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淺談城市軌道交通小號(hào)碼道岔設(shè)計(jì)論文
摘 要:小號(hào)碼道岔在城市軌道交通領(lǐng)域占據(jù)主力市場(chǎng),在城市軌道交通領(lǐng)域發(fā)揮著不可估量的作用。小號(hào)碼道岔設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合城市軌道交通的特點(diǎn),合理地選擇未被平衡的離心加速度和線型,合理地計(jì)算其軌距加寬及解決自身的構(gòu)造加寬問題。小號(hào)碼道岔跟端應(yīng)當(dāng)向彈性可彎方向發(fā)展。小號(hào)碼對(duì)稱道岔需要重新認(rèn)識(shí)并重視起來。
關(guān)鍵詞:城市軌道;小號(hào)碼道岔;設(shè)計(jì)
為緩解交通壓力,愈來愈多的大中城市開始大力發(fā)展城市軌道交通(諸如地鐵、高架輕軌等)。作為軌道系統(tǒng)最薄弱環(huán)節(jié)的道岔,設(shè)計(jì)理念開始了新的轉(zhuǎn)變,不被國鐵重視的小號(hào)碼道岔在城市軌道交通領(lǐng)域卻占據(jù)了主力市場(chǎng),其中以9號(hào)、7號(hào)道岔為代表,廣泛應(yīng)用于各大城市軌道交通。9號(hào)道岔主要應(yīng)用于城市軌道交通正線軌道,7號(hào)道岔主要應(yīng)用于城市軌道交通車輛段及車場(chǎng)線。值得一提的是最近廣州城市軌道交通4號(hào)線大學(xué)城專線段又采用了5號(hào)道岔,大大節(jié)省了車輛段占地面積。小號(hào)碼道岔在城市軌道交通領(lǐng)域發(fā)揮著不可估量的作用,重新被城市軌道交通設(shè)計(jì)及施工人員所認(rèn)識(shí)。
小號(hào)碼道岔之所以被廣泛應(yīng)用于城市軌道交通,與城市軌道交通的特點(diǎn)密不可分。城市軌道交通與國鐵相比,通過速度較低,所以小號(hào)碼道岔即可滿足;但旅客舒適度要求較高,即要求未被平衡的離心加速度較小。這里需要說明的一點(diǎn)是合理地選擇未被平衡的離心加速度�！兜罔F設(shè)計(jì)規(guī)范》(ＧＢ50157—2003)第6 2 8條規(guī)定:曲線的最大超高值為120ｍｍ。當(dāng)設(shè)置的超高不能滿足行車速度要求時(shí),允許有不超過61ｍｍ的欠超高,即允許有0 4ｍ/ｓ2的未被平衡離心加速度。此處的未被平衡離心加速度是指正線,為保證旅客舒適度而定的。而城市軌道交通用道岔主要是為空載列車提供折返、停放、檢查、轉(zhuǎn)線及出入段作業(yè)設(shè)置的,不存在旅客舒適度問題。經(jīng)測(cè)試Δ0=0.4～0.68ｍ/ｓ2時(shí),旅客無不良感覺,國鐵采用Δ0=0 5ｍ/ｓ2。因此,地鐵道岔采用Δ0=0.5ｍ/ｓ2設(shè)計(jì)即可。
小號(hào)碼道岔的設(shè)計(jì),雖然不像高速大號(hào)碼道岔那樣有復(fù)雜的線型,但作為城市軌道交通的主力分子,線型的優(yōu)劣直接影響旅客舒適度,所以要求道岔線型更加圓順。由此,國鐵中小號(hào)碼道岔所用的尖軌由直線線型在城市軌道交通中逐漸轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)為曲線線型。然而,據(jù)上海地鐵9號(hào)道岔的使用情況調(diào)查,上海地鐵的半切線型彈性可彎式曲線尖軌(地岔211)僅使用了4個(gè)月,直線尖軌(國鐵)使用了24個(gè)月,均因磨耗超限下道。曲線尖軌磨耗嚴(yán)重,不管道岔使用工況是否特殊,就其原因主要還是道岔的尖軌線型不夠合理,需要進(jìn)一步研究。目前,為廣州城市軌道交通4號(hào)線大學(xué)城專線段所作的9號(hào)道岔是將尖軌線型由切線型改為相離型,希望可以改變曲線尖軌磨耗嚴(yán)重的現(xiàn)象。因此,小號(hào)碼道岔的設(shè)計(jì)在方案謹(jǐn)慎合理比選的同時(shí),還必須進(jìn)行試制試驗(yàn)。
