重载道岔轨底坡设置研究

重 载 道 岔轨 底 坡 设 置 研 究
何 雪峰 ，高 亮 ， 许 有 全 ，辛 涛
１ ０ ０ ０ ４ ４ ）
（ １ ．中铁 工程 设 计 咨 询 集 团 有 限 公 司 ， 北 京 １ ０ ０ ０ ５ ５ ； ２ ．北 京 交 通 大 学 ， 北京
摘 要 ： 轨 底 坡 作 为道 岔 的 主要 参 数 ， 直接影响钢轨使 用寿命 ， 结合 ３ ０ ｔ 轴 重重载道 岔研 究需要 ， 对轨底坡 进行 系 统研 究 。 针 对 重 载 线 路 道 岔 鱼 鳞 纹 、 掉 块、 肥边等病 害， 运 用车辆轨道耦 合动 力学理论 ， 对２ ５ ｔ 轴 重货车通 过不 同 轨 底 坡 道 岔 时 的 动 力 响 应 进 行 分 析 。结 果 表 明 ： 轨底坡增 加 ， 横 向轮 轨 力 、 接 触应 力和安全 指标 ， 导 曲 线上 股 钢 轨
磨 耗 功 都 有 不 同程 度 的 降低 ， 长期 观 测 结 果 显 示 ， 采 用 １： ２ Ｏ轨 道 坡 的 试 验 道 岔 ， 导 曲 线钢 轨 光 带居 中 ， 未见伤损。
关键词 ： 重 载铁 路 ；３ ０ｔ 轴 重 ； 重载 道 岔 ；轨 底 坡 中图分类号 ： Ｕ ２ １ ３ ． ６ 文献 标 识 码 ： Ａ Ｄ Ｏｌ ： １ ０ ． １ ３ ２ ３ ８ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ４ － ２ ９ ５ ４ ． ２ ０ １ ５ ． １ １ ． ０ ０ ３
逼 岔 纵 向位 置 ／ ｍ
图７ 曲线 下 股 钢 轨 磨 耗 功 时 程 曲线
系数 降低 ， 相 比无 坡 工 况 最 大 降 幅 ２ ２ ％； 上 股 钢 轨 脱
轨 系数局 部 略增 ６ ％， 增 幅不 明显 。 轮重 减载率 时程 曲线 如 图 ５所 示 。直线 段轮 重减 载率 为 ０ 。第 １ 位 轮对 进入 曲线后 轮 重减 载率 出现两
１ 概 述

维修 的工作量 也较 大 。
重 载道 岔轨底 坡 设 置 的研 究 ， 是 提 高 道 岔整 体 耐
重 载铁 路具 有对 大 宗 货 物 高效 运 输 的优 势 ， 在国
外 得到 了快 速发 展 ， 具 有代 表性 的有 南非 、 澳 大利亚 和
磨性 、 改善轮 轨接 触关 系 和 延 长道 岔 使 用 寿命 的关 键 参数 之一 。国 内的道 岔设 计 ， 长 期 以来 一 直不 设 轨
ａ ｘ ｌ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ ｆ ｒ ｅ ｉ ｇ ｈｔ ｃ ａ ｒ ｐ ａ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｕ ｒ ｎ ｏ ｕ ｔ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｉ ｌ ｃ ａ ｎ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ － ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｃ ｏ ｕ ｐｌ ｉ ｎ ｇ ｄ ｙ ｎａ ｍｉ ｃ ｓ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ｉ ｎ ｐ ｅ ｒ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｏ ｆ ｉｎｅ ｆ ｃ ｏ ｒ ｎｅ ｒ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ，ｆ ａ ｌ ｌ — ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ，ｆ ａ ｔ ｅ ｄｇ ｅ ａ ｎ ｄ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｄ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ．Ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
技术 标 准 ， 其 结构 形式 与提 速道 岔基本 相 同 ， 采 用分 开
式 弹性 扣件 、 固定型辙叉和可动心轨 辙叉、 混 凝 土 岔 枕 。 由于没 有 针 对 重 载铁 路 的 特 点 进 行 专 门 的研
２ ０ ０ ２年成 都 局 在 成 渝 线 重 庆 附 近 的 小 半 径 曲线 上进 行 了 １： ２ ０轨底 坡 的铺 设 试验 。铺设 位置 曲线 半 径分 别 为 ２ ８ ６ ｍ和 ４ ５ ０ ｍ， 目前仍 在使 用 ， 如图 ２所 示 。 从现 场 的使用 情况来 看 ， 采 用 １： ２ ０轨 底 坡后 弹条 折
