高速道岔的特点及发展

高速道岔的研究与发展中铁山桥集团有限公司2010年9月主要内容1.概述2.高速道岔的特点3.高速道岔的种类、特征和使用条件4.自主研发客运专线道岔的关键技术5.高速道岔的发展6.结语1、概述1客运专线道岔道岔是指将一条铁路线分成两条或以上线路的轨道设备，主要由钢轨件、扣件和连接零件等组成。客运专线道岔是指客运专线铁路正线铺设的道岔，即通称的高速道岔。广义上的客专道岔除包括道岔本身外，还包括混凝土岔枕和转换设备。1.1国外高速道岔简介国外的高速铁路已有几十年的发展史，在高速铁路道岔的研究和使用方面也积累了丰富的经验，当然也形成了技术较为成熟的产品。其中以德国、法国为代表。目前除日本外，其它国家的高速铁路基本上都是采用德、法两国的高速道岔产品。1.2国内客运专线道岔的研发和引进为满足国内客运专线建设的需要，2005年6月铁道部组织国内相关单位开展了客运专线道岔的国产化研发，目前时速250公里的18号道岔已于2006年12月，在第6次提速的郑武、沪宁线时速250km提速区段，和石太、甬台温、温福、福厦、广珠等客运专线应用。时速350km客运专线已在武广客运专线试验段乌龙泉车站上道4组，2009年1月通过了时速350km动车组的试验，道岔的平稳性、舒适性良好。60-42号道岔已在达成线上道试铺2组，并进行动力试验。1.2国内客运专线道岔的研发和引进2006年3月，铁道部针对十一条客运专线的正线用道岔进行招标，目前中铁山桥与德国BWG公司合资成立了新铁德奥道岔厂，为京津、武广、京沪等客运专线提供道岔。法国科吉富公司对中铁宝桥进行了技术转让，为合宁、武合、郑西等客运专线提供了道岔。本文重点介绍自主研发客运专线道岔的特点和关键技术。2、客运专线道岔的特点2.1客运专线道岔的使用要求1.较高的容许通过速度2.高安全性3.高可靠性4.较高的旅客乘座舒适度5.较长的使用寿命6.较少的维护工作量7.道岔的轨下基础与区间轨道相匹配8.各系统相互协调。2.2客运专线道岔特点1.道岔种类较为单一，以单开道岔为主。2.道岔号码较大，一般在18号以上，最大可达65号。3.道岔要具有高平顺性、高稳定性，保证列车平稳、舒适运行。4.辙叉普遍采用可动心轨辙叉。5.道岔适用于跨区间无缝线路。6.电务转换采用外锁闭装置。8.轨下基础采用混凝土长岔枕或道岔板，并与道床相匹配。9.道岔要具有较高的制造、组装、铺设精度。2.3客运专线道岔制造特点1.需要专门的原材料，如钢轨等。2.具有较高的加工精度。3.按照专门的技术标准4.需专门的加工设备5.需专门的工艺、工装6.需要在厂内逐组组装7.道岔、混凝土岔枕、转换设备由道岔厂集成供货。2.4客运专线道岔铺设特点1.道岔的装缷、铺设需采用专门的机械设备，不得采用目前的常规方法铺设客专道岔。2.客专道岔对铺设质量要求较高，需要专业的铺设队伍。3.客专道岔需严格按照相关文件的要求进行铺设，确保道岔的铺设精度。4.客专道岔铺设验交后，即需满足列车以设计速度通过的要求。3、客运专线道岔的种类、特征和使用条件3.1客运专线道岔的种类划分客运专线道岔均为单开道岔，其种类可以按速度（包括直向容许通过速度和侧向容许通过速度）、轨下基础类型进行分类。按直向容许通过速度分为250km/h和350km/h两种。按侧向容许通过速度分为80、160、220km/h三种，其中规定侧向容许通过速度为80km/h的道岔，应采用18号，并规定了主要尺寸。按轨下基础分为有砟道床和无砟道床，道岔也分为有砟道岔和无砟道岔。无碴道岔的轨下基础分为混凝土岔枕和道岔板两种类型，但道岔本身相同。3.1客运专线道岔的种类划分表3.1自主研发客运专线道岔系列表道岔号数184262备注时速250km客运专线（无砟道床）客专线（07）001时速250km客运专线（有砟道床）客专线（07）004时速350km客运专线（无砟道床）客专线（07）009客专线（07）006客专线（08）013时速350km客运专线（有砟道床）客专线（08）016客专线（07）011侧向容许通过速度（km/h）801602203.2客运专线道岔的使用条件按《客运专线道岔暂行技术条件的规定》，道岔的使用条件如下：1.