对提高列车过岔速度的思考
对提高列车过岔速度的思考 1. 概述本文将主要讲述部分影响道岔直向速度的因素及相应的解决方法并介绍我国高速道岔的一些特点。结合课程学习的内容，本小组查找了大量的资料文献，下面是所查找的资料。1.1 道岔的概念道岔是铁路线上决定列车行车速度和安全最关键的设备之一。 道岔除了要保证车轮导向及轮缘顺利通过之外， 还需要满足与铁道车辆相互作用的可靠性、稳定性、舒适性、较长的使用寿命以及较低的养护维修工作量。 但道岔区间内的冲击振动远大与一般正线， 这些激烈冲击振动不仅是引起列车部件疲劳伤损的主要因素， 且还造成了尖轨和心轨严重磨损、岔枕裂缝、垫板开裂等多种道岔病害。1.2 过岔速度过岔速度主要有侧向过岔速度及直向过岔速度制约列车速度。下面分别简要说明其两者的制约条件。对一组单开道岔来说，侧向过岔速度受转辙器、导曲线、辙叉和护轨以及道岔后连接线路四个部分的通过速度来制约。其中每一部分的允许通过速度都影响整个道岔的通过速度。其中辙叉部分按目前的结构形式、强度条件和平面设计来看，其侧向过岔允许速度常可高于转辙器和导曲线的允许速度，道岔后的连接线路按规定其允许通过速度可高于道岔导曲线的允许通过速度。影响侧向过岔速度的主要因素有：导曲线不设超高和缓和曲线以及导曲线半径小，列车未被平衡的离心加速度较大等。一般用下列三个参数表达列车运行在道岔侧线上所产生的横向力的不利影响：动能损失、未被平衡的离心加速度、未被平衡的离心加速度增量。而提高侧向过岔速度的途径有：采用大号码道岔，增大导曲线半径、采用对称道岔、在道岔号数固定的条件下，改进平面设计、采用变曲率的导曲线、减小车轮对侧线各部位钢轨的冲击角等。 车辆直向通过道岔时，虽然不存在未被平衡离心加速度和加速度变化率的问题，但仍然有车轮对护轨和翼轨的撞击问题，作为辅助性的理论分析，也要控制轮轨撞击时的动能损失，限制不同条件下供比较用的动能损失不超过容许限值。由于列车直向过岔时，不存在迫使其改变运动方向的问题，因而参与撞击的列车质量较侧向过岔时小很多。另外，当列车逆向过岔时，车轮轮缘将与辙叉上的护轨缓冲段的作用边以及辙叉咽喉至岔心尖端的缓冲段作用边相撞。而当顺向过岔时，车轮则将与护轨及翼轨的另一缓冲段所用边相撞。因此直向过岔速度主要取决于撞击时的动能损失值。机车车辆由直线进入道岔侧线时，在开始迫使其改变运行方向的瞬间，将发生车轮与钢轨的撞击。这时，车辆的一部分动能将转变为对钢轨的挤压和机车车辆走行部分横向弹性变形的位能，这就是动能损失值。2. 影响因素结合上述原因分析，影响道岔直向速度的因素主要为1.首先，辙叉部位存在有害空间，列车过岔时车轮将与道岔设备相撞，导致动能的损失，进而影响列车的过岔速度。2.再者是道岔制造原材料，道岔铺设安装的技术限制，运营过程中产生几何型位的变化，道岔受力特性复杂等些外在方面因素。3.再次是道岔平面冲击角的影响，包括翼轨冲击角的影响和护轨冲击角的影响，机车动能损失，速度减少。4.最后是道岔立面几何不平顺的影响，道岔的不平顺会引起车体的振动和摇摆影响过岔速度。2.1 辙叉部位存在着有害空间的影响车轮在通过辙叉时，从两根翼轨的最窄处到辙叉心的实际尖端之间有一段空隙，这就是道岔的有害空间。