护轨缓冲段开口值设计及维护报告

1 道岔护轨缓冲段关键尺寸

护轨按作用可分为两类，设置在小半径曲线的护轨可有效减轻车轮对曲线上股钢轨的磨耗；用于固定型辙叉时，可制约车轮行进方向，安全通过有害空间；设置于可动心轨辙叉侧股的护轨可减轻车轮对长心轨的侧面磨耗，保证道岔直股开通时，长心轨与翼轨的密贴。

1.1 我国道岔护轨缓冲段关键尺寸

1.1.1 我国道岔护轨缓冲段关键尺寸计算方法

护轨工作边由平直段、两端缓冲段及开口段组成，如图1.1-1 所示。缓冲段用于引导机车车辆轮对顺利进入护轨平直段轮缘槽，避免与心轨侧面接触。护轨缓冲段开口值应能满足如下条件：轮对一侧车轮轮缘紧贴基本轨时，另一侧车轮轮缘能够顺利进入护轨缓冲段，不冲击护轨（如图1.1-2 所示），则：

$$t_3\geq \left ( S_m+\varepsilon _3\right )-\left ( T_{min}-\varepsilon _2\right )-d_{min}$$

其中，ε₂ 为荷载后轮对内侧距减小值；ε₃ 为轨距正公差；T_min 为最小轮对内侧距；d_min 为最小轮缘厚度。

图1.1-1-固定型辙叉护轨

上式与转辙器最小轮缘槽计算式不同之处在于未考虑轨距动态变化量 ε₄。

图1.1-2 缓冲段开口值t₃计算图示

1.2 我国道岔护轨缓冲段关键尺寸计算参数取值

护轨缓冲段开口的计算值与相关参数的取值有关。轨距（S_m）、轨距公差（ε₃）及荷载后轮对内侧距减小值（ε₂）的取值如表 1.1-1 所示。

表 1.1-1 S_m、ε₂、ε₃取值

我国铁路对轮对内侧距离（T_min）及轮缘最小厚度（d_min）有不同的规定，普通机车、车辆（≤200km/h）将二者分别取为 1350mm 和 23mm，如表 1.1-2 所示。

表 1.1-2 普通机车、车辆（≤200km/h）轮对内侧距、轮缘最小厚度取值

动车组将二者分别取为 1350mm 和 22mm【CRH380B（L）/C（L）】，如表 1.1-3 所示。

1.1.3 我国道岔护轨缓冲段关键尺寸计算结果、现行选用值

采用 1.1 的计算公式和 1.1.2 中的参数值，护轨缓冲段开口值计算如下：

t₃≥（1435+3）−（1350-2）−22=68mm

本节采用的计算参数（CRH380B）与我国早期道岔设计时采用的计算参数取值相同（选用电动车组动轮和煤水车车辆钢轮：Tmin 为 1350mm，dmin 为 22mm），计算结果与我国早期道岔护轨缓冲段开口值计算结果一致（固定型辙叉咽喉宽度应满足的通过条件与护轨缓冲段开口相同，二者取值相同）。我国早期设计的道岔护轨缓冲段开口、辙叉咽喉宽度取用值与计算值相同，均为 68mm。
在长期运营实践经验的基础上，通过统计数据对护轨缓冲段开口值做了适当修正，50AT 轨道岔研发时修正为 66mm（1983 年）；60AT 轨道岔研发时修正为 65mm（1990年）并一直沿用至今。

1.1.4 我国道岔护轨缓冲段关键尺寸取值分析

上述计算时，轨距正公差取+3mm，小于《普速铁路线路修理规则》（TG/GW 102-2019）中规定的道岔（时速不大于 160 公里）轨道静态几何不平顺容许偏差管理值+6mm。

如将轨距正公差取为 6mm，则护轨缓冲段开口计算结果应为：

t₃≥（1435+6）−（1350-2）−22=71mm

该计算值将与我国现行选用值 65mm 间存在 6mm 偏差。在保证车轮安全通过方面略有不足，更谈不上冗余设计。目前，大量的站场小号码道岔护轨缓冲段开口附近出现和车轮轮背的接触痕迹，增加了车轮撞击护轨开口段的风险，对行车安全造成潜在威胁。