轴重：时速350km客运专线为170kN。时速250km客运专线（旅客列车最高速度250km/h，货物列车最高速度120km/h）为230kN.2.线间距：时速350km客运专线为5m，时速250km客运专线为4.6m。3.最大年轨温差100℃。4.侧向160km/h的道岔用于4.6m线间距的渡线时，两道岔可以对接。5.轨下基础分为有砟道床与无砟道床。4、自主研发客运专线道岔的关键技术4.1道岔的平面设计道岔的平面设计道岔平面线型的设计主要与下列因素有关：1.道岔的使用条件。2.设计参数取值。3.渡线道岔的线间距。4.道岔号数.5.列车过岔时的动力性能。4.1道岔的平面线型和主要尺寸18号道岔的平面线型：18号道岔采用单圆曲线的平面线型，导曲线半径1100m，尖轨采用相离半切线的平面线型，相离离值12mm，尖轨在26.8mm断面作半切线。其主要优点列车侧向过岔时的舒适性较好，同时可以延长曲尖轨的使用寿命。相离半切线的平面线型是中国高速道岔独有线型。4.1道岔的平面线型大号码道岔的平面线型对于侧向通过速度较高的大号码道岔，当用于渡线时，由于两反向曲线间夹直线较短，为避免列车通过圆直点和直圆点时产生的冲击振动叠加，一般采用圆曲线与缓和曲线的组合平面线型，其中缓和曲线一般采用三次抛物线（或放射螺旋线），其优点是列车通过时未被平衡的离心加速度增量是常量。4.1道岔的主要尺寸自主研发客运专线道岔主要尺寸表序号道岔名称道岔号数道岔总长（m）前长（m）后长（m）辙叉角度岔区道岔结构高度（mm）备注有砟无砟1自主研发1869.031.72937.2713°10′47.39″454423无砟岔枕按枕顶至钢筋底部的高度计2自主研发42157.260.57396.6271°21′50.13″4524234.2客运专线道岔的结构设计客运专线道岔的结构设计原则1.优化轮轨关系，保证列车过岔时的平稳、舒适。2.保证道岔的高平顺性。3.提高道岔的稳定性。4.保证道岔具有合适的刚度，在整个岔区实现刚度的均匀化。5.工电接口应相互协调，保证道岔转换和锁闭的可靠性。6.道岔应适用于跨区间无缝线路，并与轨下基础相匹配。4.2道岔的结构设计钢轨件尖轨、心轨用60D40钢轨制造（70kg/m），不采用中国60AT钢轨，断面尺寸见图4.1。其优点是高度较小，便于滑床板的结构设计，横向刚度较小，有利于减小扳动力。图4.160D40钢轨断面尺寸图4.2道岔的结构设计根据高速道岔轮轨关系的研究成果，优化了尖轨的降低值设计，保证了列车高速运行时的平稳。尖轨跟端的传力结构尖轨跟端传力机构的作用是将导曲线钢轨的温度力传递给基本轨，以保证尖轨尖端的伸缩位移在规定的限度内。尖轨跟端的传力机构主要有限位器和间隔铁两种形式，当能够保证尖轨尖端的伸缩位移在允许范围以内时，也可以不设传力机构。4.2道岔的结构设计尖轨跟端的传力结构国内自主研发的客专道岔按不同轨温差选用不同的传力结构。经无缝道岔计算，各种结构适用的轨温变化幅度如下：传力机构类型允许温升（℃）允许温降(℃)限位器4957间隔铁4351不设传力机构：45454.2道岔的结构设计滑床板范围基本轨内侧的弹性扣压滑床板和护轨垫板采用弹性夹扣压基本轨，其优点是扣压力大，安装和拆卸均较为方便，见图4.3。图4.3施维格弹性夹4.2道岔的结构设计滑床台板的减磨方案为减小扳动和不足位移，尖轨和心轨的滑床台板必须采取减磨措施。在滑床台板表面增设镍基合金自润滑复合镀层。对于尖轨部分，每隔3m左右设一对施维格辊轮滑床板。辊轮高高度可以无级调整，最大调高量达6mm，可以方便的保证辊轮与滑床台板的接触。4.2道岔的结构设计可动心轨辙叉的翼轨国内自主研发的客专道岔初期采用提速道岔和秦沈道岔的翼轨进行机加工，进度快，容易实现。