这个有害空间存在限制了列车通过道岔的速度，对开行高速列车十分不利。这个空间是取决于道岔的构造，早期的道岔必然存在的。在道岔发展的过程中出现了可动心辙岔，这个空间的问题可以解决。但是基于可动心辙叉的技术还不是非常的成熟，所以未大批量的在现实中使用。车轮通过有害空间时时，有可能因走错辙叉槽而引起脱轨。故设置护轨，护轨的目的也就在此，它要强制引导车轮的运行方向。护轨成为阻挡列车过岔直向速度的一个因素。以上文段结合所学知识由吉凯伦修改撰写虽然有害空间及护轨带来了一定的阻碍影响，经过研究，通过设置轮轨间隙可起到优化的作用，解决方案列举如下。轮轨间隙对车辆顺利通过道岔具有十分重要的作用。在车辆、道岔系统动力学模型基础上，利用道岔区钢轨空间布置和轮轨接触几何关系，分析了护轨对轮轨间隙的限制作用和对轮对冲击心轨的防护机理，研究了道岔区轮轨间隙动态变化特性，轮轨间隙与轮对横移量、轮轨横向冲击力、轮轨接触角之间的关系，以及轮轨间隙变化对车辆过岔运行安全性和道岔系统稳定性的影响特性。结果表明,轮轨间隙不仅与轨距和钢轨动态横移量有关， 而且与轮对横移量密切相关，且当间隙过小时轮轨间将发生横向冲击振动; 设置护轨有利于防止轮对冲击心轨， 并使得轮对能够顺利通过岔心; 另外，为使车辆能够顺利通过道岔，在允许的情况下可以适当增大转辙区轨距，但心轨区轨距最好保持标准值。本文段摘自北京交通大学学报2007年2月 第31卷 第1期 道岔区轮轨间隙动态变化特性研究2.2 几何型位的变化的影响（原材料：道岔刚度不均匀）在铁路道岔范围内，钢轨有多种组合型式，轨枕、垫板的长度是变化的，同时还有间隔铁、滑床台等多种区间线路所不具有的轨道部件，这些特有的轨道结构使得铁路道岔区轨道整刚度沿道岔纵向分布呈不均匀性。整体刚度不均匀，当一定轴重的列车通过道岔时，在不同部位，轨道的竖向位移将或大或小，当列车通过道岔时，犹如列车通过了一段起伏不平的轨道，这将恶化轮轨相互作用，影响到列车过岔时的平稳性、平顺性、舒适性。随着列车过岔速度的提高，道岔区整体刚度的不均匀性对列车运行的平稳性、舒适性影响越来越大，甚至危及行车的安全性，同时刚度的不均匀性加剧了列车对道岔冲击，给道岔的养护维修增大了工作量，也缩短了道岔的寿命，所以道岔刚度均匀化对高速铁路道岔的平顺性、安全性、舒适性及使用寿命尤为重要。综上所述，道岔刚度不均匀将直接影响道岔区的轨道几何位置不平顺，从而影响过岔速度。本段摘自铁道工程学报 2013年7月第7期(总178) 道岔区刚度均匀化方法的研究 费维周2.3 道岔平面冲击角的影响护轨冲击角的影响：当列车逆岔直向过岔时，车轮轮缘将与辙叉上护轨缓冲段作用边碰撞，而当顺岔直向过岔时，则将与护轨另一缓冲段作用边碰撞。翼轨冲击角的影响：同护轨一样，翼轨缓冲段上也存在冲击角，这样在道岔直向过岔速度问题上，就会产生与护轨相类似的问题。在一般辙叉设计中，直向和侧向翼轨多作成对称的形式，冲击角采用与护轨相同的数当列车逆向通过辙叉，轮对一侧车轮靠近基本轨运行时，另一侧的车轮则必然发生轮缘对翼轨的冲击，其冲击角与道岔号数有关，一般常见的道岔上，其值较其它几个冲击角为大，是一个起控制直向过岔速度的重要因素。