香港钢轨伸缩调节器的设计研究

摘 要：钢轨伸缩调节器（简称为调节器）是组成高速铁路的重要轨道部件之一，是实现轨道现代化的一项重要技术措施。本文在认真分析了目前我国使用的60kg/m钢轨伸缩调节器存在的问题的基础上，通过确定钢轨伸缩调节器的类型、伸缩量、结构特点等几方面，介绍了专为香港地铁设计的钢轨伸缩调节器。为香港地铁公司在选型及铺设方面起到指导作用。

关键词：钢轨伸缩调节器；卡口式；伸缩量

中图分类号： U213.9 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2017）03-162-2

0 引言

铺设无缝线路具有很多益处，如可以使设备大大增加使用时间，缩减维修的工作量，使列车行驶平稳等。这种线路在城市轨道交通中的应用，能够降低车轮与轨道相撞发出的声音、震动对环境造成的污染。由于梁和轨道所用的材料并不一致，因而在架设无缝线路的桥梁时，当跨度大于一百二十米时，气温的变化导致的纵向变形也会出现很大差异，纵向变形被抑制的时候就会生成内部应力。当内部应力和其他应力共同作用时，若超出轨道能够支撑的最大应力，就会影响列车的平稳运行，使列车行驶过程中出现安全隐患，最极端的后果将十分严重。该难题可以通过铺设钢轨伸缩调节器来得到妥善解决。另外，为了保证车辆行驶安全，要避免钢轨伸缩可能对整条无缝线路道岔产生的影响，我们在高架线路的道岔前面和后面两端，通常也需铺设钢轨伸缩调节器。

1 我国在钢轨伸缩调节器方面的几大问题

1.1 钢轨伸缩量

当前我国60kg/m钢轨伸缩调节器理论钢轨伸缩量为1000毫米。通过对道岔结构校核，钢轨伸缩量达不到预期值。分析得出钢轨伸缩调节器在伸缩过程中，基本轨同毗邻的钢轨扣件产生干预，实际伸缩量达不到600毫米。

1.2 伸缩调节器的线型

缓和曲线线型在我国的钢轨伸缩调节器中的应用较为普遍。而在高速铁路中缓和曲线的使用更为突出，减少了车轮对纵坡的作用，使得轨道曲率更加圆顺。而在城市轨道交通中，车辆的运行速度受到多方面影响，一般时速是80km/h，因此大可不必采用缓和曲线型，圆曲线型完全满足要求。

1.3 基本轨的预弯

基本轨的伸缩顺畅与否受到导曲线线型、曲线半径和有没有设置预顶弯这三方面有关。钢轨伸缩调节器中基本轨大致可按两种方案设计。①基本轨不预顶弯，伸缩调节器的基本轨在受到外侧轨撑与尖轨阻力时，基本轨在尖轨刨切范围内发生弹性变形，该弹性变形使得基本轨和尖轨的伸缩难度加大。②基本轨预顶弯，在生产过程中取基本轨伸缩量最大时尖轨实际尖端至跟端的距离作为顶弯的范围。基本轨不预顶弯是钢轨伸缩调节器常用的设计方法，但该方法使钢轨应力集中无法散解。通过大量实验数据证明：基本轨预顶弯方法可使伸缩阻碍降低约百分之四十。

1.4 尖轨的定位

通常来说尖轨需要设置定位。因为与尖轨连接的往往是短轨，且机车正常驶过的时候总是单方向的，容易使得尖轨爬行。基本轨和尖轨之间的位置关系仅靠现在使用的钢轨伸缩调节器尖轨轨撑的扣压力是难以保证的。

1.5 尖轨结构设计的理论值

尖轨被使用在钢轨伸缩调节器上面的时候，与在道岔中直尖轨大体一致。那么降低值、水平刨切值等数据两者也应该是相同的。然而就目前来说在实际的运行中道岔的采用值和钢轨伸缩调节器并不相同。

2 香港钢轨伸缩调节器的设计

2.1 确定伸缩调节器的类型

2.1.1 卡口型伸缩调节器

卡口型是指一种半左开或半右开装置，是两根相同尺寸规格的尖轨，用一根与另一根相对铺设，如图1所示。

卡口型伸缩调节器两边均可伸缩。图1中代码为4的可伸缩钢轨既充当基本轨又充当尖轨，依照摆放位置确定。

2.1.2 不打断工作边的伸缩调节器

基本采用60E1钢轨，尖轨采用60E1A1钢轨，基本轨和尖轨均为可伸缩的伸缩调节器。

2.2 伸缩量的确定

钢轨伸缩调节器的伸缩量是由各种外界因素累加组成的，包括钢梁由于活动载荷出现的挠曲变形而诱发的钢轨伸缩量、轨道允许的爬行量、无缝线路道岔伸缩区内的伸长，缩短量。经过认真验算：轨道线路的爬行量允许值按照相关规定要小于正负20毫米，钢轨伸缩调节器同无缝线路长钢轨连接的伸缩区伸缩量通常不大于正负50毫米。伸缩量总体数值很小，设计结构最终可以把伸缩量极限值控制在小于正负150毫米。

2.3 钢轨伸缩调节器的结构设计

①尖轨制造采用60E1A1钢轨，伸缩调节器在单方向钢轨上使用的时候，采用热加工的方法使跟端和普通钢轨的断面平滑过渡；伸缩调节器在双方向钢轨上使用的时候，可将60E1A1轨中心线进行对称机加工，加工的位置与双侧的基本轨相贴；为防止尖轨爬行，尖轨设置轨撑、水平螺栓定位。

②基本轨两侧分别依赖不同的方式导向，其中一侧靠轨撑导向，另一侧靠尖轨的轨头和轨底。在钢轨伸缩量为最大值时，在尖轨轨头断面为45毫米的位置，基本轨开始做顶面刨切；刨切长度至基本轨前端，基本轨前端轨顶面降低值为10毫米，避免行车过程中对基本轨造成磨耗。基本轨在出厂前做好顶弯，以便于现场安装。

③弹条使用的是分开式可调弹性扣件，该弹条扣压力小。调整尖轨、基本轨上扣压力的大小，采用扭力矩即可实现。

④为了提高乘坐轨道交通出行乘客的舒适度，同时满足环保上的减震降噪的要求，在设计上我们采用设置双层弹性垫层的方法。使得钢轨下面和铁垫板下面都有弹性垫层，钢轨下面的为沟槽式的塑性材料，理论静刚度约为40kN/mm，铁垫板下面的为圆柱粒子式的塑性材料，理论静刚度约为60～70kN/mm。需要注意的是，在尖轨、基本轨贴合段内，是不设置弹性垫层的，目的是减少伸缩阻力。

⑤钢轨伸缩调节器按有轨底坡设计，轨底坡由垫板实现。按1：20坡度内倾。

2.4 执行标准

①钢轨材料按 EN 13674-1中的级别为R260。

②伸缩调节器检验验收标准执行 EN 13674-8。

3 结束语

综上所述，钢轨伸缩调节器是无缝线路中不可缺少的一部分，它具有行车平稳，安全可靠，易于更换和养护等优点。

参 考 文 献

[1] 高晓新.60kg/m钢轨伸缩量420mm钢轨伸缩调节器的研究设计[J].地铁与轻轨，2003（6）：26-28.

[2] BS EN13674-8， Railway applications[S].