摘" 要：我國擁有近百座規(guī)模不同、發(fā)展相異的大中型城市，各類城市形成對軌道交通建設的多元化需求，新制式軌道交通是對地鐵等傳統(tǒng)軌道交通的有益補充。道岔作為軌道交通的關鍵技術，對其開展全方位、多角度道岔的研究勢在必行，對此針對跨座式單軌關節(jié)型道岔、中低速磁浮單開道岔、高速磁浮道岔的機構組成、轉轍原理、關鍵結構形式等進行分析研究，提出跨座式單軌道岔、中低速磁浮道岔等的研究優(yōu)化方向，結合新制式軌道交通發(fā)展形式，提出未來新制式軌道交通道岔開發(fā)重點關注方向。

關鍵詞：新制式;軌道交通;道岔;機理;關鍵結構;關注方向

中圖分類號：U232" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）02-0080-05

Abstract： Our country has nearly 100 large and medium-sized cities of different sizes and different development. Various cities have formed diversified needs for rail transit construction. New rail transit is a useful supplement to traditional rail transit such as subways. Turnouts are key technologies for rail transit. It is imperative to carry out research on all-round and multi-angle turnouts. In this regard， the institutional composition， switching principles， key structural forms were analyzed and studied， and the research and optimization directions for straddle monorail turnouts， medium and low speed maglev turnouts， etc. were proposed. Combined with the development form of new system rail transit， the key directions for the development of new system rail transit turnouts in the future were proposed.

Keywords： new system; rail transit; turnout; mechanism; key structures; direction of concern

軌道交通是一個關系到城市可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)工程和民生工程，優(yōu)先發(fā)展軌道交通，引導城市科學發(fā)展，對緩解交通擁堵、優(yōu)化城市布局、引領城市空間拓展和功能完善、提升城市品質意義重大[1-4]。城市軌道交通按照系統(tǒng)制式劃分為地鐵系統(tǒng)、市域快軌系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、中低速磁浮交通系統(tǒng)、跨座式單軌系統(tǒng)、懸掛式單軌系統(tǒng)、自導向軌道系統(tǒng)、有軌電車系統(tǒng)、導軌式膠輪系統(tǒng)和電子導向膠輪系統(tǒng)。按照軌道形式分為雙軌和單軌，對于傳統(tǒng)鐵路、現(xiàn)代地鐵輕軌和有軌電車系統(tǒng)都采用雙軌，對于跨座式單軌，懸掛式單軌，高速、中低速磁浮這些新制式軌道交通都采用單軌[5]。

在軌道交通運營中，實現(xiàn)車輛轉線、折返、避讓、調度、停放、搶修和洗刷等換線需要均需借助道岔進行。因此，在軌道交通系統(tǒng)中道岔作為其關鍵技術之一，對軌道交通技術發(fā)展與進步起著舉足輕重的作用。對于雙軌鐵路，道岔只移動尖軌和心軌，基本軌保持不動，道岔僅靠標準轉轍機就可以實現(xiàn)道岔尖軌或心軌驅動和鎖定，結構動作簡單。但對于單軌系統(tǒng)，特別是跨座式單軌、高速、中低速磁浮等這些新制式軌道交通系統(tǒng)的道岔轉轍原理較為復雜，道岔設備體量也很龐大，是通過移動整體軌道實現(xiàn)道岔功能的。對此結合跨座式單軌、高中低速磁浮系統(tǒng)中幾種典型道岔的原理、結構形式進行綜合對比分析，并結合道岔實際使用過程中存在的常見問題進行分析比較，提出更加合理的道岔結構形式建議，供相關研究者參考使用。

1" 跨座式單軌道岔機理及關鍵結構研究

1.1" 跨座式單軌單開道岔機構原理分析

關節(jié)型單開道岔機構原理類似于一種簡單的曲柄連桿機構，如圖1所示，道岔由4節(jié)梁（機構為L1—L4）鉸接組成，通過4組曲柄（機構為L5—L8）驅動梁旋轉并移動不動距離實現(xiàn)轉轍。最終線形曲柄與梁體之間采用滑塊（滑塊機構為L9—L12）連接。梁體之間鉸接鏈為A、B、C、D，其中鉸接鏈A為與機架相連接的鉸接鏈;曲柄鉸接鏈為E、F、G、H，這4個鉸接鏈皆與機架連接;曲柄與滑塊之間的鉸接鏈為M、N、P、Q;梁體與滑塊之間為滑動副為I、J、K、L，在這些運動副中A—Q為12個轉動副，I、J、K、L為4個移動副，皆為平面運動低副，因此該單開道岔機構中共計有12個活動構件，16個運動副，自由度計算如下[6]：

F=3×12-2×16=4。

結合道岔驅動原理，共計有4個曲柄動力組件，曲柄均以ω的角速度作為動力源進行同向旋轉，這4個曲柄動力源數(shù)量等于自由度，該機構自由度唯一，機構可以正常運轉。

