余 鋒

（中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西寶雞 721006）

懸掛式單軌交通是車(chē)體懸掛于軌道梁下方行駛的一種軌道交通形式，一般采用高架形式敷設(shè)，車(chē)輛走行裝置位于梁軌合一的軌道梁內(nèi)。車(chē)輛除走行輪外，轉(zhuǎn)向架的兩側(cè)有導(dǎo)向輪，約束軌道梁內(nèi)的兩側(cè)腹板。軌道梁為半開(kāi)放結(jié)構(gòu)，在梁體的下部開(kāi)口，用于車(chē)輛轉(zhuǎn)向架通過(guò)。道岔是懸掛式單軌的核心設(shè)備，道岔梁為整體結(jié)構(gòu)，道岔梁內(nèi)部設(shè)置有可以轉(zhuǎn)動(dòng)（移動(dòng)）岔芯，這種岔芯結(jié)構(gòu)將道岔梁內(nèi)部分為兩部分，通過(guò)芯軌的移動(dòng)（轉(zhuǎn)動(dòng)）實(shí)現(xiàn)道岔的分岔，滿(mǎn)足車(chē)輛的換線(xiàn)需求。

1 研究背景

岔芯作為道岔的關(guān)鍵部件，是保證車(chē)輛運(yùn)行平穩(wěn)性的核心，國(guó)內(nèi)外道岔岔芯結(jié)構(gòu)均存在一些局限性和不足。

1.1 德國(guó)可動(dòng)芯道岔

德國(guó)懸掛式單軌采用梯子型可動(dòng)芯道岔，道岔岔芯主要由梯子型長(zhǎng)芯軌和短芯軌組成，屬于走行面不連續(xù)道岔。通過(guò)動(dòng)力作用分別推動(dòng)梯子型長(zhǎng)芯軌和短芯軌的繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)；前端梯形鋼構(gòu)架的伸縮回旋可以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)叉芯的轉(zhuǎn)前解鎖、到位鎖閉。車(chē)輛走行輪和穩(wěn)定輪為雙輪結(jié)構(gòu)，交替在道岔功能區(qū)接觸，保證車(chē)輛的通過(guò)需求。

通過(guò)道岔直線(xiàn)側(cè)時(shí)，右側(cè)下導(dǎo)向輪和上穩(wěn)定輪分別與梁面腹板接觸，左側(cè)上下導(dǎo)向輪和上穩(wěn)定輪分別與短芯軌接觸；通過(guò)道岔曲線(xiàn)側(cè)時(shí)，右側(cè)上導(dǎo)向輪和下穩(wěn)定輪分別與短芯的軌面接觸，左側(cè)上導(dǎo)向輪和下穩(wěn)定輪分別與梁面的腹板接觸。

可動(dòng)芯道岔直線(xiàn)/曲線(xiàn)側(cè)過(guò)車(chē)如圖1所示。

圖1 可動(dòng)芯道岔直線(xiàn)/曲線(xiàn)側(cè)過(guò)車(chē)

1.2 日本可動(dòng)芯道岔

日本湘南線(xiàn)和千葉線(xiàn)懸掛式單軌交通采用倒T形可動(dòng)芯道岔。道岔可動(dòng)軌采用倒T形結(jié)構(gòu)，底板為走行輪走行面，立板為導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪走行面。修正軌配合可動(dòng)軌底板，為走行輪提供連續(xù)的走行面。

該道岔岔芯為尖軌和芯軌相互連接，道岔芯軌帶動(dòng)尖軌轉(zhuǎn)轍，受尖軌自身結(jié)構(gòu)形狀限制，道岔芯軌轉(zhuǎn)轍到位后，尖軌和道岔梁腹板面（車(chē)輛導(dǎo)向面）相切，有高低差存在。根據(jù)懸掛式單軌可動(dòng)芯道岔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尖軌無(wú)法在道岔梁體內(nèi)隱藏，尖軌在構(gòu)造上應(yīng)有一定的厚度，存在一定的高差，導(dǎo)致車(chē)輛過(guò)岔時(shí)車(chē)輪與道岔尖軌撞擊，對(duì)道岔尖軌和車(chē)輛造成傷害，影響乘客的舒適性。

1.3 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有可動(dòng)芯道岔

國(guó)內(nèi)道岔岔芯結(jié)構(gòu)形式與日本道岔類(lèi)似，但為了滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)車(chē)輛的需求，道岔尖軌較高，既要適應(yīng)車(chē)輛導(dǎo)向輪，又要適應(yīng)車(chē)輛穩(wěn)定輪需要。

國(guó)內(nèi)可動(dòng)芯道岔岔芯結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 國(guó)內(nèi)可動(dòng)芯道岔岔芯結(jié)構(gòu)

