道岔设计

第1章绪论

1.1 国内外窄轨铁路的发展

世界铁路的标准轨距为1435mm，小于1435mm的称为窄轨距[1]。

日本由于国土是一狭长地带且地势陡峭,修建窄轨铁路可节省大量投资,故自1872年始建第一条铁路直至20世纪中叶均按窄轨(1067mm)标准修建铁路。20世纪50年代初期,日本经济进入战后复兴时期，1964年10月东海道新干线(东京—新大阪)正式开业。1970年由“日本国有铁道法”决定的重点工程山阳新干线(新大阪—博多),设计最高速度为250km/h,最小曲线半径4000m,于1975年全线开通运营。继东海道新干线和山阳新干线又陆续修建了东北(东京—盛冈)、上越(大宫—新泻)、长野(高崎—长野)等新干线。目前标准轨距的新干线总长约2000km[2]。

澳大利亚1980年有窄轨2683km。南非铁路是由英国留下来的窄轨系统，但是由于重视重载运输，重视以当代重载技术改造运量大的铁路，所以创造了窄轨铁路承运重载列车的世界水平[3]。

在我国窄轨距主要用于工矿企业铁路，目前除在云南省境内有1000mm轨距，只用于货运及短途客运外，河南周口郸城现有一条窄轨线路，每天有两趟客运列车往来郸城和许昌之间。另外开封电厂经新郑至登封间也有一条窄轨线路，不作客运，以运煤为主。窄轨铁路轨距规定为600、762、900mm三种[4,5]，广泛应用于工矿企业和长大地下工程施工中[6]。

1.2 道岔的现状及其发展中存在的问题

1.2.1 道岔的现状

道岔是轨道的连接设备，其功能同样是承受、传递由机车车辆运行引起的各种荷载及引导车轮在轨道上行驶。与普通轨道不同的是在道岔范围内由一股轨道分支成两股或多股，必须通过转辙器(或可动辙叉)可动部件的转换为机车车辆提供转线的可能。在轨线平面交叉点，设置构造较为复杂的辙叉以满足两向轮缘通过的要求。

道岔除构造本身的特殊性外，由此引起的轨线刚度急剧变化，具有量值远非区间轨道所能比拟的平剖面几何不平顺，轨下基础的非等弹性等，导致其与

机车车辆相互作用的荷载及变形复杂，量值大，从而影响列车容许通过速度、部件和零件的使用寿命及养护维修工作量。因此，道岔与钢轨接头、小半径曲线始终是工务的三大薄弱环节。

建国以前，我国的道岔有相当数量的日、美、德等国的产品，直至50年代还从波兰、苏联进口以缓解供需矛盾。我国自行设计、制造道岔始于50年代中期。在当时的运输条件、对道岔这个薄弱环节的认识、技术水平及制造手段等因素影响下，结构标准及技术要求具有很大的局限性。随后虽然经历了旧有道岔小型技术改造、统一辙叉号数、制订及多次修订技术标准，但始终处于结构陈旧、仍然集中多种薄弱点而不能适应运输发展要求的被动状态。

为摆脱设备落后的困扰，一方面工务部门对标准道岔进行小改，旨在作力所能及的结构加强，同时强化养护维修，随时保持良好的轨下基础条件(加强捣固)和各部几何尺寸，防止爬行，另一方面研制开发新型道岔结构，为升级换代创造条件。从60年代起，大力开展研制工作，诸如:高锰钢整铸辙叉;50AT、6o AT钢轨及用以制作的尖轨和可动心轨，H型、槽形断面护轨结构，刚性可调式轨撑及钢轨扣件，50、60kg/m轨12号、18号可动心轨辙叉等。同时，对于道岔组成部件的制造工艺及设备，先后引进了高锰钢辙叉的真空造型工艺(V法及VRH法)及部分设备、机加工设备及工艺，尖轨加工设备及软件。研制开发了AT轨跟端成形加工工艺及设备，道岔钢轨件中频感应热处理工艺及设备等。