1.2" 跨座式單軌五開道岔機構原理分析

關節(jié)型五開道岔機構原理與單開道岔不同，如圖2所示，道岔是由5節(jié)梁（機構為L1—L5）鉸接組成，曲柄一端（機構為L6—L10）與梁體鉸接，曲柄另一端設置滑塊，滑塊在機架上進行滑動，從而驅動梁旋轉并移動不動距離實現(xiàn)轉轍。曲柄與梁體之間采用滑滑塊（滑塊機構為L11—L15）連接。梁體之間鉸接鏈為A、B、C、D、E，其中鉸接鏈A為與機架相連接的鉸接鏈;曲柄鉸接鏈為F、G、H、I、J，這5個鉸接鏈均與梁體連接;曲柄與滑塊之間的鉸接鏈為K、L、M、N、O;滑塊與機架之間為滑動副為P、Q、R、S、T，在這些運動副中A—O為15個轉動副，P、Q、R、S、T為5個移動副，皆為平面運動低副，因此該單開道岔機構中共計有15個（L1—L15）活動構件，20個運動副，自由度計算如下：

F=3×15-2×20=5。

結合道岔驅動原理，共計有5個曲柄動力組件，曲柄均以ω的角速度作為動力源進行同向旋轉，這5個曲柄動力源數(shù)量等于自由度，該機構自由度唯一，機構可以正常運轉。

1.3" 跨座式單軌道岔關鍵結構分析研究

跨座式走行、導向采用的是輪軌形式，梁體頂面為走行面，側面上部為導向面，下部為穩(wěn)定，梁體寬度尺寸較小。關節(jié)型道岔是由數(shù)節(jié)鋼制箱形軌道梁鉸接組成，走行臺車支撐，電機減速器驅動曲柄旋轉實現(xiàn)道岔轉轍，轉轍后軌道梁呈折線狀[7-10]。梁體之間連接軸采用“十”字軸鉸接結構或者“T”型軸構，梁體下部采用臺車支撐走行，如圖3（a）所示，道岔梁體之間采用搭接形式，用鉸軸進行連接僅釋放了道岔梁體的Z向、Y向旋轉自由度，結構緊湊，實現(xiàn)梁體可靠連接。道岔梁體在實現(xiàn)轉轍過程中，梁體之間需一定的轉轍空間，這種空間的存在不滿足車輛的通過性，因此在梁體之間設置了指形板結構，該結構滿足了梁體轉動需要，彌補了梁體之間的縫隙空間，保證了車輪走行踏面的連續(xù)性，同時當?shù)啦硖幱趥染€位折線狀態(tài)時也實現(xiàn)了梁體之間的補償過渡功能。每節(jié)梁體梁端分別有支撐臺車，保證了道岔梁體的移動功能，同時也限制了梁體Y向旋轉。

跨座式單軌道岔采用了曲柄導槽的驅動結構形式，該結構形式在運動學理論上自帶加減速功能，這種功能致使道岔控制系統(tǒng)較為簡單，不用刻意使用變頻控制技術來控制電動機。對于單開道岔在梁體下部設置驅動導槽，驅動導輪在導槽內(nèi)設置，驅動曲柄在減速器的帶動下驅使曲柄旋轉從而帶動導輪撥動導槽與梁體一起移動，如圖3（b）所示。對于五開道岔，如圖3（c）所示，減速器、驅動曲柄安裝在道岔梁體上，驅動導槽安裝在地面上，減速器驅動曲柄回轉曲柄導輪導槽內(nèi)滾動，從而撥動道岔梁體與驅動結構體一起移動。

2" 中低速磁浮道岔機理及關鍵結構研究

2.1" 中低速磁浮單開道岔機構原理分析

中低速磁浮單開道岔運行原理機構相對關節(jié)型道岔較為簡單，如圖4所示，道岔是由3節(jié)梁（L1、L2、L3）組成，梁體之間采用搭接形式，即梁體之間由滑塊機構（L5、L6）連接，每節(jié)梁端與機架進行鉸接，鉸接點為A、B、C;在最后一節(jié)梁體上設置一組曲柄（L4）滑塊機構（L7）驅動梁體L3動作，從而帶動梁體L1、L2旋轉運動實現(xiàn)道岔轉轍，曲柄與機架鉸接點為D，梁體與滑塊機構之間采用鉸接，鉸接點為H、I、J，滑塊與梁體之間滑動運動副為E、F、G。在這些運動副中A、B、C、D、H、I、J為7個轉動副，E、F、G為3個移動副，皆為平面運動低副，因此該機構中共計有7個活動構件，10個運動副，自由度計算如下：

