⑧５００万以上 中国科技信息２０１７年第１２期・ＣＨＩＮＡＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｊｕｎ．２０１ ０ 可实现度 可替代度 — 回 琨址霹 ｌｉｎｋ ａｐｐｒａｉｓｅｍｅｎｔ 行业曲线 ｉｎｄｕｓｔ￣ 李红霞柳亚楠 影响力 真实度 中铁山桥集团有限公司 李红霞（１９８０－）．河北南宫 女，道岔设计；中铁山桥集团有限公司道岔设计研究院 工程师，中南大学本科学历， 燕山大学工程硕士学位。 ｐｏｉｎｔ 行业关联度 在我国，既有１２号道岔弹’性可弯尖轨转辙器一般都是采用两点牵引，本文针对一些 国家和地区的特殊要求，对１２号道岔弹性可弯尖轨转辙器采用单点牵引进行了研究，对 １ ２号道翁采用单点牵引易发病害进行了分析，并针对相关分析在设计改进、工艺措施及装 配控制等环节进行了适应性优化，并通过采取各种优化措施确定了最终方案。该技术比较 先进，是道岔转辙器工电结合开发的一个新领域。 １ ２号道岔转辙器单点牵引研究 的作用力，以保证密贴、最小轮缘槽及线型指标。 在一些国家和地区，出于成本或信号设置考虑，往往对较大号码的 弹性可弯尖轨转辙器要求采用单点牵引方式，这样就对基尖轨密贴及尖 在采用单点牵引时，牵引点一般设置在尖轨尖端后 ３００～４００ｍｍ范围内，在尖轨转换过程中，尖轨尖端区域 和尖轨固定端区域由于牵引点及固定端的影响，在一定范围 内位移与理论值趋同，状态较好；而两者之间的区域，如尖 轨密贴后端及设置顶铁的区域，尖轨转换时需要克服弹性变 形产生的反弹力和尖轨轨底与滑床台板的摩擦阻力，因此尖 轨的随动性变差，产生不足位移，主要表现为尖端不密贴， 轨距偏小，轨向不良等病害现象。而不足位移是影响道岔不 轨不足位移的控制提出了很高的要求。本文主要以台湾６０Ｅ１钢轨１２号 道岔弹性可弯尖轨转辙器单点牵引为例，对单点牵引易发病害进行了分 析，并针对相关分析在设计改进、工艺措施及装配控制等环节进行了适 应性优化，并通过采取各种优化措施对不同工况下的道岔实施扳动试验， 统计控制尺寸数据，通过对各组数据的对比，最终设定最终方案，实现 了目标要求。 在电气化铁路中，道岔属于工电一体化设备，转辙器的 牵引点即是工电结合点，其位置及数量的选择及设置对道岔 线形的保持及状态的良好有重要影响。我国在这方面的设计 理念一般设置较大的安全冗余，因此对１ ２号道岔可弯弹性 平顺的重要因素，会迫使车轮运行方向发生突变，对轮缘力、 减载率、脱轨系数等行车安全指标影响较大，导致列车过岔 时动力响应过大，从而影响行车安全 性和乘坐舒适度。 当尖轨的不足位移表现在尖轨密贴不良（见图１）时， 尖轨转辙器一般设置两个牵引点，以保持道岔良好的状态。 而在国外一些地区，往往追求安全性与经济性的最佳结合， 对于１ ２号道岔可弯弹性尖轨转辙器有时要求只设置一个牵 引点，以降低设备采购费用及后期维护费用。因此，国内外 其发生的区域为尖轨轨头薄弱断面，当机车逆向进岔时由于 运行方向转换产生较大的惯性冲击，顺向出岔时机车会有较 大的离心力，因此尖轨容易引起的以下多种问题： （１）会造成线型的变化，使得侧磨加剧； （２）会使尖轨薄弱断面局部受力，造成应力加剧； （３）会使侧向力对尖端的影响范围加长，恶化尖轨的受 力状况，使得非密贴部位反复承受交变载荷，加剧破坏趋势。 （４）若发生在７ｍｍ断面前，受线型、轨距及侧向力 也形成了两条较为不同的技术路线，下面针对台湾６０Ｅ１钢 轨１ ２号道岔转辙器设置单牵引点进行分析研究。 １ ２号道岔转辙器单点牵引分析 易发病害分析 在对转辙器牵引点数量的传统认识上，主要考虑钢轨 较大的抗弯模量以及滑床板摩擦力对尖轨转换产生的不利影 响，使得尖轨扳动到位后线型控制较为不理想，从而影响道 岔使用状态。