CN109868693A - 一种山地米轨柔性护轨装置的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种山地米轨柔性护轨装置的设计方法，可精确确定所述护轨与所述钢轨之间间距的设置大小，防止动车组车轮在山地米轨及米轨与齿轨复合轨道铁路的脱轨和减少曲线段钢轨磨耗延长钢轨使用年限。

Description

一种山地米轨柔性护轨装置的设计方法

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，特别涉及一种山地米轨柔性护轨装置及其设计方法。

背景技术

山地轨道交通作为一种旅游观光铁路，广泛应用于欧美等发达国家，具有运行地形复杂、速度快、安全、运量大、爬坡能力强等特点，轨道主要采用米轨和米轨加齿轨的复合轨道结构形式。目前，在国内尚无相关的建设标准和运营经验，由于山地轨道交通主要建设于高山、峡谷、悬崖陡坎等复杂地形条件下，有大量的险峻桥梁、隧道、高路堤、小半径曲线及长大坡道等高危轨道地段，动车组在这些高危轨道行驶容易因曲线半径过小造成动车组外轮爬（跳）轨、长大坡道地段动车组紧急制动或牵引失效造成车轮悬浮、动车组齿轮与齿轨顶齿或齿条破损等因素引起的脱轨，动车组在山地条件下脱轨后将会产生重大并发事故；山地轨道的结构稳定性差，轨道工务维修工作量大；曲线轨道轮轨磨耗严重，钢轨使用年限短；长大坡道地段钢轨容易发生纵向爬行；这些条件造成了对山地轨道线路的安全和维修养护提出了较高要求。

现有的护轨设备中基本上适应于国铁、城市轨道交通及专用铁路等标准轨距的轨道，没有专适用于山地米轨及米轨与齿轨复合轨道铁路的护轨设备，由于米轨与标准轨距之间的差异，标准轨距护轨设备的设计方法在米轨上不适用，且山地多小半径曲线轨道（正线最小半径200m）和大坡度轨道（常规铁路的坡度规定不大于35‰，山地齿轨铁路最大坡度可达125‰），条件苛刻，因而需要设计一种适用于山地米轨的护轨装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的问题，即现有的护轨设备没有专适用于山地米轨及米轨与齿轨复合轨道铁路的护轨设备，由于米轨与标准轨距之间的差异，标准轨距护轨设备的设计方法在米轨上不适用，且山地多小半径曲线轨道和大坡度轨道，条件苛刻，因而需要设计一种适用于山地米轨的护轨装置弥补上述不足，提供一种山地米轨柔性护轨装置及其设计方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种山地米轨柔性护轨装置的设计方法，所述护轨装置包括护轨，所述护 轨位于钢轨内侧，所述护轨与所述钢轨之间的距离X通过以下方程确定：

其中，X为所述护轨与所述钢轨之间的设计距离，为所述护轨与所述钢 轨之间的距离的平均值，S为两根所述钢轨之间的轨距，T为轮对内侧距，d为 轮缘厚，σ为均方差，N为保证系数，ΔS为轨距加宽值。

山地米轨交通与标准轨距中两根钢轨之间的轨距S、轮对内侧距T、轮缘厚 d及其它轮轨参数均不相同，因此护轨与钢轨之间的距离X的计算方法不同。 山地米轨柔性护轨装置的护轨与钢轨之间的设计距离X是根据在不同的轨道地 段及不同条件下的轮轨参数轨距S、轮对内侧距T、轮缘厚d计算得出护轨与钢 轨之间距离的平均值同时采用统计学原理的均方差计算分析出偏离量，进 而再以具体柔性护轨铺设地段所需的功能要求选取不同的保证系数N精确计算 出该段X值的设计值；原标准轨距护轨与钢轨之间的距离X主要以曲线轨道为 研究对象，通过对轨道线路的曲线半径R，速度V等条件进行计算分析，再将 计算结果结合试验取得的参数修正得到的一个不精确的范围值，该方法并不适 合直线地段的计算。山地米轨柔性护轨装置的设计方法对直线和曲线轨道均适 用，计算出的护轨与钢轨之间的距离X值更加精确，因此采用本发明所述的一 种山地米轨柔性护轨装置的设计方法，可精确确定所述护轨与所述钢轨之间间 距的设置大小，防止动车组车轮在山地米轨及米轨与齿轨复合轨道铁路的脱轨 和减少曲线段钢轨磨耗延长钢轨使用年限。

