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国外同类道岔发展概况

国外同类道岔发展概况
近年来国外铁路的发展,除新建高速客运专线外,对既有干线围绕客运提速、货运重载的目标进行技术改造是共同的趋势。改造既有线的重要方面是研制、试验并推广新型结构的道岔。
道岔区不可避免的轨道刚度急剧变化、轨下基础的非等弹性及量值较大的轨面几何不平顺等特点导致其与机车车辆相互作用的荷载及变形的复杂性、主要部件使用寿命短、养护维修工作量大,成为限制列车通过速度的薄弱环节。国外近代道岔的发展虽取决于各自的运营条件、轨道和机车车辆状况而各有差异,但都致力于强化结构(包括金属部件、轨下基础及转换设备)、提高材质与工艺以及限制道岔区轨道平剖面几何不平顺等方面,不仅在结构上力求延长部件使用寿命及维修省力化,而且通过道岔区轨道科学管理的途径确保其与运营条件的适应性。

一、道岔几何特征及平面
1、国外既有干线为适应客运提速、货运重载要求而进行技术改造,对于道岔而言,重点是提高直向过岔速度及强化道岔部件结构。因此,尽可能保留原有的辙叉号数,控制道岔全长尺寸的变动,以避免引起过大的站场改建工程。如要求侧向也以较高速度通过时,则换铺大号码道岔。在辙叉号数不变的情况下,为适应道岔侧向一定的运行要求,在道岔平面布置上也表现出一定的灵活性。如德国铁路就出现同一导曲线半径不同辙叉号数或同一辙叉号不同导曲数半径的平面布置,奥地利、瑞士等国铁路也有类似的情况。2、各国既有铁路单开道岔导曲线半径多为圆曲线。对于限制导曲线通过速度的基本参数,各国铁路的采用值有较大差异。
3、固定型辙叉一般为直线型,也有导曲线部分进入辙叉的形式。德国、法国广泛采用曲线型辙叉。这样在辙叉号数不变的条件下,可加大导曲线半径。
4、既有线改造大量采用用可动心轨辙叉,主要是用于速度较高的区段。此外也有与固定型辙叉跟距相同的可动心轨辙叉(枢轴式),如前苏联的P65轨11号可动心轨辙叉及澳大利亚货运专线上使用高锰钢铸造可动心轨辙叉。奥地利UIC54轨12号则是可动翼轨辙叉。
5、固定型辙叉的护轨平面多为折线型。针对单开道岔正、侧向容许通过速度的差异而设置不同长度的护轨缓冲段。日本则采用圆弧型,使不同轮轨游间的车轮通过护轨时的冲击效应不是常量。
6、单开道岔直股轨距基本与区间轨道一致,并有缩减的趋势,如德国为1432mm、瑞士1433mm及前俄罗斯为1520mm等。
二、道岔结构
(一)轨型
各国铁路多根据机车车辆轴重、运输密度及运行速度选用钢轨类型。对于既有线改造,轨型普遍选用重量≥60kg√m的钢轨,如德、法的UIc60,前苏联的P65、P75,日本的60;美国的132RE、136RE等。
(二)转辙器部分
既有线改造用道岔转辙器仍沿用双尖轨在基本轨框架内转换的结构。基本轨框架除在与尖轨密贴区段两者共同承受竖向荷载外,还在尖轨全长范围内承受轮轨相互作用水平力。用标准轨加工的基本轨在与尖轨密贴段轨头下腭作1:4或1:3斜切,配合尖轨相应剖面构成藏尖式结构,以提高逆向运行的安全性和加强尖轨尖端附近断面。
尖轨多用专门轧制的矮型特种断面钢轨制造。矮型特种断面尖轨在跟部均经锻压加工成标准轨断面,能与导轨连接或焊接。在跟部附近绕竖直轴的弹性弯曲实现尖轨的转换,长度在11m以上的尖轨不设柔性段(即可弯部分轨底不作切削)。
德国的Zu1-60轨强度为1100MPa及以上,俄罗斯采用顶面全长淬火使硬度达
301-388HB,日本通过持续3次火焰加热至900℃,经喷射含10%Emulsion淬火剂及冷却等工序对尖轨进行全断面调质处理,表面硬度达50±5HRc。
(三)辙叉部分
日本、德国、法国及前苏联等铁路大力研究发展可动心轨辙叉,以消除固定型辙叉固有的“有害空间”,使机车车辆通过轨线交叉点部位的荷载、变形、振动特性接近于转辙器部分的轮轨相互作用过程,从而在延长辙叉使用寿命、减小养护维修工作量及提高旅行舒适度等方面明显优于固定辙叉。
