无碴轨道与高速道岔技术-2.ppt

1,无碴轨道与高速道岔技术 （二）,西南交通大学土木工程学院 王平 教授,2,一、概述 二、高速道岔设计理念 三、国外高速道岔发展概述 四、我国客运专线道岔的设计与技术引进 五、高速道岔的铺设与施工 六、结论,3,一、概述,1、道岔及其组成,道岔是机车车辆从一股轨道转入或越过另一股轨道的线路设备，是铁路轨道的重要组成部分道岔是线路上和薄弱环节，是影响列车行车速度和安全的关键设备之一，在高速铁路中占有十分重要的特殊地位4,5,股道连接与跨越设备,6,九州新干线 鹿儿岛中央站 交叉渡线60K16#,7,道岔组成转辙器、辙叉、导曲线岔枕、扣件转换系统、监测系统、融雪设备 道岔是轨道技术的集成、是机电一体化设备8,,转辙器部分 辙叉部分 导曲线部分 转辙机及连杆 锁闭系统 监测系统,,,,,,基本轨 尖轨 岔枕 扣件 融雪装置 过渡段,,,,,,,9,心轨 翼轨 铰接岔枕,,,,10,2、高速道岔分类,以道岔功能分类： 站线道岔：直向高速、侧向低速，用于列车进站停车 渡线道岔：直向高速、侧向中速，用于列车换线运行 联络线道岔：直向高速、侧赂高速，用于上下高速线,11,站线道岔,12,渡 线 道 岔,13,上越新干线联络线道岔,14,以道岔辙叉类型分类：固定型辙叉可动心轨辙叉 以道岔号数分类：9、12、18、38、65等。

道岔号数N=ctg14α（辙叉角）侧向速度越高，道岔号数越大15,高锰钢整铸式固定辙叉,16,合金钢拼装式固定辙叉,17,长 短 心 轨 拼 装 式 可 动 心 轨 辙 叉,18,整体叉心式可动心轨辙叉,19,,辙叉角,20,9号道岔,21,,12号道岔,22,18 号 道 岔,23,38号道岔,24,二、高速道岔设计理念,具有高速道岔业绩的国家有： 德国：无碴道岔技术先进，以BWG为代表 法国：拥有道岔世界速度纪录，以COGIFER为代表 日本：道岔技术自成体系，以铁道机器（株）公司为代表 英国：重载客货混运，时速250km/h经验，以Balfoue Beatty为代表 中国：拥有200km/h提速道岔技术，以中铁山桥、宝桥为代表 奥地利：拥有200km/h固定辙叉先进技术，如锰钢辙叉焊接技术 前苏联：拥有200km/h固定辙叉先进技术，如爆炸硬化技术,25,1 、系统化设计应以系统论的观念来进行高速道岔的设计： 1）电务与工务是两个相互影响的一体化系统 2）道岔为高精密的机械设备而不是简单粗糙的工程结构物 3）岔枕影响着工务及电务系统正常工作状态的，与钢轨件同等重要，其制造误差标准应大幅度提高。

4）道岔监控系统及融雪设备是工务及电务系统能否正常工作的可靠保证，进行养护维修的依据5）道岔应考虑与高速铁路轨道结构的整体性与一致性无论多在号码的道岔，均要以高速的理念来进行设计26,2、 高速道岔应具有与区间线路相同的行车舒适性在保证高速行车安全性的前提下，高速道岔设计应重视旅客列车在道岔中的舒适性，使之能尽量与区间线路相同1）平面线型除日本采用复合圆曲线设计38号道岔外，德国和法国都在高速道岔设计中采用了缓和曲线，与圆曲线相比，随着曲率半径增大降低了未被平衡的离心加速度及其增量，有利于提高旅行舒适度2）结构设计法国从理论和试验上研究了轨底坡的量值以获得最优的等效锥度，旨在减缓列车蛇行运动与摇摆此外法国还通过优化尖轨降低值以提高列车运行平稳性德国研究在尖轨尖端附近将轨距扩大15mm的技术（FAKOP），一方面可以增加采用缓和曲线后尖轨的顶面宽度，另一方面可消除部分横向不平顺，减缓列车的蛇行运动实践证明可使尖轨使用寿命提高一倍以上德国为了降低岔区的轮轨动力作用对道床的破坏，采用了高弹性的硫化橡胶基板，可大大降低车体的竖向振动加速度同时合理设置道岔前后过渡段长度和刚度，可保证道岔区各部位的轨道整体刚度一致，以减缓列车在道岔内的竖向振动。

