馬曉川，王 平

(西南交通大學(xué)高速鐵路線路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610031)

有軌電車6號(hào)道岔尖軌跟端形式對(duì)尖軌轉(zhuǎn)換的影響分析

馬曉川，王 平

(西南交通大學(xué)高速鐵路線路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610031)

為研究有軌電車6號(hào)道岔尖軌跟端不同形式對(duì)尖軌轉(zhuǎn)換計(jì)算的影響問題，基于變分形式的最小勢(shì)能原理，建立尖軌轉(zhuǎn)換的有限元仿真模型，研究了不同尖軌跟端形式對(duì)尖軌轉(zhuǎn)換的影響規(guī)律。結(jié)論是不可更換尖軌平直接頭焊接形式的尖軌跟端穩(wěn)定性最好，但轉(zhuǎn)換較困難；可更換尖軌帶卡槽抖接頭形式的尖軌，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好，但轉(zhuǎn)換也較困難；可更換尖軌抖接頭形式的尖軌，穩(wěn)定性較差，但轉(zhuǎn)換最容易。選用不同的尖軌跟端形式需配置不同功率的轉(zhuǎn)轍機(jī)才能滿足尖軌轉(zhuǎn)換的要求。

有軌電車；道岔；尖軌跟端；有限元

現(xiàn)代有軌電車是一種設(shè)計(jì)新穎、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的新型交通運(yùn)輸方式。有軌電車道岔系統(tǒng)作為有軌電車從一股軌道轉(zhuǎn)入或越過另一股軌道的線路設(shè)備,是有軌電車軌道系統(tǒng)的重要組成部分［1]?，F(xiàn)階段有軌電車道岔尖軌跟端形式分為3種,分別是可更換尖軌斜接頭形式、可更換尖軌帶卡槽斜接頭形式以及不可更換尖軌平直接頭焊接形式。

有軌電車道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備設(shè)計(jì)選型時(shí),首先需考慮轉(zhuǎn)轍機(jī)自身功率能否滿足尖軌轉(zhuǎn)換的需要,而尖軌轉(zhuǎn)換所需轉(zhuǎn)換力與尖軌的跟端形式有直接關(guān)系,本文使用有限元仿真尖軌轉(zhuǎn)換的過程,計(jì)算分析3種尖軌跟端形式對(duì)尖軌轉(zhuǎn)換計(jì)算的影響,分析3種尖軌跟端形式的優(yōu)缺點(diǎn),以選擇尖軌跟端合適的形式方案,為轉(zhuǎn)轍設(shè)備選型提供理論支持。

1 尖軌跟端形式介紹

(1)可更換尖軌斜接頭形式

尖軌跟端與導(dǎo)軌以斜接頭的形式連接在一起,跟端側(cè)邊加一扣板約束,尖軌與導(dǎo)軌沒有焊接在一起,結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

圖1 可更換尖軌斜接頭形式

(2)可更換尖軌帶卡槽斜接頭形式

尖軌跟端與導(dǎo)軌以斜接頭的形式連接在一起,跟端側(cè)邊加一扣板約束,尖軌與導(dǎo)軌沒有焊接在一起,尖軌跟端設(shè)置一卡槽,結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

(3)不可更換尖軌平直接頭焊接形式

尖軌跟端與導(dǎo)軌以平直接頭焊接的形式連接在一起,跟端側(cè)邊加一扣板約束,結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。

圖2 可更換尖軌帶卡槽斜接頭形式

圖3 不可更換尖軌平直接頭焊接形式

2 尖軌轉(zhuǎn)換模型

(1)主要計(jì)算參數(shù)

軌距:1 435 mm,軌距測(cè)量點(diǎn)距軌頂面14 mm,曲股不設(shè)軌距加寬。

導(dǎo)曲線半徑:R=50 m,采用單圓曲線。

尖軌采用相離半切線型,半切點(diǎn)在33.8 mm斷面。

基本軌在密貼段范圍進(jìn)行2 mm刨切。

岔枕間距一般按600 mm布置,牽引點(diǎn)處岔枕間距加寬至650 mm。采用長(zhǎng)岔枕形式,牽引點(diǎn)兩側(cè)設(shè)置短枕。岔枕按垂直于道岔直股布置,叉后設(shè)置扭轉(zhuǎn)短枕。

道岔尖軌設(shè)一個(gè)牽引點(diǎn),牽引點(diǎn)距尖軌尖端450 mm,距彈性可彎中心2700 mm。牽引點(diǎn)設(shè)計(jì)動(dòng)程50 mm,尖軌尖端開口58 mm,尖軌轉(zhuǎn)化的最小輪緣槽寬度為36 mm。

(2)尖軌計(jì)算模型

從彈性力學(xué)的角度分析,尖軌轉(zhuǎn)換的位移邊界條件由尖軌跟端約束以及尖軌與基本軌的相對(duì)位置決定,力的邊界條件由牽引力、密貼力以及滑床臺(tái)摩擦力決定。使用有限元軟件建立尖軌轉(zhuǎn)換的有限元模型［2- 7]如圖4所示。