底坡 ， 从 提速 道岔 开始设 Ｉ： ４ ０轨底 坡 ， 而对于 既有 重
美 国等 国家 ， 这些 国家在 重 载 铁 路 道 岔方 面均 有 较 为 成熟 的技 术 和产 品 … 。
载线 路如 大秦 线等采 用 的道岔 沿用 的仍 是提 速道 岔 的 标准， 从 道岔使 用情 况来 看 ， 目前轨 顶面 的光带 普遍 偏
ｔ ｕｒ ｎ ｏ ｕ ｔ ｗｉ ｔ ｈ １ ：２ ０ ｒ ａ ｉ ｌ ｃ ａ ｎ ｔ ｈ ａ ｓ ｉ ｔ ｓ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｂａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍｉ ｄ ｄ ｌ ｅ ｏ ｆ ｕ ｐ ｐ ｅ ｒ ｓ ｕｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｇ ｕ ｉ ｄ ｉ ｎ ｇ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｒ ａ ｉ ｌ
１ ２
铁
道 标 准 设 计
第 ５ ９卷
系数 为 正 ， 下 股 钢轨 的为 负 。在 直线 段 ， 无坡、 １： ４ ０ 、 １： ２ ０轨 底坡 ３种 工况 （ 以下顺 序 同 ） 的脱 轨 系数 最大 值０ ． １ ０ ３ 、 ０ ． ０ ９ ７ 、 ０ ． ０ ７ ３ ， 随着 轨 底 坡 增 大 ， 脱 轨 系数 降
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｒａ ｉ ｌ Ｃａ ｎｔ ｏ ｆ Ｈｅ ａ ｖ ｙ Ｌｏ ａ ｄ Ｔｕｒ ｎ ｏ ｕ ｔ
ＨＥ Ｘｕ ｅ ｆ ｅ ｎ ｇ ，ＧＡＯ Ｌ ｉ ａ ｎ ｇ ，ＸＵ Ｙｏ ｕ — ｑ ｕ ａ ｎ ， ＸＩ Ｎ Ｔａ ｏ
ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｌ ａ ｔ ｅ ｒ ａ ｌ ｗｈ ｅ ｅ ｌ － ｒ ａ ｉ ｌ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ， ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ， ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ｉ ｎｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ｗｅ ａ ｒ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ＂ｏ ｕｔ ｓ ｉ ｄ ｅ ｇ ｕ ｉ ｄ ｉ ｎ ｇ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｒ ａ ｉ ｌ ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｒ ａ ｉ ｌ ｃ ａ ｎ ｔ ．Ｔ ｈｅ ｌ ｏ ｎ ｇ — ｔ ｅ ｒ ｍ ｏ ｂｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ
ｗｉ ｔ ｈ ｏ ｕ ｔ ｄ ａ ｍａ ｇ ｅ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ ： Ｈｅ ａ ｖ ｙ ｈ ａ ｕ ｌ ｒ ａ ｉ ｌ ｗａ ｙ；３ ０ ｔ ａ ｘ ｌ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ；Ｈ ｅ ａ ｖ ｙ ｈ ａ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ｎｏ ｕ ｔ ；Ｒａ ｉ ｌ ｃ ａ ｎ ｔ
（ １ ． Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｒ ａ ｉ ｌ ｗ ａ ｙ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃｏ ｎ ｓ ｕ ｈ ｉ ｎ ｇ Ｇｒ ｏ ｕ ｐ Ｃ ｏ ．，Ｌ ｌ ｄ ．，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ５ ５，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ４ ４，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
向里 侧 ， 如 图 １所示 ， 轮 对 与轨 顶 面 的 轨距 角 接 触 ， 造 成钢 轨容 易 出现肥边 或压 溃 ， 进 而 出现剥 离掉 块 。
