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        27 t軸重60 kg/m鋼軌12號5.0 m線間距交叉渡線道岔設(shè)計

        2021-10-14 05:06:12張立軍葛晶樊小平
        鐵道建筑 2021年9期

        張立軍 葛晶 樊小平

        1.鐵科(北京)軌道裝備技術(shù)有限公司,北京102202;2.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司鐵道建筑研究所,北京100081

        交叉渡線道岔是使機車車輛由一條線路既可進(jìn)入又可越過另一條線路的軌道設(shè)備,可以縮短站場長度,減少占地面積,在鐵路上得到廣泛應(yīng)用[1]。國內(nèi)研制的27 t重載60 kg/m鋼軌12號單開道岔已上道使用,通過現(xiàn)場跟蹤試驗,可有效延長重載鐵路道岔及其部件的使用壽命,達(dá)到了預(yù)期效果[2-4]。

        為滿足與重載道岔配套的迫切需求,本文對27 t軸重60 kg/m鋼軌12號道岔配套的交叉渡線道岔進(jìn)行設(shè)計。該交叉渡線由四組12號單開道岔和一組菱形交叉組合而成。四組12號單開轍叉(簡稱單叉)、兩組6號銳角轍叉和兩組6號鈍角轍叉組均采用合金鋼組合轍叉,可滿足線路無縫化需求。

        1 我國交叉渡線道岔路現(xiàn)狀

        根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研及用戶反饋,我國交叉渡線道岔主要存在以下問題:①高錳鋼銳角和鈍角轍叉易磨耗,如圖1(a)、圖1(b)所示;②轍叉心軌尖端至50 mm斷面處剝落掉塊、壓潰、裂紋,如圖1(c)所示;③鈍角轍叉的護(hù)軌折角容易被輪背磨成圓弧,減小了護(hù)軌作用,增大了有害空間長度,容易發(fā)生撞尖,如圖1(d)所示;④岔枕鉸接裝置安裝困難,如圖1(e)所示。

        圖1 交叉渡線道岔現(xiàn)狀

        2 設(shè)計原則與設(shè)計指標(biāo)

        參照文獻(xiàn)[5],確定道岔的設(shè)計原則與設(shè)計指標(biāo)。

        2.1 設(shè)計原則

        1)道岔結(jié)構(gòu)形式與單開結(jié)構(gòu)一致。

        2)針對既有交叉渡線道岔使用中存在的問題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,延長道岔及其部件的使用壽命。

        3)采用固定型轍叉,造價低,易更換,維修工作量小,適應(yīng)重載鐵路養(yǎng)護(hù)維修的現(xiàn)狀。

        4)軌下基礎(chǔ)為混凝土岔枕。

        5)適用于跨區(qū)間無縫線路。

        6)高性價比。

        2.2 設(shè)計指標(biāo)

        1)道岔容許通過速度

        直向:客車160 km/h;重載貨物列車(牽引質(zhì)量8 000 t及以上或27 t軸重)100 km/h;其他貨物列車120 km/h;側(cè)向:45 km/h。

        2)線間距

        線間距取5.0 m。

        3)使用壽命期望值

        使用壽命是重載道岔的核心問題。重載鐵路上曲線尖軌和轍叉的使用壽命低于既有鐵路,該問題的難度不亞于高速道岔平順性問題的難度。根據(jù)中國重載道岔技術(shù)發(fā)展水平和制造工藝現(xiàn)狀確定的轍叉和曲線尖軌使用壽命期望值(在合理的養(yǎng)護(hù)維修情況下)為:①直尖軌直向通過總質(zhì)量不少于4億t;②曲尖軌側(cè)向通過總質(zhì)量不少于1億t;③轍叉直側(cè)向通過總質(zhì)量不少于3億t。

        3 平面線型設(shè)計

        3.1 交叉渡線道岔主要平面尺寸

        為了保證道岔的通用性和互換性,27 t軸重重載道岔用60 kg/m鋼軌12號5.0 m間距交叉渡線道岔的主要尺寸與160 km/h的提速道岔用交叉渡線道岔相同,線型和主要平面尺寸如圖2所示。

        圖2 交叉渡線道岔線型和主要平面尺寸(單位:mm)

        道岔軌距變化情況:道岔側(cè)股軌距加寬5 mm,自道岔基本軌前端開始逐漸加寬,尖軌尖端處的軌距為1 440 mm,在轍叉趾端前軌距逐漸由1 440 mm過渡到1 435 mm。在鈍角轍叉范圍內(nèi)軌距采用1 440 mm,在銳角轍叉趾端過渡到1 435 mm。