1、尽管各国的可动心轨辙叉结构有某些差异,但其原理都是使可动心轨在翼轨框架内转换并与相应的翼轨密贴,引导车轮运行方向并承受竖向与水平荷载。
2、为使可动心轨安装转换设备有足够的空间,采用高锰钢铸造翼轨从结构上能较好解决,但因铸造缺陷不可避免,很难达到与相邻轨道相同的使用期限。因此,前苏联专门轧制了特种断面翼轨(YP65)。英国、德国则采用普通断面钢轨制造翼轨。
3、可动心轨多用制作尖轨的坯料加工组合,也有高锰钢铸造或用特种钢材锻制加工并焊接的结构。日本的S1067-60—8辙叉可动心轨由铬基合金钢材料的90S轨加工并焊接制成。可动心轨两肢有等长或长度不同的型式。跟端结构既有可弯式、也有回转式(间隔铁、夹板式)或枢轴式。澳大利亚重载线路的日制可动心轨即为高锰钢铸造,跟端为框轴式结构,虽然可动心轨辙叉是解决轨线交叉点消灭“有害空间”的良好结构型式,在既有线改造特别是高速客运专线的正线具有广泛的发展前途。但由于制造难度大,成本较高,换铺时引起站场变动以及另需增加转换设备等原因,扩大数量乃至正线全部铺用须经历较长过程。为此研究改进固定型辙叉结构仍是国外铁路重要课题。
在既有线改造中,前苏联广泛采用的P65钢轨1/11道岔(快速型)的辙叉主要还是高锰钢整铸结构。法国则除高速线以外的干线均采用高锰钢整铸辙叉,在优化材质和铸造工艺的同时,,通过结构分析改进设计。美、英及前苏联进行辙叉表面爆炸硬化。使用统计表明,可延长寿命30~50%。日、奥、法等国研究并采用高锰钢与炭素钢通过长20mm的铬基介质插入段的焊接技术。
此外鉴于高锰钢铸造缺陷难以克服,近20余年来,德、英、日、奥还发展低合金钢焊接辙叉(固定型),在提高结构整体性、耐磨性及抗疲劳性等方面有一定效果。 10
(四)护轨部分
固定型辙叉必须设置护轨。国外多采用专门轧制的特种断面护轨。法、德、波的UIC60型护轨断面呈槽形,面高于走行轨15~20mm,两者不相联结。前苏联的KP65护轨,顶面高于走行轨22mm,两者通过间隔铁联结。日本采用H型护轨结构,用普通钢轨制造,顶面高于走行轨并互不联结护轨与其支撑之间设置弹性缓冲件,以改善护轨的工作条件。
(五)其他
1、国外道岔导曲线外轨均不设置超高。
2、法、英、日及前苏联(P65轨1/11道岔[快速型])均设置与区间轨道相同的轨底(顶)坡。
3、为使道岔能适应跨区间超长无缝线路的铺设需要,道岔钢轨接头的焊接获得了很大的发展,日、德、法分别就地进行气压焊或铝热焊消灭道岔区的钢轨接头(绝缘接头采用胶结)。可动心轨辙叉采用加长翼轨并在直股设置伸缩斜接头。在尖轨跟部用限位器代替了辙跟间隔铁以解决钢轨温度力的传递问题。
4、道岔区有采用弹性扣件的趋势。轨下除金属垫板外,多设弹性垫层,德国采用弹性滑床板解决尖轨和心轨与关联部件(基本轨和翼轨)的基础刚度相近的问题。弹性扣件和垫层在轮轨相互作用力传递过程中能起到吸收高频振动分量的作用。
(六)轨下基础
道岔区的轨下基础传统以木岔枕为主,但英、俄、德、法等国铁路正积极推广预应力混凝土岔枕,其中有埋设于混凝土基础内的混凝土岔枕及铰式混凝土岔枕等结构。
三、道岔可动部件的转换
道岔可动部件(尖轨、可动心轨)的转换设备除需提供足够的转换力外还需确保锁闭可靠及表示明确。既有线适应客运提速、货运重载条件的正线道岔,其可动部件大多为弹性可弯式。因此,国外对转换技术及设备给予了极大的关注,,有以下趋势:
1、对可动部件实施多点牵引。
2、法、德、奥、英的道岔,采用楔型燕尾锁或钩型锁等外锁闭转换系统,并辅以密贴监视器。正线道岔均为不可挤型。日、俄道岔的转换设备为内锁闭方式。
3、尖轨采用分动转换方式,即两尖轨之间不设联结杆,有利于工作尖轨在完成转换后保持应有的位置,并可减小转换附加阻力。
4、采用减磨措施以降低可动部件的转换阻力,有用聚四氟烯喷涂于滑床板顶面以减小滑动磨擦系数,也有专门设置的滑轮装置。
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