在小號(hào)碼道岔的設(shè)計(jì)過程中,首先遇到的“難題”就是軌距加寬問題。之所以稱其為“難題”并不是因?yàn)檐壘嗉訉捴刀嗝措y算,而是目前中國城市軌道交通市場(chǎng)有一個(gè)怪現(xiàn)象,那就是軌道工程總是比機(jī)車車輛先行,即“路”都建好了,還沒有“車”。作為軌道設(shè)計(jì)本來就需要有機(jī)車車輛資料,尤其是有了輪對(duì)資料才能計(jì)算軌距加寬值,所以說它“難”。目前設(shè)計(jì)中只能還是以國鐵的設(shè)計(jì)思想,按照《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(ＧＢ50157—2003)的規(guī)定來進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)計(jì)算,這對(duì)小號(hào)碼道岔的設(shè)計(jì)十分不利。
小號(hào)碼道岔設(shè)計(jì)的另一個(gè)難題就是自身的構(gòu)造加寬問題。主要發(fā)生在直線尖軌與曲基本軌的配合上,需要檢算最大軌距值是否超限。目前,道岔設(shè)計(jì)號(hào)數(shù)不大于12號(hào)的道岔,尤其是小號(hào)碼道岔,由于側(cè)向通過速度較低,加工上為了便于保證直線尖軌與曲基本軌的密貼度,直線尖軌0～70ｍｍ斷面采用直線刨切,曲基本軌在直線尖軌70ｍｍ斷面以前彎折為直線段。以這次剛剛設(shè)計(jì)的5號(hào)道岔為例(直線尖軌0～70ｍｍ斷面仍采用直線刨切),當(dāng)尖軌尖端軌距加寬15ｍｍ后,曲基本軌在直線尖軌0～70ｍｍ斷面范圍內(nèi)的最大矢度ｆ=4 5ｍｍ,最大軌距為1454 5ｍｍ,已接近規(guī)定的最大軌距(1456ｍｍ)�？上攵�,道岔號(hào)碼愈小,曲基本軌在直線尖軌0～70ｍｍ斷面范圍內(nèi)的矢度愈大,有可能超限。換言之,在超限情況下,直線尖軌0～70ｍｍ斷面就不能再采用直線刨切,若采用曲刨又難以保證直線尖軌與曲基本軌的密貼度。所以,這也是道岔設(shè)計(jì)和制造人員今后需共同努力的地方。
城市軌道交通中應(yīng)用的小號(hào)碼道岔不能簡(jiǎn)單照搬國鐵,因?yàn)閮烧邞?yīng)用的條件不同,范圍亦不同。所以,在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)充分考慮到城市軌道交通的特點(diǎn)。目前,小號(hào)碼道岔轉(zhuǎn)轍器跟端設(shè)計(jì)沿襲了國鐵設(shè)計(jì),多為間隔鐵式活接頭聯(lián)結(jié)設(shè)計(jì),盡管城市軌道交通機(jī)車車輛較國鐵軸重輕,但其尖軌扳動(dòng)較國鐵頻繁,跟端活接頭設(shè)計(jì)不利于尖軌的頻繁搬動(dòng),且國鐵線路已開始推廣采用跨區(qū)間無縫線路,取得了良好的使用效果。而城市軌道交通,至今還未見采用。由于地鐵線路溫差較小,采用跨區(qū)間無縫線路是非常有利的。