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。
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