60kg/m钢轨9号合金钢镶嵌式固定型宽准菱形交叉道岔及其设计方法与流程

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种轨道交叉道岔及其设计方法。

背景技术：

交叉道岔是指两条铁路轨道线路在同一平面相互交叉的一种铁路设备，可以引导列车由一条线路越过另一条线路。最常见的交叉道岔是由两条等轨距的直线轨道相互交叉形成的菱形交叉，当两条轨道的轨距不同时，则形成了具有不同轨距的交叉道岔。

在我国与俄罗斯接壤的中国最大陆运口岸中根据线路需要设有很多1520毫米轨距与1435毫米轨距的宽准轨距交叉设备，随着两国陆上贸易的日益扩大，现有很多交叉设备已不能满足快速与大运量的需求，更加难以达到日益严苛的线路安全要求。

现有的1520毫米轨距与1435毫米轨距的交叉道岔设备中均采用固定型钝角辙叉结构，在日常使用中存在钝角辙岔中轴处构造大轨距1465mm且43kg/m钢轨与木枕连接强度弱等问题，有较大的安全隐患。比如，交叉道岔为43公斤/米钢轨9号宽轨与准轨的菱形交叉道岔，受周围条件限制为非标设备，结构强度低，只能允许机车车辆以10公里/小时的速度通过。在边境口岸，不同轨距之间线路的交叉往往都是连接该口岸站人力换装场、宽轨东吊场、二机场等多个作业场的咽喉道岔，来往中外之间的货物，绝大部分要经此分往各作业场换装，是全站最重要的宽准轨平面交叉道岔设备，但是目前市场上还没有可供在短时间内换装的宽准轨平面交叉道岔，因此，急需开发相应的设备，以提高宽轨与准轨的菱形交叉道岔的强度和运行效率，填补市场空白。

技术实现要素：

本发明提供一种60kg/m钢轨9号合金钢镶嵌式固定型宽准菱形交叉道岔及其设计方法，该60kg/m钢轨9号合金钢镶嵌式固定型宽准菱形交叉道岔具有较高的使用强度和工作寿命，可允许机车车辆快速通过，提高了场站的运行效率，并具有较高的运行安全性。

首先，本发明的60kg/m钢轨9号合金钢镶嵌式固定型宽准菱形交叉道岔，包括锐角辙叉和钝角辙叉；所述钝角辙叉为镶嵌翼轨式合金钢组合式钝角辙叉，所述锐角辙叉也为镶嵌翼轨式合金钢组合辙叉；所述锐角辙叉包括锐角辙叉锻制合金钢心轨、锻制合金钢锐角辙叉心轨护轨、锐角辙叉翼轨镶块、锐角辙叉护轨、锐角辙叉内侧护轨，所述钝角辙叉包括钝角辙叉锻制合金钢心轨、钝角辙叉护轨镶块、钝角辙叉翼轨镶块、钝角辙叉护轨、钝角辙叉翼轨、钝角辙叉轮缘护轨。

固定型锐角辙叉在辙叉咽喉至理论尖端范围内存在轨距线中断，即存在“有害空间”，因此在线路内侧设置护轨，为了保证列车运行更加平顺，保持车轮运行方向，所述锐角辙叉的基本轨护轨一直延伸至钝角辙叉，同时在锐角辙叉翼轨内侧也设置护轨并与钝角辙叉相连。

为了保证列车从辙叉跟端进入交叉时不会冲击翼轨内侧护轨尖端，所述锐角辙叉的尖端为钝化尖端，即，进行了钝化处理。

为了实现安全防护的作用，在钝角辙叉中，车轮的轮缘在离开钝角辙叉锻制合金钢心轨的尖端降低位置前已经进入到钝角辙叉轮缘护轨的平直段中。

其次，本发明还提供了一种60kg/m钢轨9号合金钢镶嵌式固定型宽准菱形交叉道岔的设计方法，该设计方法包括锐角辙叉制备方法和钝角辙叉设计方法，所述锐角辙叉的设计方法包括如下步骤：

