6单开道岔总布置图过岔速度提速和高速道岔

本讲主要讲述总布置图、提速及高速道岔。第六讲道岔总布置图一、道岔发展概述二、特点三、类型四、单开道岔构造复习:在单开道岔中，需要考虑轨距加宽的部位有：1）基本轨前接头处轨距S12）尖轨尖端轨距S03）尖轨跟端直股及侧股轨距Sh4）导曲线中部轨距Sc5）导曲线终点轨距S五、单开道岔的几何形位1道岔各部分轨距说明：道岔各部分的轨距加宽，应有适当的递减距离，以保证行车的平稳性。我国新设计道岔中，如提速道岔，除尖轨尖端宽2mm处因刨切引起的轨距构造加宽外，其余部分轨距1435mm。曲线尖轨在其最突出处的轮缘槽，比其它任何一点的轮缘槽都小，该处轮缘槽称为曲线尖轨的最小轮缘槽。2转辙器几何尺寸1）最小轮缘槽tmin实际采用值68mm，根据经验可减少至65mm。对于直线尖轨来说，tmin发生在尖轨跟端。尖轨跟端轮缘槽t0应不小于74mm。这时尖轨跟端支距y0=144mm尖轨动程即为尖轨尖端非作用边与基本轨作用边之间的拉开距离，规定在距尖轨380mm的第一根连接杆中心处量取。2）尖轨动程d0目前，大多数转辙机的标准动程为152mm。直尖轨为142mm，曲尖轨为152mm。概念：导曲线支距即为导曲线外轨工作边上各点以直向基本轨作用边为横坐标轴之间的垂直距离。3导曲线几何尺寸yn对于曲线尖轨、圆曲线型导曲线，有如下计算式：令导曲线上各支距测点i的横坐标为xi（依次为2m的整倍数），则支距yi为)cos(cossinsin0iiiiRyyRxR——导曲线外轨半径β——尖轨跟端处曲线尖轨作用边与基本轨作用边之间形成的转辙角γn——导曲线终点n所对应的偏角，γn＝α支距yi：式中，K为导曲线后插直线长。最后得到的yn,需要用下式校核sinKSyn跟端限位器辙叉咽喉轮缘槽、查照间隔、护轨轮缘槽、翼轨轮缘槽、有害空间。4辙叉及护轨几何尺寸1）需确定的几何形位①辙叉咽喉轮缘槽宽t1辙叉咽喉轮缘槽确定的原则是保证具有最小宽度的轮对一侧车轮轮缘紧贴基本轨时，另一侧车轮轮缘不撞击辙叉的翼轨。t1②查照间隔D1：护轨作用边至心轨作用边之间的距离。确定原则：是具有最大宽度的轮对通过辙叉时，一侧轮缘受护轨的引导，而另一侧轮缘不冲击叉心或滚入另一线。D1≥1391mm。只能有正误差，容许范围1391～1394mm。②查照间隔D2：护轨作用边至翼轨作用边之间的距离。确定原则：具有最小宽度的轮对通过辙叉时不被卡住。D2≤1348mm。只能有负误差，容许范围1346～1348mm。为使车轮轮缘能顺利进入护轨轮缘槽内，护轨平直段两端应分别设置缓冲段及开口段。③护轨中间平直段轮缘槽开口段缓冲段应保证两查照间距不超出规定的容许范围。④辙叉翼轨平直段轮缘槽twTw≥45mm，我国定型道岔采用46mm。⑤有害空间辙叉咽喉轮缘槽宽取t1=68mm，叉心实际尖端长度b1=10mm，则９号、12号及18号道岔的有害空间分别为702mm、936mm及1404mm。11H1111111111()()sinsintan()cot()tbltbtbtbtbN　　辙叉有害空间lH可采用以下计算式H11()ltbN因α较小可动心轨辙叉的主要几何形位包括：辙叉轮缘槽与翼轨端部轮缘槽。可动心轨辙叉与固定式辙叉不同，其咽喉宽度不能用最小轮背距和最小轮缘厚度进行计算，而应根据转辙机的参数来决定。翼轨端部的轮缘槽宽度不应小于固定式的辙叉咽喉宽度，一般采用大于90mm。若可动心轨辙叉中设置有防磨护轨，护轨轮缘槽的确定原则为确保心轨不发生侧面磨耗而影响心轨与翼轨的密贴。2）可动心轨辙叉的主要几何形位1）一种是给出钢轨类型、侧向容许过岔速度、机车类型等条件进行道岔设计。2）另一种是根据在生产实际中遇到的大量情况，已知钢轨类型和道岔号数、导曲线半径、转辙器类型、辙叉类型及长度，来计算道岔的总布置图。