27 t轴重60 kg/m钢轨12号5.0 m线间距交叉渡线道岔设计

张立军 葛晶 樊小平

1.铁科（北京）轨道装备技术有限公司，北京102202；2.中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京100081

交叉渡线道岔是使机车车辆由一条线路既可进入又可越过另一条线路的轨道设备，可以缩短站场长度，减少占地面积，在铁路上得到广泛应用［1］。国内研制的27 t重载60 kg/m钢轨12号单开道岔已上道使用，通过现场跟踪试验，可有效延长重载铁路道岔及其部件的使用寿命，达到了预期效果［2-4］。

为满足与重载道岔配套的迫切需求，本文对27 t轴重60 kg/m钢轨12号道岔配套的交叉渡线道岔进行设计。该交叉渡线由四组12号单开道岔和一组菱形交叉组合而成。四组12号单开辙叉（简称单叉）、两组6号锐角辙叉和两组6号钝角辙叉组均采用合金钢组合辙叉，可满足线路无缝化需求。

1 我国交叉渡线道岔路现状

根据现场调研及用户反馈，我国交叉渡线道岔主要存在以下问题：①高锰钢锐角和钝角辙叉易磨耗，如图1（a）、图1（b）所示；②辙叉心轨尖端至50 mm断面处剥落掉块、压溃、裂纹，如图1（c）所示；③钝角辙叉的护轨折角容易被轮背磨成圆弧，减小了护轨作用，增大了有害空间长度，容易发生撞尖，如图1（d）所示；④岔枕铰接装置安装困难，如图1（e）所示。

图1 交叉渡线道岔现状

2 设计原则与设计指标

参照文献［5］，确定道岔的设计原则与设计指标。

2.1 设计原则

1）道岔结构形式与单开结构一致。

2）针对既有交叉渡线道岔使用中存在的问题进行优化设计，延长道岔及其部件的使用寿命。

3）采用固定型辙叉，造价低，易更换，维修工作量小，适应重载铁路养护维修的现状。

4）轨下基础为混凝土岔枕。

5）适用于跨区间无缝线路。

6）高性价比。

2.2 设计指标

1）道岔容许通过速度

直向：客车160 km/h；重载货物列车（牵引质量8 000 t及以上或27 t轴重）100 km/h；其他货物列车120 km/h；侧向：45 km/h。

2）线间距

线间距取5.0 m。

3）使用寿命期望值

使用寿命是重载道岔的核心问题。重载铁路上曲线尖轨和辙叉的使用寿命低于既有铁路，该问题的难度不亚于高速道岔平顺性问题的难度。根据中国重载道岔技术发展水平和制造工艺现状确定的辙叉和曲线尖轨使用寿命期望值（在合理的养护维修情况下）为：①直尖轨直向通过总质量不少于4亿t；②曲尖轨侧向通过总质量不少于1亿t；③辙叉直侧向通过总质量不少于3亿t。

3 平面线型设计

3.1 交叉渡线道岔主要平面尺寸

为了保证道岔的通用性和互换性，27 t轴重重载道岔用60 kg/m钢轨12号5.0 m间距交叉渡线道岔的主要尺寸与160 km/h的提速道岔用交叉渡线道岔相同，线型和主要平面尺寸如图2所示。

图2 交叉渡线道岔线型和主要平面尺寸（单位：mm）

道岔轨距变化情况：道岔侧股轨距加宽5 mm，自道岔基本轨前端开始逐渐加宽，尖轨尖端处的轨距为1 440 mm，在辙叉趾端前轨距逐渐由1 440 mm过渡到1 435 mm。在钝角辙叉范围内轨距采用1 440 mm，在锐角辙叉趾端过渡到1 435 mm。