1.1.5 小结

1、当轨距正公差取为 3mm 时，护轨缓冲段开口计算值为 68mm，当轨距正公差取为 6mm 时，护轨缓冲段开口计算值为 71mm。

2、护轨缓冲段开口值取用值为 65mm，与上述计算值相比偏小。

1.2 欧洲道岔护轨缓冲段关键尺寸

1.2.1 欧洲道岔护轨缓冲段关键尺寸定义

为使机车车辆轮对能顺利进入护轨缓冲段，欧洲标准《铁路设施—轨道—转辙器和辙叉—第 9 部分：平面布置》（EN13232-9，以下简称 EN13232-9），采用从护轨对侧基本轨至护轨工作边（缓冲段开口）的距离，定义了护轨缓冲段开口处机车车辆轮对能顺利进入护轨缓冲段的关键尺寸，如图 1.2-1（a）所示。

图1.2-1 护轨缓冲段开口自由车轮通道示意图 (a)

图1.2-1 护轨缓冲段开口自由车轮通道示意图 (b)

根据图 1.2-1（b）可知，护轨缓冲段开口处自由车轮通道应满足：

护轨缓冲段开口处自由车轮通道值＜（T_min-ε₂）+ d_min

1.2.2 欧洲道岔普通辙叉区的关键尺寸定义

为使机车车辆轮对顺利通过普通辙叉，关于辙叉各部件间隔，EN13232-9 规定了以下 4 个关键尺寸。

1、查照间隔（Fixed nose protection）

从心轨工作边到护轨工作边的距离，应满足的要求是：机车车辆通过辙叉时，在护轨的作用下，使对侧车轮远离心轨工作边。

该尺寸的定义与我国辙叉区查照间隔相同。

2、护背距离（Free wheel passage）

从辙叉翼轨工作边到护轨工作边距离，应满足的要求是：小于轮对内侧距最小尺寸，避免机车车辆通过辙叉时楔住车轮。

该尺寸的定义与我国辙叉区护背距离相同。

3、护轨缓冲段开口处自由车轮通道（Free wheel passage at check rail entry）

从护轨对侧基本轨至护轨工作边（缓冲段开口处）距离，应满足的要求见 1.2.1 节。该尺寸的定义与我国不同，我国规定护轨缓冲段末端轮缘槽宽度不小于 65mm，侧向轨距加宽时，该值等量加宽。

4、翼轨缓冲段开口处自由车轮通道（Free wheel passage at wing rail entry）

该尺寸的定义与护轨缓冲段开口处自由车轮通道定义相同。我国翼轨缓冲段末端开口值按图纸办理（一般取为 65mm）。

对于固定型辙叉而言，EN 标准规定上述 4 个关键尺寸是在道岔设计、生产和运营维护中必须要满足的安全性尺寸。

1.2.3 小结

1、欧洲采用护轨缓冲段自由车轮通道值定义该处尺寸。

2、护轨缓冲段处自由车轮通道值为安全性尺寸，必须满足要求。

1.3 美国道岔护轨缓冲段关键尺寸

1.3.1 美国道岔护轨缓冲段结构

为保证机车车辆顺利进入护轨缓冲段，美国铁路工程与维护协会对护轨缓冲段开口尺寸进行了规定，如图 1.3-1 所示。辙叉区存在轨距加宽时，护轨缓冲段末端开口值也会进行加宽。

美国规定护轨缓冲段尺寸的方式与我国相同，但与我国护轨相比，其护轨不设开口段。

图 1.3-1 美国护轨缓冲段结构（源自 2010 Portfolio of Trackwork Plans:350-03）

1.3.2 美国道岔辙叉区的关键尺寸

美国辙叉区规定的关键尺寸与我国铁路相同，分别为：查照间隔、护背距离、辙叉轮缘槽和护轨轮缘槽，如图 1.3-2 所示。

图 1.3-2 美国辙叉区关键尺寸（源自 2010 Portfolio of Trackwork Plans:502-03）

1.4 辙叉区各部间隔定义、计算方法比较及建议

1.4.1 辙叉区各部间隔定义、计算方法比较

中国、美国、欧洲均对辙叉区尺寸进行了定义，其中查照间隔、护背距离的定义和计算三者一致。对护轨缓冲段开口处的尺寸，中国、美国采用缓冲段开口值的方式定义，欧洲采用自由车轮通道的方式定义。