F=3×7-2×10=1。

結合道岔驅動原理，共計有1個曲柄動力組件，曲柄以ω的角速度作為動力源進行旋轉，曲柄動力源數(shù)量等于自由度，該機構自由度唯一，機構可以正常運轉。

2.2" 中低速磁浮道岔關鍵結構

中低速磁浮交通采用直線異步電機驅動，定子設在車輛上的常導磁浮軌道交通，通過常導電磁懸浮技術實現(xiàn)懸浮導向，通過直線感應電機實現(xiàn)行走。中低速磁浮道岔采用了節(jié)段式梁體結構，走行臺車支撐，電機減速器驅動曲柄旋轉實現(xiàn)道岔轉轍，轉轍后軌道梁呈折線狀[11-13]。梁體之間連接采用滑塊鉸接結構，梁體下部采用臺車支撐走行，如圖5所示，由于中低速磁浮梁體寬度尺寸較大，在梁體互相連接的中間設置拔叉鉸軸結構，僅用于限制梁體之間的Y向移動，梁體兩側設置用于實現(xiàn)梁體旋轉滑動的滑塊結構，該裝置限制梁體的Z向移動和Y向旋轉，每根梁始端的回轉裝置限制了梁體的X向移動，臺車支撐，實現(xiàn)了梁體的移動，保證了梁體的穩(wěn)定性。

3" 高速磁浮道岔轉轍機理及關鍵結構研究

3.1" 高速磁浮單開道岔轉轍原理分析

高速磁浮采用了一種超靜定結構原理，將梁體作為柔性構件，在多點驅動力作用下驅使其發(fā)生彈性變形實現(xiàn)轉轍。如圖6所示，在道岔梁體A、B、C、D位置處施加可移動的驅動力，其中驅動力F0=F1，F(xiàn)2=F3。A—B梁段道岔梁體側向線形為緩和曲線，B—C梁段道岔梁體側向線形為圓曲線，C—D梁段道岔梁體側向線形為緩和曲線，這種曲線組合保證線形幾何連續(xù)性，是線路設計的優(yōu)選。

3.2" 高速磁浮道岔關鍵結構

高速磁浮是將道岔梁主梁體作為一根柔性構件，由主梁體的彈性變形實現(xiàn)轉轍，在主梁體的外側實現(xiàn)車輛懸浮導向的功能區(qū)采用剛性的構件，即功能件“以直代曲”形式布置[14-15]，為控制功能件之間夾角，功能件的長度尺寸盡可能小，如圖7所示，這樣可以提高車輛過岔舒適性，減小道岔轉轍時的彎曲應力和驅動力。

4" 優(yōu)化研究及思考

綜合上述道岔實現(xiàn)機理研究分析，道岔實現(xiàn)轉轍有多種機構形式可以實現(xiàn)，但針對每種機構形式選取和設計需重點考慮車軌關系、車輛過岔能力和需求、道岔梁體結構形式、線路布置等。道岔作為軌道交通關鍵設備，對車輛能否正點運行起著決定性的作用，因此，結合幾種典型道岔原理、結構形式和應用情況，道岔在結構設計上應盡量簡單、耐用。具體來說，梁體結構形式由車軌關系決定，但道岔結構原理、驅動和鎖定形式、控制系統(tǒng)等由道岔自身設計決定。

道岔結構原理設計遵循線路轉轍需求、車輛過岔速度、車軌關系等諸多條件，對于跨座式單軌、中低速磁浮、高速磁浮等道岔其需求各有側重和要求，具體見表1。

例如，對于關節(jié)型道岔單開道岔可優(yōu)化其驅動結構形式，減小驅動動力源，提高可靠性，對于中低速磁浮道岔可從道岔運行上省略驅動減速器，采用推桿動力結構，控制上采用變頻結構控制運行加減速。具體如圖8（a）所示， 跨座式單軌關節(jié)型單開道岔可通過機構運行的創(chuàng)新設計，并結合使用特性和結構要求，轉化道岔運動副設置形式，改變運動原理，簡化后道岔由9個機構（L1—L9），13個運動副（A—M）組成，自由度為F=3×9-2×13=1。減少動力源布置，像前文所說道岔共計有4個曲柄動力組件，通過結構優(yōu)化可減小動力源組件，優(yōu)化成1個驅動動力源，簡化道岔結構形式，提高可靠性，減小道岔實際成本。對于中低速磁浮道岔可進一步優(yōu)化動力源結構形式，采用推桿機構（L4）直接推動道岔梁體，避免了采用結構龐大復雜的驅動減速器，如圖8（b）所示。

5" 結論

目前，跨座式單軌關節(jié)型道岔在重慶實現(xiàn)了批量化的應用，中低速磁浮道岔在北京和長沙實現(xiàn)了批量化應用，應用效果良好，保證了車輛穩(wěn)定可靠運行。筆者通過對幾種新制式軌道交通道岔的分析，揭示了道岔在設計上所采用的基本原理和方法，并重點分析了不同車軌關系要求下道岔的結構形式，提出了道岔的優(yōu)化思路和建議，供研究者進行參考借鑒。伴隨著新制式軌道交通的快速發(fā)展，高可靠性、安全性、低成本成為軌道交通發(fā)展的重要需求。因此，在道岔設計上考慮技術可靠性的同時還需考慮成本及維護便利性，進一步推動道岔的高質量發(fā)展。

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作者簡介： 余鋒（1985-），男，高級工程師。研究方向為新制式軌道交通裝備。