CN109706797B

CN109706797B - 一种低等效锥度的直基本轨及道岔转辙器

Info

Publication number: CN109706797B
Application number: CN201910027825.5A
Authority: CN
Inventors: 徐井芒; 王平; 陈嵘; 陈嘉胤; 方嘉晟; 高原; 安博洋; 胡辰阳; 刘子煊
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2020-09-04
Anticipated expiration: 2039-01-11
Also published as: CN109706797A

Abstract

本发明涉及高速铁路道岔领域，具体而言，涉及一种低等效锥度的直基本轨及道岔转辙器。一种低等效锥度的直基本轨，用于道岔转辙器，其配置有优化轨道段，并且沿低等效锥度的直基本轨的延伸方向，低等效锥度的直基本轨具备相对的第一侧及第二侧。优化轨道段包括依次间隔的第一位置、第二位置及第三位置，第一位置及第三位置分别位于优化轨道的两端。由第一位置至第二位置，优化轨道段在第一侧的轨顶向第二侧逐渐凹陷；由第三位置至第二位置，优化轨道段在第一侧的轨顶向第二侧逐渐凹陷；以在第一侧的轨顶处形成弧形的优化面。该低等效锥度的直基本轨工艺简单，可操作性强，采用该低等效锥度的直基本轨的道岔转辙器，能够显著提升行车平稳性。

Description

一种低等效锥度的直基本轨及道岔转辙器

技术领域

本发明涉及高速铁路道岔领域，具体而言，涉及一种低等效锥度的直基本轨及道岔转辙器。

背景技术

在我国道岔现有设计条件下，当轮对直逆向通过转辙器且轮载由曲基本轨过渡至直尖轨前，曲基本轨侧轮轨接触点随曲基本轨向外弯折而外移，实际滚动圆半径减小；而直基本轨侧实际滚动圆半径变化很小，轮对产生较大滚动圆半径差和等效锥度，加剧了轮对横向动力响应；轮对发生蛇形运动，降低了列车运行平稳性和安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低等效锥度的直基本轨，该低等效锥度的直基本轨工艺简单，可操作性强，采用该低等效锥度直基本轨的道岔转辙器在使用的过程中，在轮载过渡前，直基本轨侧轮轨接触点能够随曲基本轨侧接触点同步外移，从而使得轮载过渡前轮轨接触点同步变化，减小了两侧轮轨接触点位置的横向非对称量，降低了轮对滚动圆半径差和等效锥度，由此，能够降低车辆直向通过道岔时的车体横向振动加速度和轮对横移量，显著提升行车平稳性。

本发明的实施例是这样实现的：

一种低等效锥度的直基本轨，用于道岔转辙器，其配置有优化轨道段，并且沿低等效锥度的直基本轨的延伸方向，低等效锥度的直基本轨具备相对的第一侧及第二侧；

沿低等效锥度的直基本轨的延伸方向，优化轨道段包括依次间隔的第一位置、第二位置及第三位置，第一位置及第三位置分别位于优化轨道段的两端；

由第一位置至第二位置，优化轨道段在第一侧的轨顶向第二侧逐渐凹陷；由第三位置至第二位置，优化轨道段在第一侧的轨顶向第二侧逐渐凹陷；以在第一侧的轨顶处形成弧形的优化面。