2.4 道岔立面几何不平顺和影响车轮通过辙叉由翼轨滚向心轨时，车轮逐渐离开翼轨，因轮踏面为一锥体，致使车轮下降，当车轮滚上心轨后，车轮又逐渐恢复至原水平面。反向运行也相同，车轮通过辙叉必须克服这种垂直几何不平顺，引起车体的振动和摇摆。车轮由基本轨过渡到尖轨时，锥形踏面车轮也会出现会先降低随后升高的现象，使车轮犹如在轨面高低不平顺上行驶，产生附加动力作用，限制着过岔速度的提高。 3. 提高直向过岔速度的途径提高直向过岔速度的根本途径是道岔部件须用新型结构和新材料。其次，道岔的平面及构造要采用合理的型式及尺寸，以消除或减少影响直向过岔速度的因素。具体有以下方法：1.转辙器部分可采用特种数据面尖轨代替普通断面钢轨，采用弹性可弯式固定型尖轨跟部结构，增强尖轨跟部的稳定性。避免道岔直线方向上不必要的轨距加宽。将尖轨及基本轨进行淬火，增强耐磨性。2.采用活动心轨型辙叉代替固定辙叉，保证列车过岔时线路连续，从根本上消灭有害空间，并使道岔强度大大提高。适当加长翼轨、护轨缓冲段长度，减小冲击角，或采用不等长护轨，以满足直向高速度的要求3.加强道岔的维修保养，及时修换磨耗超限的道岔零、部件，保持道岔经常处于良好的技术状态。这些均有助于提高直向过岔速度。4.为减少车辆直向过岔时车轮对护轨的冲击，可以使用弹性护轨5. 使用高速道岔。在高速铁路上使用的道岔仍以单开道岔为主。当前高速道岔主要分为两类：适用于直向高速行车的道岔。在改造客货混流的既有线以提高客车运行速度时，多半保留原有车站的平面布置以避免较大的改造成工程量，这种情况下，道岔的长度及辙叉角不宜有较大的改动，由于高速列车很少甚至不进入道岔侧线。而在直向要求从局部改善道岔的几何形状、强化结构强度、增强稳定性及延长使用寿命等方面保证列车的直向通过速度与区间线路一致。这类道岔一般为常用号码道岔。直向和侧向都容许高速度通过的大号码道岔，适用于新建高速客车专用线。这类道岔应满足高速列车侧向通过时对运行平稳性及乘坐舒适性的要求，一般为大号码道岔，它们的侧向容许通过速度较高。6. 提高道岔设计技术水平。方法包括：采用全动态道岔设计方法；改进提速道岔平面线型；实现提速道岔轨道刚度均匀化；全面优化提速道岔结构(取消可动心轨道岔心轨的转换凸缘，采用轧制翼轨代替模锻翼轨，采用新型扣件系统，减磨滚轮技术国产化应用及垫板，滑床板结构强化，全面推广应用复合套管新技术；采用新型电务转换装置；融雪装的置应用等。以上文段结合所学知识由陈学音修改撰写4. 我国的提速道岔的特点 为适应我国干线的提速，1996年研制出了新型提速道岔，可以满足旅客列车以160km/h的速度直向通过，轴重23t的货物列车以90km/h的速度直向通过，各类列车以50km/h的速度侧向通过。该道岔技术标准起点高，在道岔在结构上主要有以下一些特点：尖轨为弹性可弯式，60AT轨制造。在理论弹性可弯段轨底不作刨切。尖轨尖端为藏尖式。尖轨采用二点牵引的分动转换方案，各类转换杆件均隐蔽设置在钢岔枕内。尖轨跟部设限位器。道岔导曲线为半径350m的圆曲线，道岔各部轨距均为1435mm，尖轨局部范围对应的侧股有构造加宽。以上文段结合所学知识由曾宪洋修改撰写2013年11月26日星期二