        3.2 轉(zhuǎn)轍器

        轉(zhuǎn)轍器部分的設(shè)計與27 t軸重60 kg/m鋼軌12號單開道岔轉(zhuǎn)轍器相同。

        3.3 渡線單叉及護(hù)軌

        1)渡線單叉采用單開道岔轍叉,全長5 992 mm,趾長2 038 mm,跟長3 954 mm。

        2)單叉直向護(hù)軌采用單開道岔的直向護(hù)軌,長度為6 900 mm。

        3)布置交叉渡線時,由于單開轍叉所用側(cè)向護(hù)軌過長,位于51J號—62Z號岔枕,與銳角轍叉(起點在61號岔枕)互相干涉,因此要重新設(shè)計。交叉渡線的單開轍叉用側(cè)向護(hù)軌仍采用33 kg/m槽型鋼軌,長度為4 800 mm,護(hù)軌平直段長度為1 340 mm,緩沖段長度為1 580 mm,開口段長度為150 mm,位于53J號—60Z號岔枕上,其布置如圖3所示。

        圖3 12號交叉渡線中的單開轍叉?zhèn)认蜃o(hù)軌(單位:mm)

        修改后,側(cè)向護(hù)軌緩沖段的沖擊角β由0°30'0″變?yōu)?°49'58″。側(cè)向速度為45、50 km/h時,動能損失分別為0.43、0.53 km2/h2,均小于區(qū)間線路的最大動能損失限值0.65 km2/h2。

        3.4 菱形交叉

        為了改善列車運行條件,使制造和維修更為便利,在鈍角轍叉范圍內(nèi)軌距采用1 440 mm。銳角轍叉趾長1 627 mm,跟長1 955 mm;直、側(cè)向護(hù)軌長度均為2 930 mm。鈍角轍叉總長4 676 mm,如圖4所示。

        圖4 菱形交叉示意(單位:mm)

        4 道岔結(jié)構(gòu)設(shè)計

        4.1 轉(zhuǎn)轍器

        1)采用彈性可彎尖軌。在基本軌和尖軌密貼段將基本軌工作邊一側(cè)刨切5 mm,以增加尖軌厚度。防止尖軌尖端掉塊和壓潰,延長尖軌使用壽命。

        高校輔導(dǎo)員的主要工作任務(wù)是以學(xué)生為中心,為學(xué)生服務(wù),而在現(xiàn)代大學(xué)生活中,一部分輔導(dǎo)員缺乏對自身職責(zé)的準(zhǔn)確定位,嚴(yán)重背離了輔導(dǎo)員的職責(zé),影響學(xué)生的管理工作,更有甚者,對于自己所帶的學(xué)生還認(rèn)不全。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生,高校輔導(dǎo)員必須準(zhǔn)確定位自身職責(zé),努力做好學(xué)生管理工作。

        2)轉(zhuǎn)轍器跟端設(shè)置大位移限位器,既可防止特殊情況下尖軌的非正常爬行,又可防止在尖軌跟端產(chǎn)生溫度力作用下的軌向不良。

        4.2 渡線單叉及護(hù)軌

        1)固定型轍叉采用合金鋼組合轍叉或高錳鋼組合轍叉。

        2)固定型轍叉可采用心軌加寬設(shè)計[6],增加心軌承載面積,降低接觸應(yīng)力,減少磨耗;心軌變得更加粗壯后,塑性變形減少或可完全避免。

        3)根據(jù)輪軌匹配優(yōu)化固定型轍叉心軌和翼軌頂面輪廓。將1∶5工作邊+R13圓弧+1∶20軌頂坡優(yōu)化為1∶5工作邊+R15圓弧+R80圓弧+1∶15軌頂坡的新型軌頂輪廓。優(yōu)化后車輪踏面和新軌頂輪廓在R80圓弧段接觸,接觸應(yīng)力降低至原接觸應(yīng)力的54%,可減少轍叉心軌和翼軌在轍叉使用早期的磨耗[7]。

        4)基于輪軌匹配優(yōu)化心軌降低值和翼軌抬高值,其中翼軌抬高值為6 mm。

        4.3 銳角轍叉

        銳角轍叉整體結(jié)構(gòu)與單叉相同,如圖5所示。心軌材質(zhì)為合金鋼;叉跟軌選用U75V在線熱處理鋼軌或貝氏體鋼軌制造;翼軌選用U75V在線熱處理鋼軌與合金鋼鋼軌焊接的結(jié)構(gòu)或選用整根合金鋼鋼軌。叉心為心軌和叉跟軌組合的拼裝結(jié)構(gòu),鋼軌件之間采用間隔鐵與高強螺栓聯(lián)接,共采用了9個單、雙孔間隔鐵配合11根高強螺栓將心軌、叉跟軌、翼軌拼裝成一個整體。

        圖5 銳角轍叉結(jié)構(gòu)

        圖6 心軌組件結(jié)構(gòu)

        4.4 鈍角轍叉

        鈍角轍叉由基本軌、叉心組件、護(hù)軌、間隔鐵及其連接零件組成,如圖7所示。鈍角轍叉基本軌由整根鋼軌加工制造;叉心組件為鍛制心軌和普通鋼軌拼接的組合件;護(hù)軌由75 kg/m合金鋼鋼軌加工而成。

        圖7 鈍角轍叉結(jié)構(gòu)

        4.5 扣件系統(tǒng)

        4.5.1 通用扣件系統(tǒng)

