铁路道岔轨距加宽与构造加宽研究

1 概述

为使机车车辆转向架能顺利通过曲线而不被楔住,减小轮轨间的横向水平力和钢轨磨耗,在半径较小的曲线轨道上,轨距要适当加宽,加宽轨距将曲线轨道的内轨向曲线中心方向移动,作为线路重要连接设备的道岔,其侧线也遵循这一规律,轨距加宽标准如表1所示。

表1 轨距加宽标准一览表

道岔的轨距加宽多出现在小号码道岔。小号码道岔在国内通常指曲线半径小于350m、辙叉号数一般为5~9号的标准轨距单开道岔。干线铁路以9号居多,6号对称道岔用于货运驼峰及轮渡系统,地铁亦大量采用9号道岔,5、7、8号等道岔均为非标准道岔系列,用量较小。小号码道岔在铁路网中发挥着其不可替代的作用。

我国目前的小号码道岔及多数12号道岔转辙器部分曲基本轨与直线尖轨多采用直线密贴方式,在采用曲线型尖轨的情况下(直线型尖轨不存在构造加宽),与曲线密贴方式相比,形成了曲股轨距的轨距加宽,我们称之为构造加宽。道岔最大构造加宽位置及其值对于道岔设计尤其是工务部门对道岔的维护有重要意义。本文通过对单开道岔各种轨距加宽方式的分析,综合考虑曲线线型、尖轨类型、道岔始端轨距、尖轨尖端轨距、侧线轨距等因素,提出了各种情况下的构造加宽计算方法。

2 道岔曲股轨距加宽分析

图1 道岔曲股轨距分类图

2.1 直线型尖轨

道岔采用直线型尖轨时,尖轨对称布置,导曲线自尖轨跟端开始,此时的转辙器部分不存在轨距构造加宽现象。

2.1.1 尖端轨距与跟端轨距相等(见图2(a))

曲基本轨平行于尖轨,尖端轨距、曲股轨距、跟端轨距三者相等,直股轨距自跟端开始在一定范围内向岔后方向过渡至标准轨距。

图2 尖端轨距与跟端轨距关系示意图（a）

2.1.2 尖端轨距大于跟端轨距(见图2(b))

此种情况相当于曲基本轨尖轨组件在2.1.1基础上以右尖轨尖端为原点逆时针旋转,使跟端轨距小于尖端轨距(例如尖端轨距1450mm,跟端轨距1439mm),转辙器部分曲股轨距介于尖端轨距和跟端轨距之间。

图2 尖端轨距与跟端轨距关系示意图（b）

2.2 (半)切线型曲线尖轨(见图6)

采用(半)切线型曲线尖轨的小号码道岔及多数12号道岔,直尖轨与曲基本轨通常采用直线密贴方式,转辙器部分在尖轨尖端至直尖轨刨切点范围内存在构造加宽现象。

2.2.1 曲股加宽(见图3)

此种情况多伴随尖端轨距加宽,一般情况为尖端轨距等于曲股加宽轨距。

图3 切线型曲股加宽示意图

2.2.2 曲股无加宽(见图4)

曲线半径大于350m时,道岔侧股无须加宽,曲股无加宽情况下又可分为尖端加宽与尖端不加宽2种情况。

图4 切线型曲股无加宽示意图

2.3 相离线型曲线尖轨

采用相离线型曲线尖轨的道岔轨距设置与采用(半)切线型曲线尖轨的道岔类似,具体可分为正割线型与负割线型2种情况。此时的构造加宽是在(半)切线型曲线尖轨道岔的基础上加入相离值f计算得到的(见图5)。

图5 相离线型示意图

$$M=\frac{r\sqrt{(p-f)\times (2r-p-f)}}{2r-p+f}\qquad（1）\\C’=C-\frac{f\sqrt{R^2-(R-P+f)^2}-M}{p-f}\qquad（2）\\P’=p-f\qquad（3）\\$$

式中

R——曲尖轨工作边半径(mm);

C’——尖轨尖端至曲线理论起点距离(mm);

C——(半)切线型尖轨情况下的C'(mm);

P——尖轨曲线实际起点断面宽度(mm);

ƒ——曲线相离值,图5中取正值(mm)｡

图6 (半)切线型示意图

2.4 复合线型尖轨

采用复合曲线的道岔,若在侧股设置加宽,曲线对应的加宽轨距与竖切点处曲股轨距之间有轨距过渡,在计算构造加宽时应使用竖切点处曲股轨距作为轨距参数。复合线型道岔的构造加宽计算应以复合曲线中的前置曲线半径作为半径参数。

3 构造加宽原理

以采用半切线型曲线尖轨的单开道岔为例(见图7),导曲线理论起点与尖轨尖端的距离为C,导曲线半径以曲直股轨距为Z,尖轨尖端轨距为J,曲股轨距为S,直尖轨刨切长度为L,Y与Y#之差即为构造加宽值。示例中的直尖轨尖端位于半径=R-S的曲线上,点1和点2为直尖轨尖端除上述外的其它2种位置,直尖轨尖端的3种位置使构造线与曲基本轨形成弦线、割线。

图7 构造加宽原理图

$$C=\frac{R\sqrt{P(2R-P)}}{2R-P}\qquad（4）\\Y=a+\frac{(b-a)x}{L}\qquad（5）\\L=\sqrt{(R-S)^2-(R-b-z)^2}-c\qquad（6）\\y_1=(r-s)-\sqrt{(r-s)^2-(c+x)^2}\qquad（7）\\K-Y-Y_1\qquad（8）$$

4 构造加宽计算程序

为了简便、快捷地得到转辙器部位由于构造加宽形成的最大曲股轨距,专门编制了计算程序,其界面如图8所示。本程序可计算得到直线密贴式道岔的最大构造加宽位置及最大构造加宽值,包括标准轨距小号码道岔,还可扩展至12号、18号等道岔,以及非标准轨距小号码道岔。

图8 构造加宽计算程序界面

例:以目前广泛使用的工联岔时速200km-60-12号单开道岔为例,导曲线为450/350m的复合圆曲线线型,尖轨曲线起点断面宽度p为33.08mm,曲线相离值为9.5mm,直股轨距z为1435mm,尖轨加宽值a为0,曲股轨距S为1435mm。采用60AT钢轨,曲基本轨与直线尖轨密贴范围内为直线,计算程序计算得到的最大构造加宽出现在距尖轨尖端水平方向3890mm处,最大构造轨距为1440.2mm。计算结果已经设计图验证。

计算结果。该程序在道岔设计中可作为辅助设计工具,用于轨距检算、道岔平面线型比选、相比作图法有其简便、灵活的优势;工务部门利用本程序计算成果可确定曲股最大构造轨距及其位置,完成道岔铺设、轨道维护等工作。具有一定的实用价值。

文章来源：

作者 ：王军 李悦

作者单位 ：中铁宝桥股份有限公司,陕西,宝鸡,721006

刊 名：铁道工程学报 ISTICPKU

年，卷(期) ：2009, (3)