昆明有轨电车60R2槽型钢轨3号单开道岔研制

张淑桂

(中国铁建重工集团股份有限公司道岔分公司 湖南株洲 412005)

1 引言

昆明长水国际机场航站区改扩建工程捷运系统，新规划昆明首条有轨电车线路。为满足有轨电车运营要求[1－2]，需进行60R2槽型钢轨[3]3号单开道岔研制。首先完成了60R2槽型钢轨3号单开道岔设计，然后对尖轨扳动力、轮轨关系进行分析并优化了尖轨轮廓，最后开展产品试制试装及现场铺设，并按照相关标准要求完成产品检测。经检测验证，产品各项指标均满足项目使用要求。

2 设计原则和设计指标

2.1 设计原则

(1)满足昆明长水国际机场现场铺设、运营的需要。

(2)采用固定型辙叉。

(3)无岔枕轨下结构[4－5]。

2.2 设计指标

(1)静轴重 12.5 t。

(2)运行速度:V直≤25 km/h；V侧≤10 km/h。

3 道岔平面线形设计

根据安全参数指标、车辆轮轨参数、有轨电车现场运营需求指标及以往设计运营经验完成了道岔平面线形设计[6]。

3.1 安全参数指标

(1)动能损失ω0＝0.65 km2/h2[7]。

(2)未被平衡的离心加速度α0＝0.65 m/s2。

(3)未被平衡的离心加速度增量ψ0＝0.5 m/s3。

3.2 车辆轮轨参数

有轨电车车辆轮轨配合参数如表1所示。

表1 车辆轮轨配合参数

3.3 导曲线半径核算

动能损失、未被平衡的离心加速度及未被平衡离心加速度增量三个参数[8]，都从不同的方面反映了列车通过速度与道岔平面型式之间的关系。选择曲线半径时，按三项参数求得的导曲线半径数值，以其中最大者作为道岔平面设计的控制条件。

以上述计算中最大者为道岔导曲线控制条件，即R≥11.87 m，根据道岔平面布置及招标文件中对道岔全长的控制，确定导曲线半径R＝25 m(轨道中心计量)。

3.4 各部间隔计算

根据机车转向架轮对相关尺寸，计算得出道岔应满足的各部间隔尺寸，道岔各部间隔取值如表2所示。

表2 道岔各部间隔控制条件

3.5 平面线型

采用半切线型，导曲线半径25 m(轨道中心计量)。采用弹性可弯尖轨和直线辙叉，道岔平面线型如图1所示。

图1 60R2槽型钢轨3号单开道岔平面线型

4 道岔结构设计

4.1 转辙器结构

转辙器主体采用成熟的框架焊接拼装式结构[9]，由基本轨、尖轨、立墙、垫板、盖板等组成，大垫板上拼焊立墙、挡块、滑床台等零部件，尖轨置于转辙器框架凹腔内，完成转换动作，转辙器结构示意如图2所示。

图2 转辙器结构示意

4.2 尖轨断面及降低值设计

尖轨降低值设置:尖轨尖端0 mm断面降低值14 mm，形成藏尖结构；10 mm断面降低值5 mm；20 mm断面降低值2 mm，逐步开始承受轮载；35 mm断面降低值0 mm，尖轨降低值设计取值如表3所示。

表3 尖轨降低值设计取值 mm

4.3 辙叉及护轨设计

辙叉采用整体式合金钢焊接辙叉，护轨为镶嵌式，整体式合金钢焊接辙叉及护轨如图3所示。

图3 整体式合金钢焊接辙叉及护轨

4.3.1 心轨断面及降低值设计

3号叉心心轨降低值:心轨实际尖端10 mm断面降低值为10 mm，20 mm断面降低值为3 mm，35 mm断面降低值为0 mm。

4.3.2 辙叉轮缘槽及咽喉

辙叉轮缘槽取值32 mm，咽喉宽度36.5 mm(＋1～＋0.5)，能满足表2要求。

4.3.3 辙叉、护轨轮缘槽设计检算

根据表2中应满足的查照间隔、护背距离为控制条件，查照间隔、护背距离轮缘槽检算如图4所示。

图4 道岔查照间隔、护背距离轮缘槽检算示意

(1)查照间隔＝1 435－23(护轨轮缘槽th)＝1 412≥Dx

(2)护背距离＝1 412－32(辙叉轮缘槽t2)＝1 380≤Dy

均满足表2中查照间隔与护背距离的要求，故th＝23，t2＝32，符合车轮行走要求。

4.3.4 护轨

护轨为分开可调式，采用耐磨钢制造，护轨在安装扣件处进行铣削加工，护轨轨腰位置设置有调整片，便于现场调整护轨轮缘槽，护轨结构示意如图5所示。

图5 护轨结构示意

5 道岔模拟分析

5.1 尖轨轮廓优化

为了更好地保证尖轨密贴部分的轮轨配合关系，尖轨工作边斜度设计为1∶4，非工作边设计斜度为1∶6[10]，尖轨工作边及轮轨配合关系如图6所示。

图6 尖轨工作边及轮轨配合示意

为避免轮轨接触角过大导致车轮爬上轨顶，尖轨10 mm以下断面工作边圆弧数值设置如表4所示，10 mm断面后按50AT尖轨轮廓圆弧设计，尖轨工作边轮廓设计如图7所示。

图7 尖轨工作边轮廓设计

表4 尖轨工作边圆弧设计取值

5.2 尖轨扳动力分析

通过仿真分析60R2槽型钢轨3号单开道岔尖轨动程与扳动力及最小轮缘槽的关系。

尖轨设一个牵引点，跟端固定，摩擦因子μ＝0.25，不同尖轨动程下的扳动力及最小轮缘槽计算分析结果如表5所示，表中d为尖轨牵引点动程，P为牵引点扳动力，t为最小轮缘槽宽度，最大等效应力V1，弹性可弯段等效应力V2。

表5 不同尖轨动程下的扳动力及最小轮缘槽

根据表5中的数据，60R2槽型钢轨3号单开道岔取尖轨牵引点动程d为55 mm，由此可知，扳动力P为3 438.8 N，最小轮缘槽宽度为39.4 mm，转辙机均能满足要求。

5.3 通过性能分析

同时为保证列车的运行安全委托西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室进行动力学分析[11]。通过建立车辆模型、道岔模型、轮轨接触模型进行性能分析，结果显示轮轨垂向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率、垂向加速度与横向加速度，在有轨电车直逆向通过60R2钢轨3号道岔时，各项参数指标均在安全限值内，满足设计要求。

6 道岔试制及铺设

根据昆明长水国际机场有轨电车需求，研制了一种60R2槽型钢轨3号单开道岔；并完成了产品试制试装及现场铺设[12]，60R2槽型钢轨3号单开道岔现场铺设照片如图8所示。运营状态良好，能满足客户使用要求。

图8 60R2槽型钢轨3号单开道岔现场铺设照片

7 结束语

完成了60R2槽型钢轨3号单开道岔的研制，开发了相关加工工艺，进行了产品的试制、试装和上道使用，结果表明:

(1)道岔均符合设计和使用要求。

(2)通过优化尖轨轮廓保证尖轨密贴部分的轮轨配合关系，尖轨扳动力能满足现场转辙机的使用要求。

(3)有轨电车直、逆向通过60R2槽型钢轨3号单开道岔时，其轮轨垂向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率、垂向加速度和横向加速度6项动力学指标均在相应的安全限值内，满足安全性要求。