单开道岔道岔设计实例.docx
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单开道岔道岔设计实例
单开道岔道岔设计
一.我国铁路既有线道岔概况:
我国铁路道岔的发展大致经历了六个阶段,分别以75型道岔、92型道岔、提速道岔、99型道岔、工联岔道岔及客专道岔为代表。
下面简介前四种道岔,工联岔道岔及客专道岔下期重点讲解。
道岔技术进步阶段性比较
(一)
比较项目
75型道岔
92型道岔
提速道岔
99型道岔
时间
1972-74年设计修改,75年部颁标准:
70年代后期研制,86年技术鉴定,92年定型:
1995开始研制,96年鉴定通过,97年批量生产。
99年对提速道岔存在问题改进提高。
道岔
固定型,直股加宽max10mm。
固定性,直股加宽max10mm。
固定性及可动心轨辙叉,直股均为1435mm。
固定性及可动心轨辙叉;
钢轨
(38kg/m)、43kg/m、50kg/m固定型
50kg/m、60kg/m(不包括43kg/m钢轨)
60kg/m、75kg/m、
60kg/m、75kg/m、
速度
直向:
80-120km/h
直向:
100-120km/h
直向:
160km/h;
侧向:
50km/h;
直向:
Ⅰ型≥200km/h;
Ⅱ型≥160km/h;
改进型≥120km/h;
岔枕
及连接
木枕,狗头道钉;岔枕间距小,480-580mm。
小断面木枕,螺纹道钉M22×145,后期个别混枕。
岔枕间距小,480-580mm。
混凝土岔枕、个别大断面木枕。
M30×165岔枕螺栓。
岔枕间距600mm左右。
混凝土岔枕;M30×170岔枕螺栓,分锯齿型和普通型。
岔枕间距600mm左右。
尖轨
普通钢轨刨切而成;轨腰增设补强板;与基本轨贴靠区轨底爬坡式结构;直线尖轨;贴尖式;间隔铁式跟端结构;尖轨轨顶比基本轨轨顶高6mm。
9号尖轨长6250mm。
60(50)AT钢轨;藏尖式;除12号尖轨为半切线型弹性可弯式;其它为直线型、间隔铁式跟端结构。
轨顶与基本轨平齐。
9号尖轨长6450mm。
60AT钢轨;藏尖式;弹性可弯式固定接头;1:
40轨顶坡;限位器;
9号尖轨长直13456mm和曲13465mm
60AT钢轨;藏尖式;弹性可弯式固定接头;V≤120km/h不设1:
40轨顶坡;V≥120km/h设1:
40轨顶坡;限位器;尖轨通长加工1mm保证尖轨平顺。
9号尖轨长直曲均为12400mm。
道岔技术进步阶段性比较
(二)
比较项目
75型道岔
92型道岔
提速道岔
99型道岔
(92改进型和提速改进型)
滑床板
6mm厚滑床台,栓接双墙式轨撑,刚性扣压,见图CT1-34、CT1-82
24mm厚滑床台,可调式栓接轨撑,刚性扣压,见图3
29mm厚滑床台,弹性轨撑,弹性扣压,见图4、5。
30mm厚滑床台,弹性轨撑,弹性扣压,牵引点处通长垫板见图4、6。
扣件
狗头道钉
刚性扣板式
Ⅱ型或改进型弹性扣件。
局部困难区刚性扣件
Ⅱ型或改进型弹性扣件。
局部采用特殊弹性扣件加强。
辙叉
直线型高锰钢整铸辙叉;跟端不分腿;用两块夹板连接。
9号m=2050mm。
辙叉下无铁垫板。
直线型高锰钢整铸辙叉;跟端分腿;用四块接头夹板连接。
9号m=2771mm。
辙叉下设铁垫板。
刚性扣压
直线型高锰钢整铸辙叉;跟端分腿;用四块接头夹板连接。
9号m=2771mm。
辙叉下设铁垫板及橡胶垫板。
弹性扣压。
直线型高锰钢整铸辙叉;或可动心轨辙叉,跟端分腿;用四块接头夹板连接或焊接。