1、查照间隔

辙叉查照间隔为辙叉心轨工作边至护轨工作边的距离（Dx，如图 1.4-1 所示，），应保证车轮轮对在最不利条件下，借护轨制约一侧车轮，不使另外一侧车轮冲击辙叉心轨，计算公式为

$$D_x\geq \left ( T_{max}+\varepsilon _1\right )+d_{max}$$

图1.4-1 辙叉区各参数示意

2、护背距离

护背距离为辙叉翼轨工作边至护轨工作边的距离（Dy，如图1.4-1 所示），应保证轮对在最不利条件下，不被卡在翼轨和护轨之间，计算公式为：

D_y≤T_min-ε₂

3、护轨缓冲段开口值和护轨缓冲段自由车轮通道值

护轨缓冲段开口值计算方法见 1.1.1 节；缓冲段开口处自由车轮通道尺寸计算方法见 1.2.1 节。

由计算公式可知，查照间隔、护背距离、护轨缓冲段自由车轮通道值均仅与机车车辆轮对参数有关，无论轨道几何状态如何变化，都必须满足要求，才能使机车车辆轮对顺利通过；护轨缓冲段开口取值则关系到轨道几何参数取值和轮对参数取值，相对而言较为复杂。

1.4.2 关于我国道岔护轨、翼轨缓冲段关键尺寸定义

由 1.4.1 节可知，欧洲辙叉区间隔关键尺寸中，护轨缓冲段开口处尺寸采用对侧基本轨工作边至护轨工作边的距离定义，翼轨也采用同样的方式定义，二者仅测量位置有区别。将 EN 标准中的规定引入我国辙叉区对应位置，参考我国既有辙叉区域关键尺寸名称，将护轨、翼轨处对应尺寸分别定义为：护轨间隔、翼轨间隔，如图 1.4-2 所示。

图1.4-2 护轨间隔、翼轨间隔尺寸示意

其计算公式为：

护轨间隔（翼轨间隔）≤（T_min-ε₂）+ d_min=1370（mm）

综上，建议将我国道岔护轨、翼轨缓冲段开口值用护轨间隔和翼轨间隔代替，在道岔运用过程中，护轨间隔和翼轨间隔不得大于 1370mm。同时将该尺寸列为和查照间隔、护背距离相同等级的安全性尺寸，在日常养护维修工作中加以控制，保证行车安全。

2 护轨缓冲段开口值特殊的道岔图号

我国铁路既有道岔中，9 号及以上的单开道岔，12 号复式交分道岔、12 号交叉渡线护轨缓冲段开口设计值均为 65mm，对应开口段为 80mm。9 号复式交分道岔和 60-9 交叉渡线道岔以及小号码道岔存在护轨缓冲段开口为非标准值情况。

2.1 对称道岔图号

1、50-6 号对称道岔（SC384）

50-6 号对称道岔总布置图如图 2.1-1 所示，道岔导曲线半径为 180m，尖轨尖端轨距为 1450mm，导曲线终点前 3m 范围内轨距过渡至 1435mm。

图 2.1-1 50-6 号对称道岔

由于导曲线终点进入护轨范围，护轨前端内存在轨距加宽情况，因此前端轮缘槽宽度为非标准值：开口段为 81mm，缓冲段开口为 66mm，如图 2.1-2 所示

图 2.1-1 50-6 号对称道岔

2、60-6 对称道岔（SC382）

60-6 号对称道岔总布置图如图2.1-3 所示，道岔导曲线半径为180m，尖轨尖端轨距为1450mm，导曲线终点前3m 范围内轨距过渡至1440mm。

图2.1-3 60-6 号对称道岔

辙叉区域轨距加宽 5mm，对应护轨轮缘槽增加 5mm；又因为导曲线终点进入护轨范围，护轨前端在 5mm 轨距加宽基础上存在额外加宽，因此护轨前端轮缘槽宽度增加值大于 5mm：开口段为 89mm，缓冲段开口为 72mm；护轨后端轮缘槽宽度在标准宽度基础上增加 5mm，分别为 70mm、85mm，如图 2.1-4 所示。

图2.1-4 60-6 号对称道岔辙叉及护轨

2.2 交叉渡线图号

1、50-6-5m 交叉渡线（SC432）

SC432 是为 50-6 对称道岔（SC384）配套的交叉渡线，线间距为 5m，导曲线半径与对称道岔相同，6 号辙叉及护轨区域和菱形区域轨距均采用 1440mm，导曲线终点前3m 范围内实现 1450mm 到 1440mm 的过渡，如图 2.2-1 所示。

因为辙叉轨距加宽 5mm，护轨轮缘槽等量加宽，同样因为导曲线进入护轨范围，6号辙叉护轨前端存在轨距过渡情况，因此护轨前端轮缘槽宽度增加值大于 5mm：开口段为 88mm，缓冲段开口为 72mm，如图 2.2-2 所示。