27,3、 高速道岔应具有可靠的安全性道岔是轨道结构中的薄弱环节，安全性相对较低，但高速铁路从未在高速道岔中发生一起脱轨事故，这与高速道岔设计中采用了多项安全保证措施有关1）高速道岔的试验检算速度按设计速度增加10%，进行理论检算及试验考核，以保证道岔在设计速度（运营速度）时的绝对安全2）可靠的锁闭、密贴检查设备除日本采用内锁闭系统外，德法两国均采用外锁闭系统，同时三国在尖轨及心轨牵引点间设置密贴检查器，进行尖轨与基本轨、心轨与翼轨的密贴状态检查3）合理的无缝道岔技术日本在车站咽喉区两端设置伸缩调节器，而德法是在道岔结构通过心轨跟端结构加强、扣件扣压力保证、设置限位器（德国）等措施限制尖轨及心轨伸缩位移；转换系统的锁闭机构能在锁闭及解锁状态下允许尖轨及心轨有一定范围的自由伸缩4）可动部分等薄弱环节的强度保证除日本38号道岔尖轨采用焊接外，德法两国为了安全，长大尖轨均不焊接，防止因焊接质量而导致尖轨折断等潜在问题出现；尖轨制造过程中不允许发生扭曲，避免在尖轨中产生过大的残余应力28,4、 高速道岔应具有高平顺性及低维修工作量无论从列车安全还是从降低养护维修工作量角度看，高平顺性一直是贯穿于高速道岔设计、制造、组装、运输、铺设、养护等各个环节中的最为重要的指导思想。

1）控制不足位移及可动件部分的线型 优化牵引点布置，减小尖轨及心轨长度，采用减摩装置等是消除不足位移的有效措施 2）十分严格的制造与组装公差 3）道岔定期打磨及机械化铺设维修为了在使用过程中也要随时保持高平顺性，在吊装、运输及铺设中均采用大型设备，预防其产生变形；定期检测道岔的几何形位，定期对钢轨进行打磨29,5、完善的道岔动力学计算及试验德法除型、轨距扩大技术等模拟方面采用了仿真软件外，在道岔结构设计、刚度设计和转换计算方面均采用了准静态轨道强度计算理论或有限元结构分析程序部件性能和道岔整体动力性能都分别在室内和现场进行了大量的试验，道岔性能也是通过试验反馈和现场应用经验的不断完善、成熟起来的30,三、国外高速道岔发展概述,1、法国高速道岔1975年开始，科吉富（cogifer）就成为法国国铁最紧密的合作伙伴1981年设计和制造了第一代木岔枕 高速道岔的线型 (46号和 65号，单肢三次抛物线)，实现270 km/h 的旅行速度第二代道岔主要是将单肢抛物线该为圆缓线型，混凝土岔枕，有碴道床， 1990年创造了501 km/h直向过岔的世界纪录目前法铁在巴黎至马赛的线路上普遍应用的是第三代道岔，行车速度达到300km/h。

第四代道岔主要是在第三代的基础上采用了NiCr减磨镀层和可调滚轮，目前有6组正在试用，并计划推广应用至速度330km/h以上的新线上到目前为止，在世界各国应用的cogifer的高速道岔大约有1000组31,1990 : 创造世界过岔纪录 501 km/h 时的速度－距离图,32,cogifer公司道岔使用情况,33,,,,,（1）线型：圆缓型 65号道岔 : 侧向速度230 km/h,外轨欠超高,外轨欠超高时变率,长度,长度,法国高速道岔主要技术特点：,34,（2）从蛇行运动角度分析，认为1：20轨底坡较优,1：20轨底坡,1：40轨底坡,35,（3）一机多点转换技术,集成转换驱动,,,,,,,,,,,,,Bell 曲拐,,,,,,,,,,连杆,一个转辙机,36,,,NiCr镀层,,,可调滚轮,（4） 无需润滑的转换技术,NiCr镀层,,,,37,（5）锰钢摇篮式辙叉,38,（6）跟端均匀受力的专利结构,39,（7）弹片式扣件系统,40,（8）高精度的混凝土岔枕,先张位 置区域,连杆及 线缆槽,连接结构,41,（9）可靠的尖轨锁闭与检查装置VCC,,,42,（10）心轨锁闭与检查装置VPM,内置式 尖轨定位及锁定检查器,,43,“PAULVE”型转换状态检查器,44,（11）监测系统与融雪设备,在法国高速铁路道岔上安装有SIEMA公司开发的《道岔监测及道岔环境监测系统》及道岔监测装置，该系统目前正在法国高速铁路上进行试验。