9号m=2771mm。
辙叉下设铁垫板及橡胶垫板。
弹性扣压。
牵引点处
一点牵引;动程为:
152mm;扳道器。
一点牵引;动程为:
152mm;扳道器或电动、电液转辙机。
内锁闭
9号、12号两点牵引:
第一牵引点动程为:
160或180mm;第二牵引点动程为:
75mm;电动、电液转辙机;钢岔枕。
外锁闭
9号、12号两点牵引:
第一牵引点动程为:
160或180mm;第二牵引点动程为:
75mm;电动、电液转辙机;取消钢岔枕、岔枕连接装备;挡碴板;V≤120km/h可采用内锁闭;V≥120km/h采用外锁闭。
护轨
用间隔铁与导轨连接护轨。
槽型及H型护轨
槽型及H型护轨
槽型及H型护轨;整铸护轨垫板
缓冲垫层
硬冲击;无弹性缓冲垫层。
木枕垫板下设塑料垫片或胶合竹板。
混枕板下设橡胶垫板。
轨下、辙叉下无缓冲垫层
轨下、辙叉下、垫板下均设缓冲垫层——橡胶垫板
橡胶垫板,滑床板处基本轨下为单面槽橡胶垫板,整个范围内弹性趋于一致。
导曲线半径(12号道岔)
R=330mm
R=350mm
R=350mm
R=350mm
二.92型道岔系列与改进型系列比照
92型道岔
92型改进型道岔
序号
项点名称
缺点
项点名称
优点
1
小断面木枕
弯曲刚度不足,纵横向防爬阻力低,不能持久保持轨面平顺,道钉易松动,维修频繁,不适应大型养路机械作业,稳定性差,使用寿命短
混凝土岔枕
弯曲刚度大,纵横向防爬阻力高,能持久保持轨面平顺,道钉锁定牢固,简单实用,适应大型养路机械作业,稳定性高,使用寿命长
2
刚性扣件
对钢轨的锁定能力低,使钢轨与岔枕之间难以形成较好的抵御温度力的弹性框架,且在动载作用下扣件扣压力损失较大,使用寿命短。
弹性扣件
能持久保持钢轨的锁定,动载作用下扣件扣压力损失较小,使用寿命长。
旅客舒适度高。
3
直线尖轨
侧向冲击力大;磨耗严重;旅客舒适度底;影响行车速度;使用寿命短。
半切线型弹性可弯尖轨
显著增大导曲线半径,缩短道岔全长,尖轨冲击小,磨耗轻;旅客舒适度高尖轨尖端轨距加宽最小。
4
尖轨跟部结构为间隔铁活接头
基本轨承受很大的附加阻力;尖轨位移不易控制;限制直向行车速度;稳定性差。
鱼尾板固定接头
解决了间隔铁活接头存在的问题,提高了列车通过允许值
5
尖轨顶面不加工
尖轨顶面不加工,出现马鞍型磨耗
尖轨顶面通长加工1mm
尖轨顶面通长加工1mm消除因跟端压型引起的短波不平顺,消除或减轻了马鞍型磨耗。
6
未设弹性缓冲垫层:
使机车车辆轮对对垫板和岔枕形成硬冲击;导致岔枕裂损;形成道床残余变形的积累;旅客舒适度底。
设弹性缓冲垫层
使机车车辆轮对对垫板和岔枕形成弹性冲击;减缓岔枕受力;消除道床残余变形的积累;旅客舒适度高。
7
一般螺母
须经常养护,增加了劳动强度,
防松螺母
免维护,耐久性。
8
一点牵引
动程为:
152mm;扳道器或电动、电液转辙机。
内锁闭
两点牵引
9号、12号两点牵引:
V≤120km/h可采用内锁闭;V≥120km/h采用外锁闭。
9
设置牵引点处岔枕连接装备
防爬阻力大,道岔稳定。
10
牵引点处通长垫板
保证牵引点处轨距,防止轨距扩张。
牵引力分散传递。
11
挡碴板
保证牵引转辙机畅通工作。
三.尖轨型式:
按平面型式分类
直线型尖轨——工作边为直线。
优点:
左右开通用,加工简便。
缺点:
:
冲击大,易磨耗,旅客舒适度低。
寿命短。
曲线型尖轨——工作边除尖轨尖端前部有一小段直线外,其余均为曲线。
切线型
尖轨曲线的理论起点与基本轨工作边相切。
