨切3 mm(见图4)，采用切削基本轨加厚尖轨技术后一方面在距尖轨尖端同样位置处，尖轨轨头宽度增加了3 mm，增强了粗壮度，另一方面可缩短前端薄弱断面的长度，有效地提高曲线尖轨的使用寿命。

4.2 60AT2尖轨弹性可弯结构

首次在地铁道岔中采用60AT2钢轨制造尖轨(见图5)，轨腰厚度为32.5 mm，可有效减小尖轨扳动力；轨高为142 mm，提高滑床台上部的厚度，增强滑床板强度，避免滑床台出现断裂、脱焊问题。

4.3 门型铁轨撑结构

通过门型铁两侧不同规格的轨撑垫块的调整及Ⅲ型弹条扣压，满足轨撑安装要求，结构简单，易于安装，详见图6。

4.4 楔形合金钢心轨组合辙叉结构

通过楔形轨腰合金钢心轨与楔形间隔铁的配合使用(见图7)，解决合金钢组合辙叉心轨与翼轨间的上下相对错动问题，增强辙叉的整体稳定性，提高整组辙叉的使用寿命及行车安全。

5 结语

新型城市轨道交通60 kg/m钢轨9号单开道岔目前已经在广州地铁二十二线铺设。该道岔在平面线型及结构上进行了优化研究，应用了60AT2尖轨、水平藏尖、尖轨加厚、施维格弹性夹式滑床板、护轨垫板以及楔形结构合金钢组合曲线辙叉等关键技术，实现了道岔直向通过速度从100 km/h提高到120 km/h，侧向通过速度从35 km/h提高到45 km/h，缩短了列车折返时间，满足了新型城市轨道交通的运行工况需求，为今后开展城市轨道交通提速道岔的设计、制造及铺设积累了丰富的经验。