国内 目前 重 载道 岔 还处 于扩 大 试 用 阶 段 ， 既有 大
秦线、 朔 黄线 等重 载线 路 的道 岔 主 要采 用 提 速 道 岔 的
随着 轨底 坡增 大 ： 直 线段 钢轨磨 耗功 增大 ， 相 比无 坡工 况最 大增 幅 ３ ８ ８ ％， 由于 直 线 段 钢 轨 磨 耗 功 远 小 于 曲线段 ， 直 股钢轨 的磨 耗 不是 道 岔 使 用 寿命 的控 制 因素 之一 。 曲线上 股钢 轨 磨 耗 功 降 低 ， 相 比无 坡 工 况 最大 降 幅 １ ５ ％； 曲 线 下 股 钢轨 磨 耗 功 变 化 不 大 ， 相 比 １： ４ ０轨 底坡 工况 局部最 大增 幅 ９ ％。
ｓ ｔ ｕｄ ｉ ｅ ｄ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ｔ ｏ ｍｅ ｅ ｔ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｎ ｅ ｅ ｄ ｏ ｆ ｈ ｅ ａ ｖ ｙ ｔ ｕｒ ｎ ｏ ｕｔ ｏ ｆ ３ ０ ｔ ａ ｘ ｌ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ ． Ｄｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｐｏ ｎ ｓ ｅ ｓ ｏ ｆ ２ ５ ｔ
断 的情况 大为 减少 。
２ ０ １ ２年 在 太 原 局 的 北 同 蒲 线 、 京 包 线 铺 设 的 ４组
究， 道岔 的强 度低 、 稳定 性差 ， 使用 寿命 短 ， 现场 的养护
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５—０ ３ —２ ５ ；修 回 日期 ： ２ ０ １ ５— ０ ４—１ ５ 基金项 目： 中 国 铁 路 总公 司 科技 研 究 资 助 项 目 （ ２ ０ １ １ Ｇ ０ ２ ８ 一 Ａ） 作者简介 ： 何雪峰（ １ ９ ７ ９ 一） ， 男， 高级 工程师 ， ２ ０ ０ ６年 毕 业 于 北 京 交 通 大学铁道工程专业 ， 工学硕士 ， Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｘ ｆ ｈ ｅ ０ ６ ＠１ ２ ６ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
第５ ９卷
第１ １ 期
铁 道 标 准 设 计
ＲＡＩ ＬＷ ＡＹ Ｓ ＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩ ＧＮ
Ｖｏ １ ． ５９ Ｎｏ． １ １
ＮＯ Ｖ ．２ Ｏ１ ５
２ ０ １ ５年 １ １月
文章 编 号 ： １ ０ ０ ４—２ ９ ５ ４ （ ２ ０ １ ５ ） １ １ —０ ０ １ ０ —０ ４
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ ：Ｒａ ｉ ｌ ｃ ａ ｎ ｔ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｒ ａ ｉ ｌ ｌ ｉ ｆ ｅ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｌ ｙ ａ ｓ ａ ｎ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｕ ｒ ｎ ｏ ｕ ｔ ａ ｎ ｄ ｒ ａ ｉ ｌ ｃ ａ ｎ ｔ ｉ ｓ
０ ． １ ７ ２ 、 ０ ． １ ６ １ ； 上股 钢 轨 脱 轨 系 数 波 动 较 大 ， ３种 工 况
的脱 轨 系数 波 动 范 围 和 幅值 基 本 相 同 ， 对 应 最 大 值
一 ｕ ｖ 言． 邑】 ， 督鞑越 ０ ． ３ ８ 、 ０ ． ３ ８ ６ 、 ０ ． ４ ０ ５ 。随 着 轨 底坡 增 大 ， 下股钢轨 脱 轨
３ ． ３ 轮 轨 力
个波 动 峰 值 ， ３种 工 况 的 轮 重 减 载 率 最 大 值 ０ ． ４ ６ 、 ０ ． ４ ４、 ０ ． ４ ２， 随着 轨底坡 增 大 ， 轮 重减 载率 降低 ， 相 比无
低， 相 比无坡工 况最 大 降幅 ３ ０ ％。
姜
暑
雷 拦
烛
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道岔纵 向位置， ｍ
图６ 曲线 上 股 钢 轨 磨 耗 功 时 程 曲线
道岔纵 向位置， ｍ
图 ４ 脱 轨 系数 时 程 曲线
第 １位轮 对进 入 曲线 后 ， 下股 钢 轨 的脱 轨 系数 在
车轮 进 、 出 曲线 附 近 波动 较 大 、 中部 平 缓 ， 在 曲线 中部 达 到最 大值 ， 此 时 ３种 工 况 脱 轨 系 数 最 大 值 ０ ． ２ ０ ７ 、