因此，我国线上铺设的１ ２号道岔一般都采用 多点牵引，减小作用点与固定端的距离，保持密贴段范围内 图１尖轨密贴不良 ９０一 ＣＨＩＮＡＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡｌ￣‘ＩＯＮ、』ｃｉｎ ２０１７中国科技信息２０１７年第１２期 ５００万以上◎ 辨 譬 粕 试验，基本轨为ＥＮ６０Ｅ１钢轨，长为１６６１０ｍｍ，尖 轨为６０Ｅ１Ａ１钢轨，长度为１２４００ｍｍ；密贴段长度为 ３９７０ｍｍ： （２）尖轨采用单点牵引，牵引点处开口值为１４５ｍｍ， 采用Ａ型立式扳道器。 图２尖轨反拱设置 综合影响，会反复挤压尖轨上部断面，造成掰尖掉块。 （３）搬动过程中保持匀速平缓，以接近于电动转辙机 的模拟动作。 试验方案 优化措施 在设计中，为避免因密贴不良在后期使用中产生侧磨及 掉块等次生病害，因此将尖轨密贴控制作为最重要的约束条 件，采取优化措施如下： （１）在满足设计参数的前提下，改变尖轨线形，使实 际尖端后移，从而增大尖轨轨头变化率，密贴跟端的位置也 相对提前，从而减小密贴段长度。 尖轨固定端后移６００ｍｍ、尖轨弹性可弯段刨切、尖轨 固定端支距要求及滚轮安装等均采用优化措施设定的条件为 基础，并拆除顶铁避免影响线型变化，其余设定方案如下： 方案一 牵引点设置在８号和９号枕之间，按照三种工况进行尖 轨的扳动及数据的采集。 （１）工况１ 对尖轨进行反拱设置，使尖轨在自由状态下，尖轨刨切 起点位置与基本轨贴紧，尖轨尖端开口值为６ｍｍ，并保证 尖轨的圆顺度。 （２）适当加长尖轨长度，在牵引点位置及动程不变的 基础上，尖轨固定端后移，最小轮缘槽随之增大。 （３）对尖轨适当位置进行反拱处理，本次以控制密贴 良好为重点，因此反拱变形区域应主要在密贴段进行，并在 密贴段后至尖轨弹性可弯中心进行圆顺过渡，矢度控制通过 尖轨尖端开口计量并通过试验验证，使密贴跟端先进行密贴， 形成悬臂梁结构，利用牵引点的动作使前端贴合，从而保证 （２）工况２ 对尖轨进行反拱设置，使尖轨在自由状态下，尖轨刨切 起点位置与基本轨贴紧，尖轨尖端开口值为２Ｏｍｍ，并保证 尖轨的圆顺度。 尖轨整个刨切段的密贴（见图２）。 （４）在尖轨固定端前的弹性可弯段，对尖轨内侧轨底 加工刨切掉４０ｍｍ，以降低该区域的抗弯模量，使内外侧金 属压应力与拉应力趋于一致。 （３）工况３ 对尖轨进行反拱设置，使尖轨在自由状态下，尖轨刨切 起点位置与基本轨贴紧，尖轨尖端开口值为１ ６ｍｍ，并保证 尖轨的圆顺度。 （５）严格控制尖轨跟端支距，即从尖轨跟端至固定端 支距偏差控制由正值向负值逐渐过渡，使尖轨有侵入基本轨 的趋势，由此产生密贴弯矩，从而利于密贴。 方案二 牵引点设置在８号枕和９号枕之间，使基尖轨自然状态 下密贴，同时在道岔的直股外侧安装辅助拉杆装置，在尖轨 刨切起点前６００ｍｍ处安装一个ｌｍＢ，ｉｄ拉杆，即形成一机两点 机构牵引。 方案三 牵引点设置在８号枕和９号枕之间，使基尖轨贴合状态 达到方案一中工况三的状态，在尖轨刨切起点前６００ｍｍ处 （６）尖轨锁闭形式采用联动内锁闭时，设置可调连杆 连接尖轨；采用分动外锁闭时，设置可调顶杆，利用斥离侧 尖轨的弹性变形对密贴侧尖轨施加横向力，从而增强密贴控 制，但对斥离侧尖轨最小轮缘槽稍有不利。 （７）为减小尖轨转换阻力，转换区设置辊轮，但当尖 轨不足位移较大时，存在密贴状态下尖轨停滞于滚轮上的可 能，当尖轨受到轮轨冲击的作用后，其向下传递的力易使辊 轮受压破坏，且此时尖轨轨底受到线接触的力及由此产生的 弯矩，使得尖轨有扭曲的倾向。为避免此种现象，可对密 安装一个可调连杆，连接两根尖轨。 方案四 牵引点后移６００ｍｍ至９号和１０号枕之间，尖轨反拱 设置为方案一中工况三的状态。 贴段后端（不足位移易产生区域）滚轮适当加高，并在辊轮 与轨底规定间隙基础上进一步向远离尖轨的方向移动辊轮 ２ｍｍ，以使尖轨利用动作惯性滑移脱离辊轮，并避免辊轮体 与轨底接触。 