优选地，所述护轨装置设置在桥梁、高路堤、长大坡道、长大隧道等地段时，所述X的值设置较大，所述护轨装置主要起到防脱轨功能，正常工况条件下动车组车轮不与所述护轨装置发生接触，只有在动车组车轮处于非正常工况条件，出现动车组车轮有爬上钢轨的趋势时，动车组车轮轮缘背将与所述护轨装置发生接触，所述护轨装置分担一部分动车组车轮作用于钢轨的横向力，使车轮脱轨系数降低，同时所述护轨装置引导非正常工况的车轮恢复到正常的运行轨迹，起到防止动车组车轮发生脱轨的功能。

优选地，所述护轨装置设置在小半径曲线地段时，所述X的值设置较小，起到改善轮轨受力情况，延长曲线段所述钢轨的使用年限，防止动车组车轮发生脱轨的功能，动车组通过安装有柔性护轨地段时，正常工况下动车组车轮轮缘背必须（或基本上）要与所述护轨装置工作边适量柔性接触，使所述护轨装置分担一部分动车组车轮作用于钢轨的横向力，从而减小动车组车轮作用于小半径曲线外股钢轨的横向力，同时动车组车轮受到外股钢轨与所述护轨装置反作用于动车组车轮的力作用下，动车组车轮导向力由原来的单导向力变为双导向力，使得动车组车轮通过曲线转向更为顺畅，减小动车组车轮对曲线外股钢轨的轮轨冲击角，动车组车轮对曲线外股钢轨的横向力和轮轨冲击角均减小有利于减轻曲线外股钢轨磨耗，延长曲线外股钢轨的使用年限，同时所述护轨装置约束了动车组车轮，使动车组车轮按正常的运行轨迹方向行驶，防止动车组车轮脱轨因此，所述护轨装置能够有效的延长曲线段钢轨的使用年限，防止动车组车轮脱轨。

优选地，相邻设置的连接所述护轨的两个支座处，两个所述X的值的误差为0-±5mm。

优选地，所述护轨上缘顶部高于所述钢轨顶面的距离Y通过以下方程确定：

其中，Y为所述护轨上缘顶部高于所述钢轨顶面的设计距离，H₁为所述护轨防脱轨的有效高度，h为车轮轮缘高度，△h为所述钢轨的垂直磨耗，△s为车轮踏面的垂直磨耗，H₂为限界要求最高值。

山地米轨柔性护轨装置护轨上缘顶部高于钢轨顶面的设计距离Y是根据在不同的轨道地段及不同条件下护轨防脱轨的有效高度H₁、车轮轮缘高度h、钢轨的垂直磨耗△h、车轮踏面的垂直磨耗△s计算求得，原标准轨距护轨上缘顶部高于钢轨顶面的距离Y未有相关的计算方法，只统一给出了一个10mm数值。采用本发明所述的一种山地米轨柔性护轨装置的设计方法求得的Y值更加合理。

采用所述护轨装置，护轨工作边上缘高出钢轨顶面Y，当动车组车轮出现减载（或悬浮）工况发生的爬（跳）轨时，动车组车轮爬（或跳）轨的高度须超过柔性护轨的有效高度H₁才有可能发生脱轨，目前所研究的脱轨没有超过H₁这种情况发生，因此能够有效的防止动车组车轮爬（或跳）轨脱线事故的发生。

本发明还提供了一种山地米轨柔性护轨装置，采用如以上任一项所述的山地米轨柔性护轨装置的设计方法设计制造，包括若干个支座，每个所述支座为悬臂结构件，每个所述支座一端连接所述钢轨，另一端连接所述护轨。

所述护轨与所述钢轨之间的距离X按照大（入轨段）→小（固定段）→大（出轨段）设置。

采用本发明所述的一种山地米轨柔性护轨装置，可精确确定所述护轨与所述钢轨之间间距的设置大小，防止动车组在山地米轨及米轨与齿轨复合轨道铁路的脱轨，减少曲线段钢轨磨耗延长钢轨使用年限，增强轨道结构稳定性，减少轨道工务维修工作量，该护轨装置结构简单，安装方便，效果良好。

优选地，该护轨装置还包括若干个压板，每个所述压板对应一个所述支座，每个所述压板螺栓连接对应的所述支座，将所述支座卡接于所述钢轨上。

优选地，所述支座与所述钢轨之间、所述压板与所述钢轨之间均设有绝缘片。

优选地，所述护轨和所述支座之间设有橡胶套筒。

采用这种结构设置，所述橡胶套筒能够在车轮轮缘背与所述护轨接触时，使所述护轨具有缓冲的作用，缓冲车轮在不利工况条件下对所述护轨的冲击荷载，消耗一部分车轮对另一侧所述钢轨的冲击破坏能量，延长所述护轨和所述钢轨的使用寿命。