（1）选择镶嵌翼轨式合金钢组合辙叉作为锐角辙叉；

（2）在线路内侧设置锐角辙叉内侧护轨，锐角辙叉的基本轨护轨一直延伸至钝角辙叉处，同时在锐角辙叉的翼轨内侧设置护轨并与钝角辙叉相连；

（3）对锐角辙叉的尖端进行钝化处理；

所述钝角辙叉的设计方法包括如下步骤：

（1）对钝角辙叉进行自护检算；

（2）确定宽准轨交叉安全通过的条件是：δx=l-（l1+l2+l3）±δl＜0，其中，δx为辙叉不能自护的长度，l为有害空间长度，l1为轮背与钝角辙叉护轨接触点到车轴中心距离，l2为轮缘与钝角辙叉锻制合金钢心轨实际尖端接触点到车轴中心的距离，l3为钝角辙叉护轨对称中轴折点在轨距线上的投影长度，δl为错位距离；

（3）计算不能自护的长度，δx＜0时钝角辙叉可实现自护，δx＞0时钝角辙叉不能实现自护；

（4）当δx＞0时，在钝角辙叉外侧设置护轨，通过限制车轮轮辋外侧水平位移，引导车轮安全通过辙叉。

本发明的有益效果为：宽准轨距60kg/m钢轨9号交叉中的通长护轨结构镶嵌翼轨式合金钢锐角辙叉、钝角辙叉，辙叉均采用锻制合金钢心轨，同时在锐角辙叉咽喉至心轨50毫米断面、钝角辙叉两心轨50毫米断面范围内翼轨上镶嵌合金钢镶块，保证辙叉最不利位置均在合金钢上运行，大大提升整个交叉的使用寿命；通过在钝角辙叉外侧设置合金钢护轨，解决了9号固定型交叉车轮自护的安全问题，切实保障行车安全，允许机车车辆速度提升至30公里/小时，场站内道岔的调车作业效率极大提升，机车车辆在各场线占用停留时间明显缩短，作业人身安全、路外安全风险显著降低，工务作业维修周期大大增加，线路基础稳定性大大提高。

附图说明

图1为镶嵌式固定型宽准菱形交叉道岔中的锐角辙叉布置图；

图2为镶嵌式固定型宽准菱形交叉道岔中的钝角辙叉布置图；

图3为车轮通过有害空间的轮轨关系示意图；

图4为车轮与护轨有效接触示意图；

图5为在钝角辙叉外侧设置护轨的示意图；

图中，1-锐角辙叉锻制合金钢心轨，2-锻制合金钢锐角辙叉心轨护轨，3-锐角辙叉翼轨镶块，4-锐角辙叉护轨，5-锐角辙叉内侧护轨，6-钝角辙叉锻制合金钢心轨，7-钝角辙叉护轨镶块，8-钝角辙叉翼轨镶块，9-钝角辙叉护轨，10-钝角辙叉翼轨，11-钝角辙叉轮缘护轨，12-轨顶面，13-车轴中心。

具体实施方式

如图1-2所示，一种60kg/m钢轨9号合金钢镶嵌式固定型宽准菱形交叉道岔，包括锐角辙叉和钝角辙叉；所述钝角辙叉为镶嵌翼轨式合金钢组合式钝角辙叉，所述锐角辙叉也为镶嵌翼轨式合金钢组合辙叉；所述锐角辙叉包括锐角辙叉锻制合金钢心轨1、锻制合金钢锐角辙叉心轨护轨2、锐角辙叉翼轨镶块3、锐角辙叉护轨4、锐角辙叉内侧护轨5，所述钝角辙叉包括钝角辙叉锻制合金钢心轨6、钝角辙叉护轨镶块7、钝角辙叉翼轨镶块8、钝角辙叉护轨9、钝角辙叉翼轨10、钝角辙叉轮缘护轨11。

固定型锐角辙叉在辙叉咽喉至理论尖端范围内存在轨距线中断，即存在“有害空间”，因此在线路内侧设置护轨，为了保证列车运行更加平顺，保持车轮运行方向，所述锐角辙叉的基本轨护轨一直延伸至钝角辙叉，同时在锐角辙叉翼轨内侧也设置护轨并与钝角辙叉相连。

为了保证列车从辙叉跟端进入交叉时不会冲击翼轨内侧护轨尖端，所述锐角辙叉的尖端为钝化尖端，即，进行了钝化处理。

为了实现安全防护的作用，在钝角辙叉中，车轮的轮缘在离开钝角辙叉锻制合金钢心轨的尖端降低位置前已经进入到钝角辙叉轮缘护轨的平直段中。

其次，本发明还提供了一种60kg/m钢轨9号合金钢镶嵌式固定型宽准菱形交叉道岔的设计方法，该设计方法包括锐角辙叉制备方法和钝角辙叉设计方法，所述锐角辙叉的设计方法包括如下步骤：