道岔融雪装置,45,2、德国高速道岔,德国BWG公司是专业生产道岔的公司，其产品除本国使用外，还大量出口至西班牙、荷兰以及台湾该公司每年可以生产2500组组装好的道岔，并拥有100多项专利德国高速铁路80年代中期研制的高速道岔线型采用复合圆曲线组合方式，有碴道床，随着使用经验的积累，以及研究、试验和道岔动力仿真分析的深入发展，当发现锁闭装置有问题后发展了滚轮的减磨措施，同时固定心轨跟端，零部件也不断更新，并发现采用小半径＋大半径的复合圆曲线方案尖轨磨耗严重从1996年开始，逐步采用了缓圆缓的线型方案，并研究高弹性的橡胶垫板系统，其技术含量非常高BWG公司道岔的发展方向就是不断完善整体道床道岔的技术，这一技术在世界上也被认为是最先进的46,（1）平面线型 德国高速铁路的道岔按缓圆缓的线型进行设计，可分为50、39.1、23.7、19.2、14号，侧向速度分别为220、160、100、80km/h47,（2）FAKOP式轨距加宽设计,48,（3）多机多点转换,49,（4）限位器传递纵向力技术,50,（5）外锁闭,51,（6）弹性基板,52,,（7）滚轮式滑床板,53,（8）强有力的辙叉跟端结构,54,（9）有碴轨道中的钢岔枕及铰接岔枕,55,（10）监测系统与融雪设备,RODAMASTER2000道岔监测系统，该系统安装于高速道岔。

对道岔的监测数据有：尖轨的位置、转辙机的电流、电压、拉力、转换时间、最小轮缘槽、钢轨径向力、钢轨温度、加热装置、并对信号系统和轨道电路做同步的监测该系统的安装与道岔没有机械连接装置，不会影响道岔正常的使用，道岔的监测数据通过网络传送到维护中心，并可用互联网传送信息 融雪设备,56,（11）无碴轨道基础,RHEDA 2000®整体道床系统的道岔技术,57,无碴道岔岔枕,58,台湾高铁无碴道岔,59,3、日本高速铁路道岔,新干线道岔的结构,60,○可动心轨辙叉,○滚珠轴承道床板,○各種融雪装置,・是为新干线而开发的，后来成为高速铁路的世界标准 ・可以解决辙叉轨间线缺线，取消护轨 ・使用耐冲击性较强的高锰钢,・降低尖轨的转换力 ・取消对转辙器的给油和清扫工作,・电动温风加热器 ・温水喷水器 ・温水洒水器,,,,轨尖可動交叉轨道,温水喷水器,滚珠轴承道床板,61,合成轨枕,62,4、英国客货混运道岔,为美国制造了轴重30T、最高速度250km/h的客货混道岔具有以下技术特点：,（1）sampson riser 尖轨设计,尖轨粗壮度增加，耐磨63,（2）合金钢叉心,64,（3）钢岔枕与钩形外锁,65,（4）岔枕铰接技术,66,（5）滚轮式滑床台,67,,（6）融雪设备,68,四、我国客运专线道岔的设计与技术引进,1、我国道岔技术发展,我国道岔发展经历了以下几个阶段： （1）75型道岔：钢轨组合式固定辙叉，刚性扣件，最高速度100km/h。

我国第一代定型道岔 （2）92型道岔：高锰钢整铸式固定辙叉，弹性扣件，最高速度120km/h我国第二代定型道岔 （3）提速道岔：可动心轨辙叉，最高速度160km/h为我国铁路干线提速起到了关键作用 （4）99改进型道岔：92型道岔的升级，混凝土岔枕，高锰钢及合金钢组合式固定辙叉，最高速度120km/h （5）秦沈线道岔：最大号码38号，最高速度200km/h暴露出我国与国外高速道岔的差距 （6）提速Ⅰ型道岔：可动心轨辙叉，最高速度200km/h将应用于第六次提速改造线路上69,92型道岔,70,99型道岔,71,秦沈线38号道岔,72,2、我国道岔的差距96年以前，道岔设计采用几何加经验，静力强度设计为主；96年至今，我校发展了道岔动力学、无缝道岔、道岔转换设计、部件强度动力设计、道岔刚度设计理论，建立了时速200km/h设计理论体系在国内处于领先地位在提速道岔研制方面与国际先进水平同步在高速道岔研究方面，存在着较大差距： （1）工电一体化存在较大差距 （2）轮轨关系及道岔动力学、轨道刚度匹配等研究尚有待深化 （3）精品道岔意识尚待树立 （4）提高道岔组装精度 （5）缺少道岔监控系统 （6）缺乏双肢弹性可弯、无碴道岔、桥上无缝道岔应用经验 （7）尚存在转换不足位移及无缝线路卡阻现象 （8）尚需大幅度提高道岔制造标准与工艺水平 （9）研究力量分散，缺乏道岔试验系统。