图2.2-1 50-6-5m 交叉渡线（SC432）

图2.2-2 50-6-5m 交叉渡线6 号辙叉及护轨

2、60-9 道岔系列交叉渡线（CZ580～CZ583）

CZ580～CZ583 是为 60-9 单开道岔（CZ577）配套的交叉渡线，线间距分别为 5m、5.3m、5.5m 和 6.5m。导曲线半径与 60-9 单开道岔相同（复曲线 360m+190m），9 号辙叉及护轨区域和 4.5 号锐角辙叉区域轨距采用 1435mm，钝角辙叉区域轨距为 1440mm，轨距过渡在锐角辙叉和钝角辙叉之间实现，如图 2.2-3 所示。

交叉渡线为一般布置型式时（如图 2.2-5 所示），9 号辙叉及护轨轮缘槽宽度为标准值（80mm、65mm）；交叉渡线为特殊布置型式时（如图 2.2-6 所示），虚线圆标记处的9 号辙叉及护轨轮缘槽宽度为非标准值，这是因为在该岔位处，单开道岔侧股与交叉渡线直上股相连，单开道岔导曲线进入了 9 号辙叉直向护轨范围所致，此时，9 号辙叉及护轨开口处、缓冲段开口处轮缘槽宽度分别为 83mm、67mm。

图2.2-3 60-9-5m 交叉渡线

图2.2-4 60-9-5m 交叉渡线9 号辙叉及护轨

图2.2-5 交叉渡线普通布置型式

图2.2-6 交叉渡线特殊布置型式

4.5 号锐角辙叉护轨轮缘槽为标准值，如图 2.2-7 所示。

图2.2-7 60-9-5m 交叉渡线4.5 号锐角辙叉

2.3 复式交分图号

1、50-9 复式交分（CZ2214）

50-9 复式交分道岔导曲线半径为 220m，交分双转辙器尖轨尖端轨距为 1449mm，向交分 9 号辙叉方向 2.67m 轨距过渡至 1435mm，如图 2.3-1 所示。

该轨距过渡进入交分辙叉的护轨区域，因此交分 9 号辙叉趾端护轨开口段、缓冲段轮缘槽存在加宽情况，如图 2.3-2 所示，交分辙叉趾端护轨开口段和缓冲段轮缘槽分别为 87mm、71mm。

图2.3-1 50-9 复式交分道岔（CZ2214）

图2.3-2 50-9 复式交分（CZ2214）辙叉及护轨

2、60-9 复式交分道岔（CZ2504）

60-9 复式交分道岔导曲线半径为 220m，交分双转辙器尖轨尖端轨距为 1449mm，向交分 9 号辙叉方向 2.67m 轨距过渡至 1435mm，如图 2.2-3 所示。

该轨距过渡进入交分辙叉的护轨区域，因此交分 9 号辙叉趾端护轨开口段、缓冲段轮缘槽存在加宽情况，如图 2.2-4 所示，交分辙叉趾端护轨开口段和缓冲段轮缘槽分别为 87mm、72mm。

图 2.3-3 60-9 复式交分道岔（CZ2504）

图 2.3-4 60-9 复式交分（CZ2504）辙叉及护轨

3 我国道岔护轨维修规定与维护现状

3.1 我国道岔护轨的养护维修标准

《普速铁路线路修理规则》规定，护轨侧面磨耗达到重伤应及时更换，重伤标准如表 3.1-1 所示。

《普速铁路线路修理规则》3.9.4 条规定，护轨缓冲段末端轮缘槽宽度不小于 65mm，侧向轨距加宽时，侧向缓冲段末端轮缘槽宽度等量加宽。

表3.1-1 护轨重伤标准

3.2 护轨轮缘槽检修方法

在更换新护轨前，现场可通过在护轨和撑板间增加调整片的方式补偿护轨侧面磨耗量，使轮缘槽宽度满足尺寸及公差要求，如图 3.22-1 所示。

图3.22-1 护轨磨耗量及补偿方式

在调整轮缘槽宽度时，位于护轨平直段的铁垫板，添加的调整片厚度应一致，使平直段轮缘槽宽度满足要求；位于护轨开口段（最外侧 2 块）的铁垫板不应增加调整片厚度（增加厚度会减小缓冲段开口值）；位于护轨缓冲段的铁垫板调整片厚度应均匀过渡，如图 3.22-2 所示，这种调整方式略为不便。