在本发明的一种实施例中：

沿低等效锥度的直基本轨的延伸方向，优化面在第二位置处的钢轨廓形相对位于其在第一位置处的钢轨廓形内。

在本发明的一种实施例中：

第一位置及第三位置的钢轨廓形均与CHN60钢轨廓形相同。

在本发明的一种实施例中：

优化面通过刨切第一侧的轨顶形成。

在本发明的一种实施例中：

刨切的深度小于或等于1.5mm。

在本发明的一种实施例中：

靠近第二侧的优化面与优化轨道段的钢轨轨顶中心线之间的间隔小于或等于20mm。

在本发明的一种实施例中：

第二位置与第三位置之间间隔1m。

在本发明的一种实施例中：

第一位置与第三位置之间的间隔小于或等于7m。

一种道岔转辙器，包括直尖轨、曲基本轨以及上述的低等效锥度的直基本轨；

曲基本轨与低等效锥度的直基本轨间隔设置；直尖轨设置在曲基本轨与低等效锥度的直基本轨之间，并与曲基本轨相邻；

第一位置正对于直尖轨的尖端，第二位置正对于轮载由曲基本轨过渡至直尖轨的起始处；

第一侧正对于曲基本轨。

本发明的技术方案至少具有如下有益效果：

本发明提供的低等效锥度的直基本轨工艺简单，可操作性强，采用该低等效锥度的直基本轨的道岔转辙器在使用的过程中，在轮载过渡前，低等效锥度的直基本轨侧轮轨接触点能够随曲基本轨侧接触点同步外移，从而使得轮载过渡前轮轨接触点同步变化，减小了两侧轮轨接触点位置的横向非对称量，降低了轮对滚动圆半径差和等效锥度，由此，能够降低车辆直向通过道岔时的车体横向振动加速度和轮对横移量，显著提升行车平稳性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中低等效锥度的直基本轨的布置示意图；

图2为本发明实施例中低等效锥度的直基本轨的结构示意图；

图3为本发明实施例中优化面的截面示意图；

图4为本发明实施例中轮载过渡起始位置的轮轨接触示意图；

图5为现有技术中道岔转辙器轮轨接触状态示意图。

图标：01-轮对；10-道岔转辙器；20-低等效锥度的直基本轨；30-直尖轨；40-曲基本轨；50-普通直基本轨；211-第一侧；212-第二侧；220-优化轨道段；221-第一位置；222-第二位置；223-第三位置；213-优化面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施方式的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参考图1及图2，图1及图2示出了实施例中提供的道岔转辙器10的具体结构。

从图1及图2中可以看出，该道岔转辙器10包括直尖轨30、曲基本轨40以及低等效锥度的直基本轨20。

其中，曲基本轨40与低等效锥度的直基本轨20间隔设置；直尖轨30设置在曲基本轨40与低等效锥度的直基本轨20之间，并与曲基本轨40相邻。需要说明的是，直尖轨30、曲基本轨40以及低等效锥度的直基本轨20的设置方式与现有技术中的设置方式相同，故在此不再赘述。

进一步地，请参照图1-图3，低等效锥度的直基本轨20配置有优化轨道段220，并且沿低等效锥度的直基本轨20的延伸方向，低等效锥度的直基本轨20具备相对的第一侧211及第二侧212。需要说明的，在现有技术中，道岔转辙器10的低等效锥度的直基本轨20具备工作边侧及非工作边侧，在本实施例中，第一侧211等同于现有技术中的工作边侧，第二侧212等同于现有技术中的非工作边侧。即第一侧211正对于曲基本轨40，第二侧212远离曲基本轨40。

沿低等效锥度的直基本轨20的延伸方向，优化轨道段220包括依次间隔的第一位置221、第二位置222及第三位置223，第一位置221及第三位置223分别位于优化轨道段220的两端。并且第一位置221正对于直尖轨30的尖端，第二位置222正对于轮载由曲基本轨40过渡至直尖轨30的起始处。

进一步地，由第一位置221至第二位置222，优化轨道段220在第一侧211的轨顶向第二侧212逐渐凹陷；由第三位置223至第二位置222，优化轨道段220在第一侧211的轨顶向第二侧212逐渐凹陷；以在第一侧211的轨顶处形成弧形的优化面213。

请参照图1-图4，通过在低等效锥度的直基本轨20上设置上述的优化面213，能够使得道岔转辙器10在使用的过程中，在轮载过渡前，低等效锥度的直基本轨20侧轮轨接触点能够随曲基本轨40侧接触点同步外移，从而使得轮载过渡前轮轨接触点同步变化，减小了两侧轮轨接触点位置的横向非对称量，降低了轮对01滚动圆半径差和等效锥度，由此，能够降低车辆直向通过道岔时的车体横向振动加速度和轮对01横移量，显著提升行车平稳性。

进一步地，在设置优化面213时，由第一位置221至第二位置222，优化轨道段220在第一侧211的轨顶向第二侧212逐渐凹陷；由第三位置223至第二位置222，优化轨道段220在第一侧211的轨顶向第二侧212逐渐凹陷；以在第一侧211的轨顶处形成弧形的优化面213，故在第一位置221及第二位置222之间的优化面213和在第二位置222及第三位置223之间的优化面213均可通过线性插值获得低等效锥度的直基本轨20沿纵向连续变化的廓形。并且第二位置222的轨顶廓形相对位于该弧形的优化面213的底部。