在可动部件转换技术方面，研制开发了双锁闭型电液及电动转换设备，试验外锁闭装置。

经过坚持不懈的努力，在各级领导的关怀、支持和组织下，依靠科技进步，在我国铁路道岔的结构发展、制造工艺及装备的完善、对养护的重视和措施、致力于使转换设备与新型道岔结构相适应等方面，取得了长足的进展，道岔这个薄弱环节有所加强。但离满足当前运输特别是其日益发展的要求相差甚远。

1.2.2 道岔存在的问题

尽管在加强道岔结构、完善制造工艺和手段及养护维修工作已取得巨大成就，但就当前的运输条件而言仍不能适应，更难满足其发展要求。与发达国家相比，差距是明显的。当前存在的主要问题有:

道岔结构方面：道岔主要部件如尖轨、基本轨、导轨及辙叉长度受制造场地、工艺、设备及运输条件等的限制，如60AT尖轨长11.3m，对于可弯式跟端结构过于勉强，很难确保与基本轨之间的最小轮缘槽达到设计要求的。转换

时克服可弯部分弯曲弹性变形的阻力在转换阻力中所占比重较大，制造方面：高锰钢辙叉的铸造缺陷难以避免，直接影响使用寿命。目前生产的高锰钢辙叉质量始终不稳定，因破损失效的产品在通过总重方面的离散度极大。影响的因素可能有:氧化法或返回法冶炼，钢水的净度，浇注温度及速度，一个钢水包的浇注顺序，浇冒口系统及冷铁设置，型砂及清砂方法多水韧处理升温、保温曲线、辙叉在加热炉内的位置及流动水温控制，机加工余量的大小，运营及养护条件[4]。

铺设及转换：由于我国道岔铺设多用人力，道外预铺调整合适后拉上道不仅难以刚好对齐道岔前后轨缝中心，而且几个拉动点不可能均匀同步而不可避免产生扭曲变形，与木岔枕的联结有可能松动，尤其在拉上道后离岔位有一定距离时，情况更为严重，转换设备中挤切销的可靠性难以控制，不挤就断的现象时有发生;现有转换设备的安装装置直接与钢轨刚性联结，轮轨相互作用的冲击、振动对拉杆、转辙机和相关杆件产生直接的影响，恶化了转换设备的工作环境。

1.2.3 关于我国铁路道岔发展的意见

根据铁路发展的技术政策，结合现况及存在间题，参考国外经验，关于我国道岔的发展，提出以下意见:

1.对于既有干线技术改造，由于车站及道岔位置已基本固定，应继续改进正线用60及75kg/m轨12号道岔结构，使之更好地适应客(准高速)、货(重载)混流的运行条件，以避免引起大量的改建工程。对于新建高速客运专线，要研究开发用于正线一到发线的直向高速18号及用于渡线的直向高速、侧向准高速的42~43号(取决于线间距)单开道岔，必要时引进。

2.无论是既有线改造还是新建客、货混运干线，正线道岔的辙叉，应积极发展可动心轨式结构。在新建高速客运专线上，正线道岔必须采用轨线连续的可动心轨辙叉。

可动心轨辙叉不仅因消灭“有害空间”而明显改善轮轨相互作用的条件，提高运行平顺性和旅行舒适度，而且可与相邻钢轨等寿命，养护维修工作量可较同轨型高锰钢辙叉减小47%以上(不计高锰钢辙叉更换工作量)。

关于可动心轨辙叉结构，日本在1964年10月东海道新干线投入运营时采用50T轨18号高锰钢铸造可动心轨、翼轨及叉跟座，因铸造缺陷难以避免，在运营中也出现裂纹。因此在改铺60kg/m轨及往后新建的山阳、东北新干线均采用905轧制轨焊接心轨及标准60kg/m加工翼轨并组合的结构，基础