优选地，所述橡胶套筒前后两工作面的等级厚度不同，便于所述X的值的调整。

优选地，所述护轨通过螺栓连接所述支座。

优选地，所述支座侧面设有隔振垫。

优选地，所述护轨与所述钢轨之间的距离X为43-75mm。

优选地，在长大坡道轨道上，所述支座侧面紧贴轨枕安装设置，防止所述钢轨纵向爬行。

优选地，在高架桥梁、小半径曲线、高路堤、长大隧道等轨道上，所述支座安装设置于相邻两个轨枕之间。

优选地，所述护轨装置安装后，轨道结构是由两根钢轨和所述护轨装置构成框架结构，未安装所述护轨装置前，轨道结构主要是由两根钢轨构成的框架结构，安装所述护轨装置后，轨道结构提供抵抗轨道横向变形的能力提高41.4%，相当于提高了轨道结构的刚度，增强了轨道结构稳定性，从而降低了动车组对轨道的破坏，减少了轨道工务的养护与维修工作量。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、运用本发明所述的一种山地米轨柔性护轨装置的设计方法，可精确确定所述护轨与所述钢轨之间间距的设置大小，防止动车组车轮在山地米轨及米轨与齿轨复合轨道铁路的脱轨和减少曲线段钢轨磨耗延长钢轨使用年限；

2、运用本发明所述的一种山地米轨柔性护轨装置的设计方法，所述护轨装置设置在桥梁、高路堤、长大坡道、长大隧道等地段时，所述X的值设置较大，起到防止列车组车轮脱轨、增强轨道结构稳定性和减少轨道工务维修工作量的作用；

3、运用本发明所述的一种山地米轨柔性护轨装置的设计方法，所述护轨装置设置在小半径曲线地段时，所述X的值设置较小，起到改善轮轨受力情况，延长曲线段所述钢轨的使用年限，同时也能起到防止列车组车轮脱轨、增强轨道结构稳定性和减少轨道工务维修工作量的作用；

4、运用本发明所述的一种山地米轨柔性护轨装置的设计方法，原标准轨距护轨上缘顶部高于钢轨顶面的距离Y未有相关的计算方法，只统一给出了一个10mm数值。采用本发明所述的一种山地米轨柔性护轨装置的设计方法求得的Y值更加合理；

5、运用本发明所述的一种山地米轨柔性护轨装置，可精确确定所述护轨与所述钢轨之间间距的设置大小，防止动车组在山地米轨及米轨与齿轨复合轨道铁路的脱轨，减少曲线段钢轨磨耗延长钢轨使用年限，增强轨道结构稳定性，减少轨道工务维修工作量，该护轨装置结构简单，安装方便，效果良好；

6、运用本发明所述的一种山地米轨柔性护轨装置，所述护轨和所述支座之间设有橡胶套筒，采用这种结构设置，所述橡胶套筒能够在车轮轮缘背与所述护轨接触时，使所述护轨具有缓冲的作用，缓冲车轮在不利工况条件下对所述护轨的冲击荷载，消耗一部分车轮对另一侧所述钢轨的冲击破坏能量，延长所述护轨和所述钢轨的使用寿命；

7、运用本发明所述的一种山地米轨柔性护轨装置，所述橡胶套筒前后两工作面的等级厚度不同，便于所述X的值的调整。

附图说明

图1为本发明所述的一种山地米轨柔性护轨装置的结构示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为所述支座的结构示意图；

图4为所述橡胶套筒的结构示意图；

图5为所述支座贴合轨枕设置的平面结构示意图；

图6为所述支座设于两个轨枕之间的平面结构示意图。

图中标记：1-护轨，2-钢轨，3-支座，4-压板，5-绝缘片，6-橡胶套筒，7-隔振垫，8-轨枕，9-齿轨。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1-6所示，本发明所述的一种山地米轨柔性护轨装置的设计方法，所述 护轨装置包括护轨1，所述护轨1位于钢轨2内侧，所述护轨1与所述钢轨2之 间的距离X和所述护轨1上缘顶部高于所述钢轨2顶面的距离Y分别通过以下 方程确定：