由此，在轮载过渡前，即轮载运行至第一位置221时，低等效锥度的直基本轨20侧轮轨接触点随曲基本轨40侧接触点同步外移，减小了两侧轮轨接触点位置的横向非对称量，降低轮对01滚动圆半径差和等效锥度，从而提升了行车平稳性。

轮载过渡至直尖轨30后，即轮对01运行至第二位置222以后位置时，直尖轨30侧实际滚动圆半径显著增大，上述优化面213设计在降低轮载过渡前的等效锥度的同时，增加了轮载过渡至直尖轨30后的等效锥度。通过控制第三位置223在低等效锥度的直基本轨20上的相对位置，使低等效锥度的直基本轨20侧轮轨接触点在轮载过渡后能在较短的范围内恢复至初始位置，且不发生剧烈的轮轨动态相互作用。

在本实施例中，在设置上述优化面213后，在沿低等效锥度的直基本轨20的延伸方向上，优化面213在第二位置222处的钢轨廓形相对位于其在第一位置221处的钢轨廓形内，并且第一位置221及第三位置223的钢轨廓形均与低等效锥度的直基本轨20的优化前钢轨廓形相同。需要说明的是，在本实施例中，低等效锥度的直基本轨20的优化前钢轨廓形为CHN60钢轨廓形，即第一位置221、第三位置223及低等效锥度的直基本轨20的优化前钢轨廓形均与CHN60钢轨廓形相同。需要说明的是，上述的截面均为沿垂直于低等效锥度的直基本轨20的方向截取的截面。

另外，需要说明的是，由于第一位置221及第三位置223的钢轨廓形均与低等效锥度的直基本轨20的优化前钢轨廓形相同，由此使得优化面213在沿低等效锥度的直基本轨20的延伸方向上的分布区域被限定在第一位置221及第三位置223之间。

并且由于该优化面213能够起到使得道岔转辙器10在使用的过程中，在轮载过渡前，低等效锥度的直基本轨20侧轮轨接触点能够随曲基本轨40侧接触点同步外移，从而使得轮载过渡前轮轨接触点同步变化，减小了两侧轮轨接触点位置的横向非对称量，降低了轮对01滚动圆半径差和等效锥度，由此，能够降低车辆直向通过道岔时的车体横向振动加速度和轮对01横移量，显著提升行车平稳性。为进一步使得优化面213能够起到上述作用，故在设置优化面213时，基于车辆-道岔耦合动力学分析，可得出第三位置223应设置在第二位置222后1.0m的位置，即沿低等效锥度的直基本轨20的延伸方向，第二位置222与第三位置223之间可以间隔1m。

进一步地，由于轮载与低等效锥度的直基本轨20的接触区域有限，故为使得优化面213的钢轨廓形优化区域能够覆盖车轮与低等效锥度的直基本轨20的接触区域，故靠近第二侧212的优化面213与优化轨道段220的钢轨轨顶中心线之间的间隔小于或等于20mm。

在设计第二位置222的优化面213时，通过拟定轨距角处钢轨刨切深度范围，在不同轨距角深度条件下，设计第二位置222的优化面213的钢轨廓形曲线曲率半径组合，使其满足轨顶廓形优化区域内廓形曲线曲率半径连续变化的条件。在不同的设计条件下，通过对比轮轨接触几何(滚动圆半径差和等效锥度)及车辆-道岔耦合动力学特性，提出最优的轨距角切削深度和钢轨廓形曲线曲率半径组合方案。另外，钢轨廓形优化范围限定在轮轨接触范围内；基于迹线法，开展轮轨接触几何计算，钢轨中心线外侧20mm以外范围一般不发生轮轨接触，故提出该廓形优化范围。