圖4 尖軌轉(zhuǎn)換的有限元模型

鋼軌視為截面線性變化的歐拉梁,采用二維梁?jiǎn)卧?beam3)模擬；扣件和扣板視為可提供橫向阻力和橫向扭轉(zhuǎn)阻力的作用,采用(beam3)單元模擬；密貼段鋼軌之間的相互作用采用非線性彈簧(combin39)單元模擬；牽引連桿連接曲尖軌和直尖軌,采用(link1)單元模擬。

3 尖軌轉(zhuǎn)換結(jié)果及分析

根據(jù)有軌電車道岔尖軌跟端的3種形式,利用有限元軟件分別建立了尖軌轉(zhuǎn)換的有限元仿真模型,其他條件保持不變,可更換尖軌斜接頭形式(形式一)、可更換尖軌帶卡槽斜接頭形式(形式二)以及不可更換尖軌平直接頭焊接形式(形式三)3種尖軌轉(zhuǎn)化結(jié)果如表1所示。

表1 3種尖軌跟端形式的尖軌轉(zhuǎn)換結(jié)果

根據(jù)3種尖軌跟端形式的尖軌轉(zhuǎn)換結(jié)果匯出轉(zhuǎn)換力、不足位移和最小輪緣槽寬度的變化分別如圖5、圖6和圖7所示。

圖5 3種尖軌跟端形式的尖軌轉(zhuǎn)換力變化

圖6 3種尖軌跟端形式的尖軌轉(zhuǎn)換不足位移變化

由3種有軌電車道岔尖軌跟端形式的轉(zhuǎn)換結(jié)果比較可見,可更換尖軌斜接頭形式的尖軌轉(zhuǎn)換所需的轉(zhuǎn)換力最小,不足位移最小,但最小輪緣槽寬度則相對(duì)較小；可更換尖軌帶卡槽斜接頭形式的尖軌轉(zhuǎn)換所需的轉(zhuǎn)換力次之,不足位移和最小輪緣槽寬度位于可更換尖軌斜接頭形式和不可更換尖軌平直接頭焊接形式之間；不可更換尖軌平直接頭焊接形式的尖軌轉(zhuǎn)換所需的轉(zhuǎn)換力最大,不足位移最大,且最小輪緣槽寬度較大。

圖7 3種尖軌跟端形式的尖軌轉(zhuǎn)換最小輪緣槽變化

4 結(jié)論與建議

(1)從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性來(lái)看,不可更換尖軌平直接頭焊接形式的尖軌跟端與導(dǎo)軌直接焊接在一起,因而穩(wěn)定性最好；其次是可更換尖軌帶卡槽斜接頭形式的尖軌,尖軌跟端有卡槽固定,限制了尖軌跟端橫向移動(dòng)以及扭轉(zhuǎn),因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好；最后是可更換尖軌斜接頭形式的尖軌,尖軌跟端沒有設(shè)置固定裝置,因而穩(wěn)定性較差。

(2)從尖軌轉(zhuǎn)換分析結(jié)果來(lái)講,最有利于尖軌轉(zhuǎn)換的是可更換尖軌斜接頭形式的尖軌；其次是可更換尖軌帶卡槽斜接頭形式的尖軌；最后是不可更換尖軌平直接頭焊接形式的尖軌。

(3)若工程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)轍機(jī)額定功率為1 500 N,則道岔尖軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需采用可更換尖軌斜接頭形式的尖軌；若采用可更換尖軌帶卡槽斜接頭形式的尖軌或采用不可更換尖軌平直接頭焊接形式的尖軌,則道岔尖軌轉(zhuǎn)轍機(jī)的額定功率至少應(yīng)達(dá)到2 500 N才能滿足轉(zhuǎn)換條件。

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Analysis on Switching Force Influenced by Different Forms of Rear End of Switch Rail of Turnout No.6 on Tramway Track

MA Xiao-chuan,WANG Ping
(Ministry of Education's Key Laboratory of High-speed Railway Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China)

To ascertain the influence on switching force caused by different forms of rear end of switchrail of turnout No.6 on tramway track,this paper established a finite element simulation model of the switch rail based on minimum potential energy principle,and researched the influence on switching force caused by different forms of rear end of switch rail.Then this paper come to the conclusions:(a)by contrast,the switch rail,which is with the rear end in the form of non-replaceable welded straight connector,has the best stability but is not easy to be switched；(b)the switch rail,which is with the rear end in the form of replaceable oblique grooved connector,has a better stability but is also not easy to be switched；(c)the switch rail,which is with the rear end in the form of replaceable oblique connector,has a worse stability but is most easy to be switched.Finally,it is suggested in this paper that different forms of rear end of switch rail should be matched with different powers of switching machine,so as to meet the switching force requirement of switch rail.

tramway；turnout；rear end of switch rail；finite element

U239.5；U213.6

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.07.009

1004-2954(2014)07-0038-03

2013-10-23；

2013-10-28

國(guó)家自然科學(xué)基金(51078320)

馬曉川(1990―),男,博士研究生,E-mail:mxc_rw@163.com。