其中，X为所述护轨1与所述钢轨2之间的设计距离，为所述护轨1与 所述钢轨2之间的距离的平均值，S为两根所述钢轨2之间的轨距，T为轮对内 侧距，d为轮缘厚，σ为均方差，N为保证系数，ΔS为轨距加宽值，Y为所述 护轨1上缘顶部高于所述钢轨2顶面的设计距离，H₁为所述护轨1防脱轨的有 效高度，h为车轮轮缘高度，Δh为所述钢轨2的垂直磨耗，Δs为车轮踏面的 垂直磨耗，H₂为限界要求最高值；相邻设置的连接所述护轨1的两个支座3处，两个所述X的值的误差为0-±5mm。

作为本实施例的一个优选方案，所述护轨装置设置在桥梁、高路堤、长大坡道、长大隧道等地段时，所述X的值设置较大，起到防止列车组车轮脱轨和增强轨道结构稳定性的作用。

作为本实施例的一个优选方案，所述护轨装置设置在小半径曲线地段时，所述X的值设置较小，起到改善轮轨受力情况，延长曲线段所述钢轨2的使用年限，同时也能起到防止列车组车轮脱轨和增强轨道结构稳定性的作用。

运用本发明所述的一种山地米轨柔性护轨装置的设计方法，可精确确定所述护轨1与所述钢轨2之间间距的设置大小，增强轨道结构稳定性，防止列车组在山地米轨及米轨与齿轨复合轨道铁路的脱轨。

实施例2

如图1-6所示，本发明所述的一种山地米轨柔性护轨装置，采用如实施例1所述的山地米轨柔性护轨装置的设计方法设计制造。

该护轨装置包括若干个支座3和若干个压板4，每个所述支座3为悬臂结构件，每个所述压板4对应一个所述支座3，每个所述压板4螺栓连接对应的所述支座3，将所述支座3卡接于所述钢轨2上，所述支座3与所述钢轨2之间、所述压板4与所述钢轨2之间均设有绝缘片5，所述钢轨2设置在轨枕8上，所述轨枕8中部设有齿轨9。

所述护轨1通过螺栓连接于每个所述支座3的悬臂端，所述护轨1和所述支座3之间设有橡胶套筒6，如图5所示，所述橡胶套筒6前后两工作面的等级厚度不同，便于所述X的值的调整，采用这种结构设置，所述橡胶套筒6能够在车轮轮缘背与所述护轨1接触时，使所述护轨1具有缓冲的作用，缓冲车轮在不利工况条件下对所述护轨1的冲击荷载，消耗一部分车轮对另一侧所述钢轨2的冲击破坏能量，延长所述护轨1和所述钢轨2的使用寿命。

所述护轨1与所述钢轨2之间的距离X按照大（入轨段）→小（固定段）→大（出轨段）设置，所述护轨1与所述钢轨2之间的距离X为43-75mm，两个所述护轨1之间采用鱼尾板连接。

所述支座3侧面设有隔振垫7；如图5所示，在长大坡道轨道上，所述支座 3侧面紧贴轨枕8安装设置，防止所述钢轨2纵向爬行；如图6所示，在高架桥 梁、小半径曲线、高路堤、长大隧道等轨道上，所述支座3安装设置于相邻两 个轨枕8之间。

运用本发明所述的一种山地米轨柔性护轨装置，可精确确定所述护轨1与所述钢轨2之间间距的设置大小，增强轨道结构稳定性，防止列车组在山地米轨及米轨与齿轨复合轨道铁路的脱轨，该护轨装置结构简单，安装方便，效果良好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种山地米轨柔性护轨装置的设计方法，其特征在于，所述护轨装置包括护轨(1)，所述护轨(1)位于钢轨(2)内侧，所述护轨(1)与所述钢轨(2)之间的距离X通过以下方程确定：

其中，X为所述护轨(1)与所述钢轨(2)之间的设计距离，为所述护轨(1)与所述钢轨(2)之间的距离的平均值，S为两根所述钢轨(2)之间的轨距，T为轮对内侧距，d为轮缘厚，σ为均方差，N为保证系数，△S为轨距加宽值。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述护轨装置设置在桥梁、高路堤、长大坡道、长大隧道等地段时，所述X的值设置较大。

3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述护轨装置设置在小半径曲线地段时，所述X的值设置较小。

4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，相邻设置的连接所述护轨(1)的两个支座(3)处，两个所述X的值的误差为0-±5mm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的设计方法，其特征在于，所述护轨(1)上缘顶部高于所述钢轨(2)顶面的距离Y通过以下方程确定：

其中，Y为所述护轨(1)上缘顶部高于所述钢轨(2)顶面的设计距离，H₁为所述护轨(1)防脱轨的有效高度，h为车轮轮缘高度，△h为所述钢轨(2)的垂直磨耗，△s为车轮踏面的垂直磨耗，H₂为限界要求最高值。