请参照图3-5，未开展优化前，在尖轨尖端位置，即轮对01刚进入道岔t＝0时刻，两侧车轮的实际滚动圆半径近乎相等，轮轨接触点关于轨道中心线对称，即r_曲0≈r_直0。当轮对01抵达轮载过渡起点位置，即时刻t，此时曲基本轨40侧车轮实际滚动圆半径r_曲t显著减小，即r_曲t<r_曲0；普通直基本轨50侧实际滚动圆半径变化较小，即r_直t≈r_直0，则r_曲t<r_直t，从而产生两侧车轮的滚动圆半径差，降低平稳性。r_曲t代表t时刻曲基本轨40侧车轮实际滚动圆半径；r_直t代表t时刻普通直基本轨50侧车轮实际滚动圆半径。

采用优化廓形后，车轮在轮载过渡之前，曲基本轨40侧车轮实际滚动圆半径变化趋势一致，即r_曲t<r_曲0。由于低等效锥度的直基本轨20轨距角被刨切，故在轮载过渡时，低等效锥度的直基本轨20侧轮轨接触点外移，使r’_直t同步减小，即r’_直t<r’_直0。此时，r_曲t≈r’_直t，显著减小两侧滚动圆半径差，提升行车平稳性。r’_直t代表t时刻低等效锥度的直基本轨20侧车轮实际滚动圆半径。

由此，优化面213轨顶廓形可以通过刨切优化轨道段220的第一侧211的轨顶形成。不同于FAKOP动态轨距优化技术，该设计只需在小于7.0m范围内刨切普通直基本轨50轨距角，第一位置221与第三位置223之间的间隔小于或等于7m，即优化面213沿低等效锥度的直基本轨20的延伸方向上的长度小于或等于7m；且刨切的深度小于或等于1.5mm。避免了普通直基本轨50弯折工艺，加工量少，易于实现。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种低等效锥度的直基本轨，用于道岔转辙器，其特征在于：

所述低等效锥度的直基本轨配置有优化轨道段，并且沿所述低等效锥度的直基本轨的延伸方向，所述低等效锥度的直基本轨具备相对的第一侧及第二侧；

沿所述低等效锥度的直基本轨的延伸方向，所述优化轨道段包括依次间隔的第一位置、第二位置及第三位置，所述第一位置及所述第三位置分别位于所述优化轨道段的两端；所述第一位置正对于直尖轨的尖端，所述第二位置正对于轮载由曲基本轨过渡至直尖轨的起始处；

由所述第一位置至所述第二位置，所述优化轨道段在所述第一侧的轨顶向所述第二侧逐渐凹陷；由所述第三位置至所述第二位置，所述优化轨道段在所述第一侧的轨顶向第二侧逐渐凹陷；以在所述第一侧的轨顶处形成弧形的优化面；所述第二位置的轨顶廓形相对位于所述优化面的底部；

沿所述低等效锥度的直基本轨的延伸方向，所述优化面在所述第二位置处的钢轨廓形相对位于其在所述第一位置处的钢轨廓形内；

所述第一位置及所述第三位置的钢轨廓形均与CHN60钢轨廓形相同。

2.根据权利要求1所述的低等效锥度的直基本轨，其特征在于：

所述优化面通过刨切所述第一侧的轨顶形成。

3.根据权利要求2所述的低等效锥度的直基本轨，其特征在于：

刨切的深度小于或等于1.5mm。

4.根据权利要求1所述的低等效锥度的直基本轨，其特征在于：

靠近所述第二侧的所述优化面与所述优化轨道段的钢轨轨顶中心线之间的间隔小于或等于20mm。

5.根据权利要求1所述的低等效锥度的直基本轨，其特征在于：

所述第二位置与所述第三位置之间间隔1m。

6.根据权利要求1所述的低等效锥度的直基本轨，其特征在于：

所述第一位置与所述第三位置之间的间隔小于或等于7m。

7.一种道岔转辙器，其特征在于：

所述道岔转辙器包括直尖轨、曲基本轨以及如权利要求1-6中任意一项所述的低等效锥度的直基本轨；

所述曲基本轨与所述低等效锥度的直基本轨间隔设置；所述直尖轨设置在所述曲基本轨与所述低等效锥度的直基本轨之间，并与所述曲基本轨相邻；

所述第一位置正对于所述直尖轨的尖端，所述第二位置正对于轮载由所述曲基本轨过渡至所述直尖轨的起始处；

所述第一侧正对于所述曲基本轨。