六、单开道岔的总布置图1、道岔设计的两种情况1）道岔主要尺寸计算2）配轨计算3）导曲线支距计算4）各部分轨距计算5）岔枕布置6）绘制道岔布置总图7）提出材料数量表2、单开道岔总图计算的主要内容O点为道岔直股中心线与侧股辙叉部分中心线的交点，又称道岔中心。abqLtm22LQnαKsO道岔前长a道岔后长b道岔理论全长道岔实际全长导曲线后插直线长导曲线外外轨半径R道岔前长a道岔前轨缝中心到道岔中心的距离。道岔后长b道岔中心到道岔后轨缝中心的距离。道岔理论全长尖轨理论尖端至辙叉理论尖端的距离。道岔实际全长道岔前后轨缝中心之间的距离。导曲线后插直线长（当R为已知时可求得）导曲线后插直线段是为了减少车辆对辙叉的冲击作用，避免车轮与辙叉前接头相撞，而使辙叉两侧的护轨完全铺设在直线上。导曲线外外轨半径R（当K已知时可求得）七、过岔速度和提高过岔速度的措施列车通过道岔的速度包括直向通过速度和侧向通过速度。道岔的过岔速度是控制行车速度的重要因素之一。道岔容许通过速度取决于道岔构件的强度及平面型式两个方面，这些是保证列车安全平稳运行和旅行舒适度所必不可少的条件。1侧向过岔速度就一组单开道岔而言，侧向通过速度包括转辙器、导曲线、辙叉及岔后连接路这四部分的通过速度，每一部分都影响道岔侧向的通过速度。然而，辙叉部分，无论从目前的结构型式、强度条件和平面设计来看，都不是控制侧向过岔速度的关键。岔后的连接线路不属于道岔的设计范围，且一般规定，岔后连接线路的通过速度不低于道岔导曲线的容许通过速度。因此侧向通过速度主要由转辙器和导曲线这两个部位的通过速度来决定。影响侧向过岔速度的因素很多，主要限制因素是由于导曲线一般不设超高和缓和曲线，且半径较小，列车未被平衡的离心加速度较大。机车车辆由直线进入道岔侧线时，在开始迫使车辆改变运行方向的瞬间，将必然发生车辆与钢轨的撞击，此时，车体中的一部动能，将转变为对钢轨的挤压和机车车辆走行部分横向弹性变形的位能，即动能损失。动能损失过大将影响旅行舒适度和道岔结构的稳定，降低其使用寿命，因此动能损失必须限制在容许范围之内。1）影响道岔侧向通过速度的因素2）基本参数的确定目前道岔设计中用以下三个基本参数来表达列车运行在道岔侧线上所产生的横向力的不利影响：动能损失、未被平衡的离心加速度、未被平衡的离心加速度增量。①动能损失ω②未被平衡的离心加速度a道岔导曲线一般采用圆曲线，且导曲线一般不设超高。因此，列车在导曲线上运行时，将产生未被平衡的离心加速度。③未被平衡的离心加速度增量Ψ车辆从直线进入圆曲线时，未被平衡的离心加速度是渐变的。其单位时间内的增量等于Ψ=da/dt。同样Ψ也必须控制在一个容许值Ψ0之内。3）提高道岔侧向通过速度的途径根据以上分析，增大导曲线半径，减小车轮对道岔各部位的冲击角，是提高侧向通过速度的主要途径。此外，加强道岔结构，也有利于提高侧向通过速度。①采用大号码道岔，以增大导曲线半径，这是提高侧向通过速度的有效办法。但道岔号数增加后，道岔长度也增加了。如我国18号道岔全长为54m,较12号道岔长17m，较9号道岔长25m，这需要相应地增加站坪长度，因而在使用上受到限制。②采用对称道岔，在道岔号数相同时，导曲线半径约为单开道岔的两倍左右，可提高侧向通过速度。但对称道岔两股均为曲线，使原来直股的运行条件变坏，因而仅适用于两个方向上的列车通过速度或行车密度相接近的地段。③在道岔号数固定的条件下，改进平面设计，例如采用曲线尖轨、曲线辙叉，也可以达到加大导曲线半径的目的。④采用变曲率的导曲线，可以降低轮轨撞击时的动能损失和减缓未被平衡离心加速度及其变化率，但仅在大号码道岔中才有实际意义。导曲线设置超高，可以减缓未被平衡离心加速度及增量，但实际上受道岔空间的限制，超高值很小，只能起到改善运营条件（如防止出现反向超高）的作用，而不能显著提高侧向通过速度。⑤减小车轮对侧线各部位钢轨的冲击角，如防止轨距不必要的加宽，采用切线型曲线尖轨，尖轨、翼轨与护轨缓冲段选用尽可能相同的冲击角，并且使与导曲线容许通过速度相配合。