為此,今后的道岔設(shè)計(jì)應(yīng)考慮適用于跨區(qū)間無縫線路,應(yīng)當(dāng)向跟端彈性可彎發(fā)展(國外小號(hào)碼道岔大多為此設(shè)計(jì))。當(dāng)然,目前我國城市軌道交通中轉(zhuǎn)轍器跟端采用活接頭設(shè)計(jì)還是彈性可彎設(shè)計(jì)直接影響到道岔造價(jià),具體來說主要是電務(wù)轉(zhuǎn)換設(shè)備造價(jià)。以9號(hào)道岔為例,轉(zhuǎn)轍器跟端采用活接頭設(shè)計(jì)時(shí),需用1套電務(wù)轉(zhuǎn)換裝置;若采用跟端彈性可彎設(shè)計(jì)時(shí),由于尖軌長度較長,需用2套電務(wù)轉(zhuǎn)換裝置。這也是我國大多數(shù)城市軌道交通小號(hào)碼道岔中沒有采用跟端彈性可彎設(shè)計(jì)的主要原因。所以,很有必要研究小號(hào)碼道岔一點(diǎn)牽引的可行性。這對(duì)今后城市軌道交通小號(hào)碼道岔的發(fā)展方向有著非常積極重要的作用。
小號(hào)碼道岔設(shè)計(jì)看似簡(jiǎn)單,實(shí)際在設(shè)計(jì)過程中,尤其采用跟端活接頭設(shè)計(jì)時(shí),轍跟部分是個(gè)難點(diǎn)。道岔號(hào)碼越小,所用的零件越多,所以設(shè)計(jì)者不僅要細(xì)心,還需要有足夠的耐心。以這次剛剛設(shè)計(jì)的5號(hào)道岔為例,由于道岔號(hào)數(shù)小,半徑只有65ｍ,在轉(zhuǎn)轍器轍跟處,彎曲矢度大,光是鋼軌墊圈就用了8種,所以這個(gè)地方設(shè)計(jì)時(shí)很容易遺漏東西。這也是小號(hào)碼道岔設(shè)計(jì)的特別之處,應(yīng)該引起設(shè)計(jì)人員的足夠重視。
特別要指出的是小號(hào)碼道岔家族中還有一個(gè)重要的成員就是小號(hào)碼對(duì)稱道岔,長期以來被人們所忽視。尤其在存車線及折返線設(shè)計(jì)時(shí),過去大多采用的是9號(hào)單開道岔的渡線,而國外城軌交通軌道連接道岔號(hào)數(shù)的采用比較靈活,例如德國,兩正線間設(shè)存車線時(shí)多用對(duì)稱道岔。采用對(duì)稱道岔,縮短道岔咽喉區(qū)的長度,能夠降低地鐵的工程造價(jià),減少維修成本,有利于行車安全,而且有利于車輛段、停車場(chǎng)的布置,能夠節(jié)約用地,充分發(fā)揮土地的使用效能。當(dāng)然,為了適應(yīng)提高折返線過岔速度的需求,提高運(yùn)能對(duì)稱道岔需進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)(例如要采用曲線型尖軌和曲線型固定轍叉等)。曾經(jīng)有人計(jì)算過,以在車站正線間設(shè)置線間距為4ｍ的存車線為例,采用4 5號(hào)對(duì)稱道岔布置道岔咽喉較目前常用的9號(hào)單開道岔布置道岔咽喉,其長度可縮短32ｍ,地下車站可節(jié)約投資350萬元,高架車站可節(jié)約投資100萬元。所以,號(hào)碼對(duì)稱道岔需要重新認(rèn)識(shí)并重視起來。
總之,小號(hào)碼道岔日益被從事城市軌道交通設(shè)計(jì)及施工人員所重視,作為設(shè)計(jì)者很有必要對(duì)其進(jìn)行學(xué)習(xí)研究,不斷優(yōu)化設(shè)計(jì),使我國城市軌道交通小號(hào)碼道岔邁上一個(gè)新臺(tái)階。
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