在尖轨3mm或5mm断面前去用一段100-300mm的直线段,直线段与尖轨曲线不相切。
见示意图
我国目前很少采用。
优点:
半径较大,冲击小,尖轨尖端轨距加宽最小。
缺点:
尖轨较长,加工困难。
半切线型
尖轨曲线的理论起点与基本轨工作边相切。
在尖轨25mm左右断面作切线,将尖轨前部取直。
主要采用,优点:
显著增大导曲线半径,缩短道岔全长,冲击小,强度较切线型大;尖轨尖端轨距加宽最小。
割线型
曲线尖轨工作边与基本轨工作边相割。
多用于小号码道岔,优点:
导曲线半径可更大,全长更小。
缺点:
冲击大,易磨耗,旅客舒适度低。
寿命短。
半割线型
曲线尖轨工作边与基本轨工作边相割,在尖轨某断面处作切线,将尖轨前部取直。
多用于小号码道岔或工矿企业线路,优点:
导曲线半径可更大,全长更小,可走大型机车。
缺点:
冲击大,易磨耗,旅客舒适度低。
寿命短。
按尖轨断面型式分类
普通钢轨断面尖轨:
“75”型道岔用。
特种断面钢轨:
50AT、60AT
按尖轨尖端与基本轨的接触型式分类
贴尖式:
“75”型道岔用
藏尖式:
“92”型道岔、提速道岔、99型道岔。
四.道岔设计中需要考虑的参数(仅适用于标准轨距国铁)
符号
名称
采用值
备注
转辙器
Smax
轨距最大值
1456
Smin
轨距最小值
1433
Tmax
轮箍(轮对)内侧距容许最大值
1356
Tmin
轮箍(轮对)内侧距容许最小值
1350
dmax
轮缘容许最大厚度
32
dmin
轮缘容许最小厚度
23
tg
辙跟轮缘槽——应保证在最不利条件下,即轮对一侧车轮轮缘紧贴尖轨时,另一侧车轮轮缘能够顺利通过而不冲击另一尖轨跟端。
Sg=1435,=70;
tmin
曲线尖轨最小轮缘槽
Sg=1435时,
tmin≥65;
辙叉及护轨
Dx
查照间隔——辙叉心轨工作边至护轨工作边的距离,应保证在最不利条件下,借护轨制约一侧车轮,而不使另一侧车轮冲击辙叉心。
Dx≥(Tmax+2)+dmax
Dx≥1391
不随轨距加宽变动,轨距加宽时护轨平直段轮缘槽相应加宽。
Dy
护背距离——辙叉翼轨工作边至护轨工作边的距离,应保证在最不利条件下,不被卡在翼轨和护轨之间。
Dx≤Tmin-2
Dx≤1348
不随轨距加宽变动,轨距加宽时护轨平直段轮缘槽相应加宽
th
护轨平直段轮缘槽
th≤Sm-Dx-2
Sm=1435,th=42
轨距加宽时,护轨平直段轮缘槽相应加宽
t2
辙叉轮缘槽
t2≥Sm-(Dx+th)
=1435-(1348+42)=45,
Sm=1435,t2=46
t1
辙叉咽喉轮缘槽
Sm=S=1435时,t2=68
轨距加宽时,咽喉轮缘槽相应加宽
dH
活动心轨拉杆中心动程
dH=90
轮轨关系示意图:
五.道岔设计开发过程
这里以60kg/m钢轨9号改进型单开道岔为例,单开道岔的设计步骤。
60kg/m钢轨9号改进型单开道岔研制程序
1设计依据及有关资料
1设计任务及要求:
1.钢轨类型及道岔号数:
60kg/m钢轨9号单开道岔。
2.道岔容许通过速度:
直向:
旅客列车:
V≤120km/h;
货物列车:
当轴重为23t时V≤90km/h;
当轴重为25t时V≤80km/h。
侧向:
≤35km/h。
3.道岔平面设计要求:
与既有线路道岔有较好的兼容性,即:
与线路既有道岔相比,道岔中心、辙叉理论中心均不变,道岔全长相同或相近,更换既有道岔不会引起站场平面布置的改变。
最好采用提速道岔设计中9号道岔成熟先进的平面线型。
4.主要部件的结构形式:
结构形式参照“92”改进型60kg/m钢轨12号单开道岔(CZ560)及提速改进型60kg/m钢轨12号单开道岔(CZ543)。
5.转辙设备:
采用联动内锁闭机构。
6.轨道电路:
按设轨道电路设计。
2有关资料的收集:
1.“92”改进型60kg/m钢轨12号单开道岔施工图。
2.提速改进型60kg/m钢轨12号单开道岔施工图。
3.“提速60kg/m钢轨9号单开道岔施工图(铁联线051)。
4.“92”型60kg/m钢轨9号单开道岔施工图。
5.参数容许值的选择:
设计道岔时,确定道岔形式尺寸(平面线型)的各项设计参数,不应超过线路允许值。
我国一级铁路线路设计参数允许值为:
①.车辆通过道岔侧线时产生的未被平衡离心加速度允许值为α=[0.6m/s2]。
②.车辆通过道岔侧线时,未被平衡离心加速度的增减率允许值为ψ=[0.5m/s2]。
③.机车车辆通过道岔时,其车轮轮缘对道岔部件冲击产生的动能损失允许值为ω0=[0.65km2/h2]。
6.既有线60kg/m钢轨9号道岔导曲线半径及道岔平面型式:
序号
图号
道岔全长(a+b=L)
(mm)
q
(mm)
R
(m)
n
(mm)
m
(mm)
K
(mm)
LO、LO'
(mm)
1
专线4115
13839+15730
=29569
2650
R=180
n=1538
m=2771
2058
L0=L0'=6450
2
专线4194
同上
同上
同上
同上
同上
同上
同上
3
专线4135
同上
同上
同上
同上
同上
同上
同上
4
研线8802A
(木枕)
13839+15725
=29564
2860
R1=360
R2=190
n1=1526
n2=1533
m1=2766
m2=2783
2199
L0=12730
L0'=12721
5
铁联线051(混枕)
14015+15725=29740
2980
同上
n=1526
m=2766
同上
L0=13465
L0'=13456
7.道岔垫板设计考虑采用Ⅱ型(或改进型)弹条扣件时,采用钢轨护或槽护时混凝土岔枕的通用性。
8.辙叉的结构型式:
直线型辙叉,采用高锰钢整铸辙叉(或锰钢与钢轨焊接辙叉)或其它合金钢叉心组合辙叉。
辙叉趾端、跟端接头采用接头夹板连接。
2.设计原则的确定:
1.9号改进型单开道岔主要用于既有线路的大修和更新。
满足既有线路对9号道岔容许通过速度的要求。
即:
直向:
旅客列车:
V≤120km/h;
货物列车:
当轴重为23t时V≤90km/h;
当轴重为25t时V≤80km/h。
侧向:
≤35km/h。
2.与既有线路道岔有较好的兼容性,即:
与线路既有道岔相比,道岔中心、辙叉理论中心均不变,道岔全长相同或相近,更换既有道岔不会引起站场平面布置的改变。
3.道岔舒适性和稳定性指标不低于现有线路要求。
4.适应既有的联动内锁闭电务转换设备。
3主要结构特征的确定:
1.采用Ⅱ型(或Ⅲ型)弹条扣件。
2.采用预应力混凝土岔枕。
岔枕间距为600mm左右。
3.不设1:
40轨底坡。
道岔两端设与1:
40轨底坡线路连接的顺坡垫板。
4.设置弹性垫层:
轨下及辙叉下设5mm厚的缓冲橡胶垫板,垫板下设10mm厚缓冲橡胶垫板。
5.铁垫板宽170mm,厚20mm。
滑床板、护轨垫板的基本轨内侧不设弹片扣压。
6.所有连接紧固件采用防松螺母结构。
7.辙叉趾端、跟端接头采用接头夹板连接。
8.采用高锰钢整铸辙叉(或锰钢与钢轨焊接辙叉)或其它合金钢叉心组合辙叉。
9.护轨采用43kg/m钢轨分开式护轨或槽形护轨。
10.