        采用預(yù)埋鐵座連接鐵墊板和岔枕的扣件結(jié)構(gòu)形式代替預(yù)埋套管結(jié)構(gòu),如圖8所示。這種結(jié)構(gòu)可以提高道岔區(qū)扣件系統(tǒng)的橫向穩(wěn)定性,減少扣件維修量。采用Ⅱ型彈條和T形螺栓扣壓鐵墊板,防止鐵墊板下的橡膠墊板被過度壓縮,失去彈性。采用彈性夾扣壓轉(zhuǎn)轍器部位和護(hù)軌部位基本軌,方便維修。

        圖8 通用扣件系統(tǒng)

        4.5.2 交叉渡線道岔用特殊扣件系統(tǒng)

        對于受軌件安放空間影響而無法放置常見護(hù)軌用扣件系統(tǒng)的交叉渡線道岔須進(jìn)行特殊設(shè)計。

        1)渡線單叉區(qū)域的護(hù)軌扣件系統(tǒng)。對于58Z號—60Z號枕,采用預(yù)埋套管與預(yù)埋鐵座配合、由鐵座扣壓鋼軌的扣件系統(tǒng)。以58Z號枕為例,其護(hù)軌扣件結(jié)構(gòu)如圖9所示。

        圖9 58Z號枕護(hù)軌扣件系統(tǒng)

        2)銳角轍叉區(qū)域的護(hù)軌扣件系統(tǒng)。對于62Z號—66Z號枕,采用加長的鐵墊板。以65Z號枕為例,其護(hù)軌扣件結(jié)構(gòu)如圖10所示。

        圖10 銳角轍叉區(qū)域護(hù)軌扣件系統(tǒng)

        4.6 岔枕結(jié)構(gòu)

        岔枕斷面及配筋圖與27 t軸重60 kg/m鋼軌12號單開道岔岔枕相同,岔枕上預(yù)埋件分為預(yù)埋鐵座[8]和預(yù)埋套管。

        4.6.1 岔枕布置

        岔枕間距一般情況下為600 mm。在牽引點岔枕間距為650 mm,兩側(cè)相應(yīng)調(diào)整為575 mm。岔枕間距布置以鈍角轍叉對稱中軸為理論中心,兩側(cè)對稱布置。

        岔枕長度與整個道岔區(qū)的平面布置形式、扣件釘孔距有很大關(guān)系。不同地段長度不同,考慮到工廠生產(chǎn)和現(xiàn)場施工管理上的原因,盡量減少長度的種類且均勻分布。岔枕長度進(jìn)級為100 mm和150 mm;岔枕最長不超過5.0 m。一般岔枕垂直于直股工作邊。交叉渡線單叉及菱形區(qū)域岔枕布置如圖11所示。

        圖11 單叉及菱形區(qū)域岔枕布置(單位:mm)

        4.6.2 岔枕鉸接結(jié)構(gòu)設(shè)計

        交叉渡線道岔區(qū)段兩線路外側(cè)岔枕端頭間距為7.6 m。國內(nèi)5.0 m線間距交叉渡線道岔岔枕的長度不宜超過4.95 m,須通過鉸接方式聯(lián)結(jié)成7.6 m,因此交叉渡線岔枕鉸接裝置是岔枕設(shè)計中的重點[9]。

        針對調(diào)研中反饋的交叉渡線鉸接裝置安裝問題,新型重載岔枕鉸接裝置應(yīng)具有適當(dāng)?shù)恼{(diào)整量,以滿足現(xiàn)場的實際使用需求。新型重載岔枕鉸接裝置由墊板螺栓、復(fù)合鋼套、緩沖調(diào)距塊、板下橡膠墊層、連接板等組成,如圖12所示。

        圖12 新型岔枕鉸接結(jié)構(gòu)(單位:mm)

        該鉸接結(jié)構(gòu)的優(yōu)點:①彈性鉸接,可有效隔斷震動的傳遞。②除連接板、復(fù)合鋼套和板下橡膠墊層外,其余均采用道岔扣件系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)件。零部件與道岔扣件系統(tǒng)零部件完全通用,易于更換和維修。③緩沖調(diào)距塊[10]分4-11、5-10、6-9、7-8四種型號;復(fù)合鋼套與緩沖調(diào)距塊配套使用可實現(xiàn)單側(cè)軌枕-5~5 mm的調(diào)整量,岔枕離縫實現(xiàn)±10 mm的調(diào)整量,基本滿足現(xiàn)場實際使用需求。

        5 結(jié)語

        本文設(shè)計的交叉渡線道岔填補了目前國內(nèi)27 t軸重60 kg/m鋼軌12號單開道岔無配套交叉渡線道岔的空白,滿足了我國重載鐵路建設(shè)和運輸發(fā)展對新型重載道岔的迫切需求。主要創(chuàng)新點包括:該交叉渡線道岔可與現(xiàn)有160 km/h的提速道岔用交叉渡線道岔實現(xiàn)替換;其單開轍叉、銳角轍叉和鈍角轍叉均采用合金鋼組合轍叉,可延長道岔及其部件使用壽命;彈性鉸接裝置可有效隔斷震動的傳遞,調(diào)整鉸接岔枕之間離縫。

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