完成以上各工况设定后，分别连接牵引装置，扳动尖轨 数次后，检测基尖轨的密贴情况、最小轮缘槽、顶铁处支距 和轨距。分三次记录数据，取平均值作为最后的试验结果。 试验结果分析 试验验证 为分析上述优化措施的可行性，对以下三种方案中不同 工况进行实际验证，以明确设计方向，寻求最优设计参数。 （１）尖轨密贴 根据ＴＢ／Ｔ４１２—２０１４《标准轨距铁路道岔技术条件》， 尖轨尖端至牵引点≤０＿２，其余部分≤１；在几个方案中， 尖轨尖端至牵引点均符合标准，其余部分的密贴情况只有方 案一工况一基尖轨最大间隙达到５．５ｍｍ，其余方案符合标准。 可见，各设定方案对优化尖轨密贴均有效果，方案一各工况 的对比也说明反拱越大，对尖轨密贴越有利。 ９１ 试验的设备及条件： （１）对该单开道岔中的转辙器部分进行试铺转换 ◎５００万以上 中国科技信息２０１ ７年第１ ２期ＣＨＩＮＡ ＳＯＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ｋｉｎ２０１ ７ ，最终方案 综合考虑，当１２号道岔采用单点牵引时，推荐采用 一机两点的牵引方式，即一个牵引点配合使用辅助连杆机 构，当条件不足，不能采用一机两点时，对尖轨设置反拱， 反拱设置值为当尖轨刨切起点与基本轨贴合时，尖端开口 １ ６ｍｍ；最小轮缘槽控制值不大于６０ｍｍ时，在两尖轨间 设置可调连杆；并适度后移尖轨尖端位置，在冲击角满足要 求的前提下增大轨头变化率；试验中设定的基础条件措施均 采用。 其他影响因素 图３最小轮缘槽数据统计 密贴不良及不足位移在实际中还有其他一些影响因素， 如影响密贴不良的原因还有： （１）道岔方向不良，会引起线型变化，使不密贴状况 发生： （２）道岔铺设框架尺寸控制不好，引起转辙器状态不 正确，会引起基尖轨密贴关系变化，使尖轨与基本轨离缝几 率增加； （３）滑床板歪斜或弯曲造成尖轨歪斜，形成基尖轨离 缝或假密贴： 产生不足位移的原因还有： （１）活动轨件弯折残余应力释放； （２）道岔铺设后至运营前，长期采用钩锁器锁定，造 成活动轨件不能自由伸缩，造成活动轨件塑胜变形； （３）台板与尖轨轨底摩擦阻力变化等。 图４不足位移数据统计 因此，在加工制造、铺设养护等过程控制中，要严控此 类不利因素，降低现场综合整治难度。 （２）最小轮缘槽见图３（单位：ｍｍ） 从图中可以看出，一机两点的设置效果与两点牵引效果 相当，各参数控制均接近理论值；反拱设定值增大时，对最 小轮缘槽有不利影响，因此要与密贴控制综合考虑；通过调 整可调连杆控制密贴，使得斥离侧最小轮缘槽偏小；牵引点 后移可以适当增大最小轮缘槽。 对于弹性可弯式尖轨，除尖端和固定端，中间区域处于 半自由状态，因此，多点牵引是保持尖轨线型和道岔使用状 态的有利保证，当多点牵引或一机多点牵引条件不足时，则 需考虑对研究对象进行设计及工艺优化，尤其对于抗弯模量 较大的尖轨类型。 本文基于单点牵引的设定条件，综合考虑道岔尖轨在转 结语 （３）各顶铁处不足位移见图４（单位：ｍｍ） 从图４可见，各设定方案对控制不足位移均有效果，方 案一各工况的对比也说明反拱值越大，不足位移越小，当反 拱值过小时（方案一工况１），尖轨中部不足位移很大，第 换过程中的密贴保持、最小轮缘槽、不足位移控制，采用了 尖轨反拱设置、后移尖轨尖端增大轨头变化率，减小密贴长 度、增设可调连杆、增大弹性可弯段刨切等措施，在装配中 对尖轨固定端支距偏差及滚轮安装进行合理控制，为１ ２号 道岔采用单点牵引确定了最终方案。 个顶铁位置达到１ ２ｍｍ，￣ｔｓＢ，ｌ－轨距严重超限，反拱值过大 时（方案一工况２），将产生较大的顶铁力；方案二接近理论值 方案－－￣１：３方案四控制效果均优于方案一工况３，因此均可视 为有效措施。 一９２一