3.2 转辙器

转辙器部分的设计与27 t轴重60 kg/m钢轨12号单开道岔转辙器相同。

3.3 渡线单叉及护轨

1）渡线单叉采用单开道岔辙叉，全长5 992 mm，趾长2 038 mm，跟长3 954 mm。

2）单叉直向护轨采用单开道岔的直向护轨，长度为6 900 mm。

3）布置交叉渡线时，由于单开辙叉所用侧向护轨过长，位于51J号—62Z号岔枕，与锐角辙叉（起点在61号岔枕）互相干涉，因此要重新设计。交叉渡线的单开辙叉用侧向护轨仍采用33 kg/m槽型钢轨，长度为4 800 mm，护轨平直段长度为1 340 mm，缓冲段长度为1 580 mm，开口段长度为150 mm，位于53J号—60Z号岔枕上，其布置如图3所示。

图3 12号交叉渡线中的单开辙叉侧向护轨（单位：mm）

修改后，侧向护轨缓冲段的冲击角β由0°30'0″变为0°49'58″。侧向速度为45、50 km/h时，动能损失分别为0.43、0.53 km2/h2，均小于区间线路的最大动能损失限值0.65 km2/h2。

3.4 菱形交叉

为了改善列车运行条件，使制造和维修更为便利，在钝角辙叉范围内轨距采用1 440 mm。锐角辙叉趾长1 627 mm，跟长1 955 mm；直、侧向护轨长度均为2 930 mm。钝角辙叉总长4 676 mm，如图4所示。

图4 菱形交叉示意（单位：mm）

4 道岔结构设计

4.1 转辙器

1）采用弹性可弯尖轨。在基本轨和尖轨密贴段将基本轨工作边一侧刨切5 mm，以增加尖轨厚度。防止尖轨尖端掉块和压溃，延长尖轨使用寿命。

高校辅导员的主要工作任务是以学生为中心，为学生服务，而在现代大学生活中，一部分辅导员缺乏对自身职责的准确定位，严重背离了辅导员的职责，影响学生的管理工作，更有甚者，对于自己所带的学生还认不全。为了避免这种现象的发生，高校辅导员必须准确定位自身职责，努力做好学生管理工作。

2）转辙器跟端设置大位移限位器，既可防止特殊情况下尖轨的非正常爬行，又可防止在尖轨跟端产生温度力作用下的轨向不良。

4.2 渡线单叉及护轨

1）固定型辙叉采用合金钢组合辙叉或高锰钢组合辙叉。

2）固定型辙叉可采用心轨加宽设计［6］，增加心轨承载面积，降低接触应力，减少磨耗；心轨变得更加粗壮后，塑性变形减少或可完全避免。

3）根据轮轨匹配优化固定型辙叉心轨和翼轨顶面轮廓。将1∶5工作边+R13圆弧+1∶20轨顶坡优化为1∶5工作边+R15圆弧+R80圆弧+1∶15轨顶坡的新型轨顶轮廓。优化后车轮踏面和新轨顶轮廓在R80圆弧段接触，接触应力降低至原接触应力的54%，可减少辙叉心轨和翼轨在辙叉使用早期的磨耗［7］。

4）基于轮轨匹配优化心轨降低值和翼轨抬高值，其中翼轨抬高值为6 mm。

4.3 锐角辙叉

锐角辙叉整体结构与单叉相同，如图5所示。心轨材质为合金钢；叉跟轨选用U75V在线热处理钢轨或贝氏体钢轨制造；翼轨选用U75V在线热处理钢轨与合金钢钢轨焊接的结构或选用整根合金钢钢轨。叉心为心轨和叉跟轨组合的拼装结构，钢轨件之间采用间隔铁与高强螺栓联接，共采用了9个单、双孔间隔铁配合11根高强螺栓将心轨、叉跟轨、翼轨拼装成一个整体。

图5 锐角辙叉结构

图6 心轨组件结构

4.4 钝角辙叉

钝角辙叉由基本轨、叉心组件、护轨、间隔铁及其连接零件组成，如图7所示。钝角辙叉基本轨由整根钢轨加工制造；叉心组件为锻制心轨和普通钢轨拼接的组合件；护轨由75 kg/m合金钢钢轨加工而成。