18号道岔的翼轨通长采用特种断面钢轨制造，42号道岔的翼轨采用特种断面翼轨与普通60kg/m钢轨厂内焊接的方式。4.2道岔的结构设计可动心轨辙叉的翼轨图4.13特种翼轨断面图图4.14心轨一动处翼轨加工示意图图4.15心轨一动工电接口示意图4.2道岔的结构设计可动心轨辙叉的翼轨自主研发客专道岔的翼轨结构解决了长期存在的工电接口难题，不仅提高了翼轨的强度，也保证了翼轨尺寸的精确，有利于保证列车的平稳运行，具有较好的经济性。4.2道岔的结构设计心轨结构心轨均采用60D40钢轨组合的结构，具有制造简单、实现容易的特点，缺点是工电结合部的设计较为困难，整体性较差。但国内有多年的使用经验，技术相对成熟。60D40钢轨拼装式心轨4.2道岔的结构设计心轨结构国内自主研发客专道岔取消了心轨前端的转换凸缘，采用机加工的方式进行制造。心轨前端的结构示意见图4.21。图4.21心轨前端结构示意图4.2道岔的结构设计心轨结构时速350km道岔，心轨前端采用水平藏尖结构，见图4.22。图4.22道岔的水平藏尖结构4.2道岔的结构设计心轨跟端结构自主研发的18号道岔尖轨跟端采用斜接头，与岔跟尖轨拼接，见图4.23。42号道岔采用双肢弹性可弯结构，见图4.24。图4.23心轨跟端的斜接头图4.24双肢弹性可弯心轨4.2道岔的结构设计心轨防跳结构国内自主研发道岔的心轨采用顶铁扣压尖轨或心轨轨底和将心轨前端伸到间隔铁下二种方式防跳，见图4.26、图4.27。图4.26顶铁防跳图4.27心轨前端的防跳结构4.2道岔的结构设计翼轨跟端结构翼轨跟端结构是指翼轨与心轨或岔跟尖轨的连接方式，主要用来固定心轨并将心轨的温度力传递给翼轨。国内自主研发客专道岔采用在翼轨与心轨或岔跟轨之间设置两个大间隔铁，并在厂内胶接的方式，见图4.29。图4.29翼轨跟端结构4.2道岔的结构设计翼轨跟端结构对于42号道岔，在岔后两心轨间，增设了两个间隔铁，并与大垫板相连。结构示意见图4.30。图4.3042号道岔后端心轨与大垫板的连接示意图4.2道岔的结构设计自主研发道岔扣件系统参数（1）扣压件扣压力不小于10kN。（2）防爬阻力大于10kN。（3）疲劳性能单组扣件的疲劳荷载为40kN，疲劳试验前后，钢轨纵向阻力减小≤20%垫板刚度变化≤25%，扣压力损失≤20%（4）两走行轨间绝缘电阻大于108Ω（干态）。（5）高低调整量+26、-4mm。4.2道岔的扣件系统自主研发道岔扣件系统参数（6）钢轨左右位置调整量为-4～+2mm，轨距调整量为-8～+4mm，调整级别为1mm。（7）岔枕中预埋件的抗拔力大于100kN。（8）轨底坡为1:40。（9）系统刚度单股钢轨作用地段，扣件节点刚度分别为50kN/mm(有砟轨道)和25kN/mm(无砟轨道)，其它地段以轨道整体刚度均匀化原则分区段设置。4.2道岔的扣件系统主要结构特征为：(1)结构为带铁垫板的弹性分开式结构；(2)扣压件为有螺栓弹条；(3)挡肩与钢轨轨底间设轨距块可用于调整和保持轨距；(4)钢轨与弹性铁垫板间设轨下橡胶垫板，主要起缓冲作用；(5)弹性铁垫板下部的弹性垫层起弹性作用；(6)弹性铁垫板与混凝土岔枕采用螺栓与预埋套管配合紧固方式联结；(7)弹性铁垫板与螺栓间设置缓冲调距块，既缓冲铁垫板对螺栓的横向冲击又可调整轨距；(8)垫板螺栓通过盖板扣压弹性铁垫板，盖板上附有弹性较好的橡胶垫圈，既不对弹性铁垫板产生较大压力也可防止垫板倾翻；(9)一般地段轨距调整无需备件，调整级别为1mm，可实现精细调整。4.2道岔的扣件系统扣件系统结构图4.2道岔的扣件系统图4.40道岔区扣件系统结构组装图4.41道岔区扣件系统结构散件图扣件系统结构图4.2道岔的扣件系统图4.41道岔区扣件系统结构散件图轨距调整配置扣件系统具有-8～＋4mm轨距调整量，通过调整轨距块可实现-2～＋4mm的轨距调整，附以缓冲调距块的掉边可实现-8～＋4mm的轨距调整，调