图3.22-2 护轨调整片增加方式示意

不能在所有护轨垫板上增加同样量值的调整片，否则会改变护轨缓冲段、开口段量值，严重时可能会导致车轮撞击护轨端面。

3.3 我国道岔护轨养护维修中存在问题及建议

《普速铁路线路修理规则》【TG/GW 102-2019】中，增加了侧向缓冲段末端轮缘槽宽度随轨距加宽而等量加宽的要求，以强调该尺寸的重要性。从轮轨相互作用角度看，护轨缓冲段末端轮缘槽宽度养修重要性等同于查照间隔，均为安全要求。该尺寸小于限值时均会引起车轮撞击护轨开口段，导致护轨螺栓折断或者车轮爬上护轨。

从现场维护的情况来看存在以下问题：

（1）9 号以下的小号码道岔护轨区域存在轨距加宽情况（如 6 号对称道岔及其交叉渡线、9 号交叉渡线的特殊布置型式、9 号复式交分道岔，以及 9 号交叉渡线和交分道岔组成的组合道岔等）。受用地面积的制约，各站场道岔布置均较为紧凑，存在不少组合道岔的情况，这种情况会造成现场养护人员对护轨轮缘槽宽度标准值掌握不清的状况发生，在辙叉区轨距加宽时没有按规定加宽护轨轮缘槽宽度，导致部分道岔护轨开口段、缓冲段末端轮缘槽宽度偏小，引起护轨开口段受车轮冲击和磨耗（参见图 3.3-1、图 3.3-2）。

（2）不重视对护轨轮缘槽宽度的检查和维护。养护维护单位不重视该尺寸的检查和维护，在检查道岔时没有按要求测量并记录护轨开口段、缓冲段轨距及轮缘槽宽度。下一步工作：

（1）针对护轨轮缘槽宽度问题下发通知，要求各局加强对《普速线路维修规则》的宣贯学习，严格按规定设置护轨轮缘槽宽度，并加强检查和维护。

（2）在设计新道岔时，考虑对护轨缓冲段末端轮缘槽宽度进行优化设计，增加设计冗余量。

（3）参考 EN 标准中的做法，考虑将缓冲段位置处开口值定义修改为护轨间隔，并将其纳入辙叉安全性尺寸范畴，将其重要性等同于查照间隔和护背距离，在设计、制造、运用和维护过程中予以足够重视，保证行车安全。

图 3.3-1 护轨开口段侧磨严重

图 3.3-2 已更换下道的护轨

4 结论与建议

（1）关于护轨缓冲段末端轮缘槽宽度（65mm）取值的历史与现状

根据最不利条件组合计算得到护轨缓冲段开口值为（68mm），在长期运营实践经验的基础上对该限值做了适当修正，50AT 轨道岔研发时修正为66mm（1983 年）；60AT 轨道岔研发时修正为 65mm（1990 年）。因此护轨缓冲段开口值取 65mm，在保证车轮安全通过方面略有不足，更谈不上冗余设计。

（2）9 号复式交分道岔和 6 号交叉渡线护轨缓冲段末端轮缘槽的特殊设计

由于 9 号复式交分道岔和 6 号交叉渡线辙叉区存在轨距加宽，护轨轮缘槽需要定量加宽。由于对护轨轮缘槽宽度标准掌握不清，在维护时仍然按照既有限值控制。导致部分道岔护轨开口段、缓冲段末端轮缘槽宽度偏小，相当数量 9 号复式交分道岔和 6 号交叉渡线护轨开口段受车轮冲击和磨耗。

（3）护轨轮缘槽的设计缺陷与维护办法

护轨平直段磨耗后，需要在护轨背部增加垫片调整轮缘槽宽度，如果采用平均增加垫片的方式，护轨缓冲段末端轮缘槽宽度会减小，不满足不小于65mm 的规定，这是由于轮缘槽宽度无设计冗余量造成的。因此正确的维护方法是平直段增加垫片，护轨端部不增加垫片，小号码道岔较短的护轨变形会较大，同时螺栓应力增加。

（4）护轨轮缘槽宽度标识和维护规定

正确标识不同型号道岔护轨轮缘槽宽度，并将其列入日常检查记录表。对护轨轮缘槽宽度及查照间隔的检查和维护同等重视。

（5）在维护中引入“护轨间隔、翼轨间隔”概念

护轨间隔指从护轨工作边（缓冲段开口处）至对侧基本轨工作边的距离，翼轨间隔指从翼轨工作边（缓冲段开口处）至对侧基本轨工作边的距离，护轨间隔和翼轨间隔不应大于 1370mm。日常养护维修工作中将该尺寸列为和查照间隔、护背距离相同等级的安全性尺寸进行控制，保证行车安全。

文章来源：

《护轨缓冲段开口值设计及维护报告》国铁集团工电部、铁科院 （2020 年8 月）