图7 钝角辙叉结构

4.5 扣件系统

4.5.1 通用扣件系统

采用预埋铁座连接铁垫板和岔枕的扣件结构形式代替预埋套管结构，如图8所示。这种结构可以提高道岔区扣件系统的横向稳定性，减少扣件维修量。采用Ⅱ型弹条和T形螺栓扣压铁垫板，防止铁垫板下的橡胶垫板被过度压缩，失去弹性。采用弹性夹扣压转辙器部位和护轨部位基本轨，方便维修。

图8 通用扣件系统

4.5.2 交叉渡线道岔用特殊扣件系统

对于受轨件安放空间影响而无法放置常见护轨用扣件系统的交叉渡线道岔须进行特殊设计。

1）渡线单叉区域的护轨扣件系统。对于58Z号—60Z号枕，采用预埋套管与预埋铁座配合、由铁座扣压钢轨的扣件系统。以58Z号枕为例，其护轨扣件结构如图9所示。

图9 58Z号枕护轨扣件系统

2）锐角辙叉区域的护轨扣件系统。对于62Z号—66Z号枕，采用加长的铁垫板。以65Z号枕为例，其护轨扣件结构如图10所示。

图10 锐角辙叉区域护轨扣件系统

4.6 岔枕结构

岔枕断面及配筋图与27 t轴重60 kg/m钢轨12号单开道岔岔枕相同，岔枕上预埋件分为预埋铁座［8］和预埋套管。

4.6.1 岔枕布置

岔枕间距一般情况下为600 mm。在牵引点岔枕间距为650 mm，两侧相应调整为575 mm。岔枕间距布置以钝角辙叉对称中轴为理论中心，两侧对称布置。

岔枕长度与整个道岔区的平面布置形式、扣件钉孔距有很大关系。不同地段长度不同，考虑到工厂生产和现场施工管理上的原因，尽量减少长度的种类且均匀分布。岔枕长度进级为100 mm和150 mm；岔枕最长不超过5.0 m。一般岔枕垂直于直股工作边。交叉渡线单叉及菱形区域岔枕布置如图11所示。

图11 单叉及菱形区域岔枕布置（单位：mm）

4.6.2 岔枕铰接结构设计

交叉渡线道岔区段两线路外侧岔枕端头间距为7.6 m。国内5.0 m线间距交叉渡线道岔岔枕的长度不宜超过4.95 m，须通过铰接方式联结成7.6 m，因此交叉渡线岔枕铰接装置是岔枕设计中的重点［9］。

针对调研中反馈的交叉渡线铰接装置安装问题，新型重载岔枕铰接装置应具有适当的调整量，以满足现场的实际使用需求。新型重载岔枕铰接装置由垫板螺栓、复合钢套、缓冲调距块、板下橡胶垫层、连接板等组成，如图12所示。

图12 新型岔枕铰接结构（单位：mm）

该铰接结构的优点：①弹性铰接，可有效隔断震动的传递。②除连接板、复合钢套和板下橡胶垫层外，其余均采用道岔扣件系统标准件。零部件与道岔扣件系统零部件完全通用，易于更换和维修。③缓冲调距块［10］分4-11、5-10、6-9、7-8四种型号；复合钢套与缓冲调距块配套使用可实现单侧轨枕-5～5 mm的调整量，岔枕离缝实现±10 mm的调整量，基本满足现场实际使用需求。

5 结语

本文设计的交叉渡线道岔填补了目前国内27 t轴重60 kg/m钢轨12号单开道岔无配套交叉渡线道岔的空白，满足了我国重载铁路建设和运输发展对新型重载道岔的迫切需求。主要创新点包括：该交叉渡线道岔可与现有160 km/h的提速道岔用交叉渡线道岔实现替换；其单开辙叉、锐角辙叉和钝角辙叉均采用合金钢组合辙叉，可延长道岔及其部件使用寿命；弹性铰接装置可有效隔断震动的传递，调整铰接岔枕之间离缝。