2 新型岔芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了解決尖軌存在的高差問(wèn)題，研究尖軌可撓型道岔，針對(duì)現(xiàn)有的道岔岔芯特點(diǎn)，提出了新的技術(shù)方案。將道岔尖軌和芯軌分開(kāi)設(shè)計(jì)，芯軌設(shè)計(jì)為一種倒T形箱型結(jié)構(gòu)，尖軌設(shè)計(jì)為左右對(duì)稱(chēng)的板式結(jié)構(gòu)。芯軌轉(zhuǎn)轍時(shí)分別與左（右）尖軌對(duì)接，尖軌可以實(shí)現(xiàn)撓曲變形和芯軌對(duì)接，以保證道岔整體線(xiàn)型及過(guò)車(chē)的平穩(wěn)性。

2.1 結(jié)構(gòu)方案

新型岔芯結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 新型岔芯結(jié)構(gòu)

新型岔芯由左尖軌、右尖軌以及芯軌組成，左尖軌2個(gè)、右尖軌2個(gè)，分別滿(mǎn)足車(chē)輛導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪需求。

左右尖軌為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，尖軌一端固定在梁體上，一端自由，在尖軌上分別設(shè)置不同的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)位，根據(jù)道岔線(xiàn)形需要，在不同的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)位施加一定的位移，尖軌在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下可撓曲變形。

2.2 工作原理

車(chē)輛直線(xiàn)通行時(shí)，芯軌處于水平狀態(tài)，尖軌處于直線(xiàn)狀態(tài)，尖軌與芯軌相接，保證直線(xiàn)位接通。

新型岔芯結(jié)構(gòu)直線(xiàn)側(cè)狀態(tài)如圖4所示。

圖4 新型岔芯結(jié)構(gòu)直線(xiàn)側(cè)狀態(tài)

車(chē)輛側(cè)線(xiàn)通行時(shí)，芯軌回轉(zhuǎn)一定角度，尖軌在撓曲裝置作用下發(fā)生撓曲變形與芯軌對(duì)接，保證側(cè)線(xiàn)位通行。

新型岔芯結(jié)構(gòu)曲線(xiàn)側(cè)狀態(tài)如圖5所示。

圖5 新型岔芯結(jié)構(gòu)曲線(xiàn)側(cè)狀態(tài)

2.3 仿真驗(yàn)證

車(chē)輛過(guò)岔速度直線(xiàn)側(cè)為60～80 km/h，曲線(xiàn)側(cè)過(guò)車(chē)速度為15～20 km/h，撓曲板處直線(xiàn)位的線(xiàn)形對(duì)車(chē)輛過(guò)岔無(wú)影響，撓曲板處側(cè)線(xiàn)位對(duì)車(chē)輛過(guò)岔有一定的影響，但車(chē)輛側(cè)線(xiàn)位的過(guò)岔速度較低，撓曲板理論線(xiàn)形與模擬最大差值為2.32 mm，對(duì)道岔側(cè)線(xiàn)的過(guò)岔無(wú)影響。

尖軌撓曲變形線(xiàn)形理論與模擬對(duì)比如表1所示。

撓曲板受力點(diǎn)布置如圖6所示。

圖6 撓曲板受力點(diǎn)布置

撓曲點(diǎn)受力如表2所示。

表2 撓曲點(diǎn)受力大小 單位：N

3 結(jié)語(yǔ)

受道岔整體結(jié)構(gòu)限制，道岔芯軌與尖軌連接處空間極小，無(wú)法可靠連接，本文設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)解決了懸掛式單軌可動(dòng)芯道岔芯軌與尖軌相互連接困難的問(wèn)題。芯軌與尖軌連接裝置無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)芯軌與尖軌間的功能需求，本文設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)提高了道岔岔芯可靠性，實(shí)現(xiàn)了道岔功能。在實(shí)際制造中，道岔尖軌具有一定厚度，該厚度造成尖軌與道岔腹板面（車(chē)輛導(dǎo)向面）有一定高差，造成車(chē)輛過(guò)岔時(shí)導(dǎo)向輪與尖軌撞擊，影響尖軌使用壽命和車(chē)輛過(guò)岔舒適性。本文設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為撓曲式尖軌，尖軌固定端與道岔腹板（車(chē)輛導(dǎo)向面）對(duì)接平齊，活動(dòng)端通過(guò)尖軌撓曲板撓曲變形實(shí)現(xiàn)與芯軌對(duì)接，車(chē)輛導(dǎo)向面不會(huì)有高差存在。撓曲板為薄鋼板，設(shè)置迫使撓曲變形的多個(gè)鉸接點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)撓曲變形，保持一定的剛性。本文設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)通過(guò)一個(gè)剛性驅(qū)動(dòng)架連接芯軌，保證了左右芯軌的間距和芯軌撓曲時(shí)的同步性，提高了車(chē)輪導(dǎo)向面精度。