（1）选择镶嵌翼轨式合金钢组合辙叉作为锐角辙叉；

（2）在线路内侧设置锐角辙叉内侧护轨，锐角辙叉的基本轨护轨一直延伸至钝角辙叉处，同时在锐角辙叉的翼轨内侧设置护轨并与钝角辙叉相连；

（3）对锐角辙叉的尖端进行钝化处理；

所述钝角辙叉的设计方法包括如下步骤：

（1）对钝角辙叉进行自护检算；

固定型钝角辙叉由于也存在轨距线不连续，所以也存在“有害空间”（如图3所示，其中附图标记12为车轴中心），并且由于结构的限制，不能像锐角辙叉一样单独在线路内侧设置护轨，只能依靠对侧的钝角辙叉护轨来确保车轮安全通过“有害空间”，同时由于钝角辙叉护轨平直段在对称中心形成折角，在行车方向上的护轨平直段并不完整，因此轮对不能自护时有脱轨和撞尖的可能，对钝角辙叉进行自护检算，检算数据如下表1所示。

表1钝角辙叉自护检算的参数

车轮通过“有害空间”的轮轨关系如图3所示。

当两个方向的线路均为标准轨距时，满足l＜l1+l2+l3时，车轮可以安全渡过“有害空间”。定义δx为辙叉不能自护长度，则当δx＜0时辙叉可实现自护，满足公式：

δx=l-（l1+l2+l3）＜0

此次项目涉及的线路为加宽轨距与标准轨距交叉，存在一个对称中轴的错位距离δl，所有宽准轨交叉安全通过“有害空间”的条件是：

δx=l-（l1+l2+l3）±δl＜0

车轮与护轨有效接触示意如图4所示，图中的附图标记12为轨顶面，其中，da为车轮轮缘直径，h为护轨加工值，y为心轨尖端降低值。

（2）通过以上分析，确定宽准轨交叉安全通过的条件是：δx=l-（l1+l2+l3）±δl＜0，其中，δx为辙叉不能自护的长度，l为有害空间长度，l1为轮背与钝角辙叉护轨接触点到车轴中心距离，l2为轮缘与钝角辙叉锻制合金钢心轨实际尖端接触点到车轴中心的距离，l3为钝角辙叉护轨对称中轴折点在轨距线上的投影长度，δl为错位距离；

本实施例所用的线路实际交叉道岔参数及宽准轨机车、车辆运行数据，如下表2、表3所示.

表2交叉主要参数

表3机车、车辆主要参数

根据自护检算参数，通过计算辅助设计得出计算结果如下表4所示。

表4自护检算结果

（3）计算不能自护的长度，δx＜0时钝角辙叉可实现自护，δx＞0时钝角辙叉不能实现自护；具体如下：

1440mm轨距：

δx=l-（l1+l2+l3）-δl=533.2-（171.5+116.1+77.2）-768.5=-600.1＜0

1525mm轨距：

δx=l-（l1+l2+l3）+δl=533.2-（171.5+116.1+81.8）+768.5=932.3＞0

（4）分析可知，宽准轨距交叉在轨距加宽5mm，护轨顶面加高25mm情况下，在标准轨距方向过叉时可以自护，在加宽轨距方向过叉时不能自护，不能自护的长度约为930mm长，存在脱轨的风险

由于车轮在钝角辙叉宽轨距方向过叉时车轮不能自护，因此在辙叉外侧设置护轨，通过限制车轮轮辋外侧水平位移，引导车轮安全通过辙叉，如下图5所示。

当δx＞0时，在钝角辙叉外侧设置护轨，通过限制车轮轮辋外侧水平位移，引导车轮安全通过辙叉。通过复合计算护轨设置满足轮缘离开心轨尖端降低位置前已经进入车轮外缘护轨平直段即可满足防护作用。

设计完成后，经制作加工，加工完成后由我段自行组装，经轮轨现场实验合格后组织更换施工，施工、材料费用一共仅计56万元。铺设完成后，允许机车车辆速度提升至30公里/小时，场站内各作业场间过往415号道岔的调车作业效率极大提升，机车车辆在各场线占用停留时间明显缩短，作业人身安全、路外安全风险显著降低，工务作业维修周期大大增加，线路基础稳定性大大提高。经相关专业人员测算，仅在车辆占用使用费、机车耗油方面，年可节约成本支出约230万元。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。