2直向过岔速度1）影响道岔直向通过速度的因素①道岔平面冲击角的影响当列车逆岔直向过岔时，车轮轮缘将与辙叉上护轨缓冲段作用边碰撞，而当顺岔直向过岔时，则将与护轨另一缓冲段作用边碰撞。护轨冲击角翼轨冲击角同护轨一样，翼轨缓冲段上也存在冲击角，这样在道岔直向过岔速度问题上，就会产生与护轨相类似的问题。在一般辙叉设计中，直向和侧向翼轨多作成对称的形式，冲击角采用与护轨相同的数值。当列车逆向通过辙叉，轮对一侧车轮靠近基本轨运行时，另一侧的车轮则必然发生轮缘对翼轨的冲击，其冲击角与道岔号数有关，一般常见的道岔上，其值较其它几个冲击角为大，是一个起控制直向过岔速度的重要因素。②道岔立面几何不平顺和影响车轮通过辙叉由翼轨滚向心轨时，车轮逐渐离开翼轨，因轮踏面为一锥体，致使车轮下降，当车轮滚上心轨后，车轮又逐渐恢复至原水平面。反向运行也相同，车轮通过辙叉必须克服这种垂直几何不平顺，引起车体的振动和摇摆。车轮由基本轨过渡到尖轨时，锥形踏面车轮也会出现会先降低随后升高的现象，使车轮犹如在轨面高低不平顺上行驶，产生附加动力作用，限制着过岔速度的提高。2）直向过岔速度的范围目前虽没有简便而成熟的直向通过速度计算法，不过根据我国的运营实践并结合一定的理论分析，依据道岔的结构状况，将直向通过速度限制为同等级区间线路容许速度的80%～90%。车辆直向通过道岔时，虽然不存在未被平衡离心加速度和加速度变化率的问题，但仍然有车轮对护轨和翼轨的撞击问题，作为辅助性的理论分析，也要控制轮轨撞击时的动能损失，限制不同条件下供比较用的动能损失不超过容许限值。由于列车直向过岔时，不存在迫使其改变运动方向的问题，因而参与撞击的列车质量较侧向过岔时小很多。3）提高直向过岔速度的途径提高直向过岔速度的根本途径是道岔部件须用新型结构和新材料。其次，道岔的平面及构造要采用合理的型式及尺寸，以消除或减少影响直向过岔速度的因素。①转辙器部分可采用特种数据面尖轨代替普通断面钢轨，采用弹性可弯式固定型尖轨跟部结构，增强尖轨跟部的稳定性。避免道岔直线方向上不必要的轨距加宽。将尖轨及基本轨进行淬火，增强耐磨性。②采用活动心轨型辙叉代替固定辙叉，保证列车过岔时线路连续，从根本上消灭有害空间，并使道岔强度大大提高。适当加长翼轨、护轨缓冲段长度，减小冲击角，或采用不等长护轨，以满足直向高速度的要求。③为减少车辆直向过岔时车轮对护轨的冲击，可以使用弹性护轨。④加强道岔的维修保养，及时修换磨耗超限的道岔零、部件，保持道岔经常处于良好的技术状态。这些均有助于提高直向过岔速度。3高速道岔道岔是限制列车运行速度的关键设备，在高速铁路中占有特殊的地位。高速道岔在功能上和构造上与常速道岔相比，没有原则上的区别，只是对安全性和舒适度的要求更高了。近几年来，各国铁路根据高速运行时车轮与道岔的相互作用特点，对高速道岔的平纵断面、构造、制造工艺、道岔区内的轨下基础以及养护维修均进行了大量的研究，设计制造出一系列适用于不同运行条件的高速道岔。1)高速道岔的分类在高速铁路上使用的道岔仍以单开道岔为主。当前高速道岔主要分为两类：①适用于直向高速行车的道岔。在改造客货混流的既有线以提高客车运行速度时，多半保留原有车站的平面布置以避免较大的改造成工程量，这种情况下，道岔的长度及辙叉角不宜有较大的改动，由于高速列车很少甚至不进入道岔侧线。而在直向要求从局部改善道岔的几何形状、强化结构强度、增强稳定性及延长使用寿命等方面保证列车的直向通过速度与区间线路一致。这类道岔一般为常用号码道岔。②直向和侧向都容许高速度通过的大号码道岔，适用于新建高速客车专用线。这类道岔应满足高速列车侧向通过时对运行平稳性及乘坐舒适性的要求，一般为大号码道岔，它们的侧向容许通过速度较高。2)高速道岔的平纵断面特征（1）侧向高速道岔大多采用缓和曲线作导曲线，其线型主要有三次抛物线和螺旋线两种。在直向高速道岔中，由于道岔号数的限制，导曲线主要为圆曲线，侧向过岔速度无甚改弯，一般通过减小护轨和翼轨的构造冲角、缩减尖轨尖端的轨距加宽及控制轨距变化率等途径限制平面不平顺。（2）高速道岔直