4设计方案
1.方案一:
平面线型及主要结构吸收既有提速道岔的优点,按设计原则规定进行设计。
即道岔平面线型为复曲线型,导曲线半径R1=360m、R2=190m。
道岔全长29569mm,辙叉长4311,尖轨长12.4m,采用半切线型曲线尖轨,跟端为弹性可弯式固定接头并设限位器。
转辙器设置两个牵引点,第一牵引点前和第二牵引点后各设置一块通长垫板。
直向护轨与侧向护轨长分别为5400mm和3800mm;直股护轨采用曲线线型和弹性结构。
采用胶接绝缘接头,绝缘接头设在侧股。
岔枕间距除牵引点处为650mm和辙叉处为620mm外,其余均为600mm。
2.方案二:
除道岔全长变为29564mm,辙叉长变为4306,尖轨长变为13.6m,钢轨绝缘设在辙跟外,其余平面线型及主要结构与方案一相同。
5方案三:
平面线型及主要结构参照“研线8802A”60-9号单开道岔的平面形式,同时按设计原则规定进行设计,即道岔平面线型为复曲线型,导曲线半径R1=360m、R2=190m。
采用半切线型曲线尖轨,曲线尖轨长13.23m,直线尖轨长13.222m;跟端为弹性可弯式固定接头并设限位器。
岔枕间距除牵引点处为650mm和辙叉处为617mm和615mm外,其余为600至620mm;道岔全长为29470mm。
直向护轨与侧向护轨长分别为5400和3800mm。
设计方案比较
方案一:
1.优点:
平面线型与提速9号道岔接近,经过运营验证,比较成熟。
可以和既有92型道岔互换。
道岔消除了尖轨跟端活接头。
稳定性大大提高。
直线尖轨和曲线尖轨等长,利于制造管理;直股轨距均为1435,消除了转辙器部分因轨距加宽引起的几何不平顺。
半切线曲线尖轨在列车运行中磨耗和横向冲击力较小,提高了旅客舒适度,使用寿命长。
弹性结构和曲线型护轨,可以减轻和改善护轨冲击。
岔枕间距均为600mm便于铺设和捣固;能适合大型养路机械捣固作业。
胶接绝缘接头可在工厂制造,利于道岔内钢轨焊接。
道岔综合性能有较大提高。
2.缺点:
与既有92型道岔相比,需用两套电务转换设备。
方案二:
1.优点:
与方案一的优点相同,由于钢轨绝缘接头设置于辙跟侧股,导轨不用截断。
2.缺点:
在现行标准下,25m长的AT轨下料浪费较大。
直股不能实现焊接连接。
与既有92型道岔相比,需用两套电务转换设备。
方案三:
1.优点:
平面线型在线路中已经验证,比较成熟。
道岔取消了尖轨活接头。
直股轨距均为1435,消除了转辙器部分因轨距加宽引起几何不平顺。
半切线曲线尖轨在列车运行中磨耗和横向冲击力较小,旅客舒适度高,使用寿命长。
道岔综合性能有较大提高。
2.缺点:
岔枕间距不均等,不利于铺设和机械化养路作业;直、曲尖轨不等长不利于制造管理;需用两套电务转换设备。
6方案建议:
根据以上方案比较,设计方案均能满足设计原则的规定。
推荐方案一和方案三供专家审查定夺。
7方案确定:
经铁道部“技术审查”确定方案一为设计图方案。
8施工图设计:
设计力求做到“实用”、“经济”、“合理”、“美观”。
以下举例说明:
1.尖轨长度:
从方案一可知尖轨长度取12.4m、方案三取曲线尖轨长13.23m,直线尖轨长13.222m,且辙跟用“433平垫板”可分开,绝缘也可设在辙跟。
事实上方案一与方案三一样,尖轨在辙跟对齐时,曲线尖轨应比直线尖轨长9mm。
为什么取一样?
且为12.4m呢?
是因为①.长度取一样长便于车间下料及施工管理。
辙跟相错9mm无关大局;②.长度取12.4m略小于25AT钢轨一半,除去淬火缩尺量,下料耗损、压型耗损等几乎一点也不浪费原材料,大大的降低了成本。
2.设计中力求采用通用件,全方位考虑道岔在生产、运输、现场施工、运营及铁路升级时的可行性。
60-9设计中充分考虑了“92”改进型、提速改进型、Ⅱ型弹条道岔、Ⅲ型弹条道岔、钢轨护及槽护道岔混凝土岔枕的通用性,及现场自动化操作的可行性。
Ⅱ型弹条“92”改进型取垫板孔至铁座104mm,Ⅱ型弹条提速改进型取垫板孔至铁座100mm,Ⅲ型弹条“92”改进型取垫板孔至铁座106mm,Ⅲ型弹条提速改进型取垫板孔至铁座102mm,这样一种岔枕适用4种道岔结构。
又因为岔枕间距排布均匀,垫板孔至铁座的距离机械套筒均能使用,所以适合大型养路机械养护作业。
3.限位器设计:
限位器俗语分公母,设计中考虑在左右开道岔中限位器通用一种形式,将上下圆弧取值一样。
左右开只需翻转使用。
4.电务设计:
目前主要借鉴以前专线或研线设计中的牵引点及钢轨钻眼布置方法。
再就是通过和通号设计院合作开发的方法。
5.岔枕设计:
目前我们只能从事岔枕钉孔距布置的设计。
结构设计主要借鉴专线设计和国家标准。
六.小结
道岔设计是一个多专业合作的工程。
要真正提高道岔设计技术水平。
除需理论知识外,还需要经常与工务、电务交流;须不断的学习国内国外的先进经验。
须对道岔的设计理论、制造工艺、运输、现场施工、运营、养护及管理有一个透彻系统的了解。
因此建议设计部门应每年进行一次线路调研活动。