國外同類道岔發展概況

國外同類道岔發展概況
近年來國外鐵路的發展，除新建高速客運專線外，對既有干線圍繞客運提速、貨運重載的目標進行技術改造是共同的趨勢。改造既有線的重要方面是研制、試驗并推廣新型結構的道岔。
道岔區不可避免的軌道剛度急劇變化、軌下基礎的非等彈性及量值較大的軌面幾何不平順等特點導致其與機車車輛相互作用的荷載及變形的復雜性、主要部件使用壽命短、養護維修工作量大，成為限制列車通過速度的薄弱環節。國外近代道岔的發展雖取決于各自的運營條件、軌道和機車車輛狀況而各有差異，但都致力于強化結構(包括金屬部件、軌下基礎及轉換設備)、提高材質與工藝以及限制道岔區軌道平剖面幾何不平順等方面，不僅在結構上力求延長部件使用壽命及維修省力化，而且通過道岔區軌道科學管理的途徑確保其與運營條件的適應性。

一、道岔幾何特征及平面
1、國外既有干線為適應客運提速、貨運重載要求而進行技術改造，對于道岔而言，重點是提高直向過岔速度及強化道岔部件結構。因此，盡可能保留原有的轍叉號數，控制道岔全長尺寸的變動，以避免引起過大的站場改建工程。如要求側向也以較高速度通過時，則換鋪大號碼道岔。在轍叉號數不變的情況下，為適應道岔側向一定的運行要求，在道岔平面布置上也表現出一定的靈活性。如德國鐵路就出現同一導曲線半徑不同轍叉號數或同一轍叉號不同導曲數半徑的平面布置，奧地利、瑞士等國鐵路也有類似的情況。2、各國既有鐵路單開道岔導曲線半徑多為圓曲線。對于限制導曲線通過速度的基本參數,各國鐵路的采用值有較大差異。
3、固定型轍叉一般為直線型，也有導曲線部分進入轍叉的形式。德國、法國廣泛采用曲線型轍叉。這樣在轍叉號數不變的條件下，可加大導曲線半徑。
4、既有線改造大量采用用可動心軌轍叉，主要是用于速度較高的區段。此外也有與固定型轍叉跟距相同的可動心軌轍叉(樞軸式)，如前蘇聯的P65軌11號可動心軌轍叉及澳大利亞貨運專線上使用高錳鋼鑄造可動心軌轍叉。奧地利UIC54軌12號則是可動翼軌轍叉。
5、固定型轍叉的護軌平面多為折線型。針對單開道岔正、側向容許通過速度的差異而設置不同長度的護軌緩沖段。日本則采用圓弧型，使不同輪軌游間的車輪通過護軌時的沖擊效應不是常量。
6、單開道岔直股軌距基本與區間軌道一致，并有縮減的趨勢，如德國為1432mm、瑞士1433mm及前俄羅斯為1520mm等。
二、道岔結構
(一)軌型
各國鐵路多根據機車車輛軸重、運輸密度及運行速度選用鋼軌類型。對于既有線改造，軌型普遍選用重量≥60kg√m的鋼軌，如德、法的UIc60，前蘇聯的P65、P75,日本的60；美國的132RE、136RE等。
(二)轉轍器部分
既有線改造用道岔轉轍器仍沿用雙尖軌在基本軌框架內轉換的結構。基本軌框架除在與尖軌密貼區段兩者共同承受豎向荷載外，還在尖軌全長范圍內承受輪軌相互作用水平力。用標準軌加工的基本軌在與尖軌密貼段軌頭下腭作1：4或1：3斜切，配合尖軌相應剖面構成藏尖式結構，以提高逆向運行的安全性和加強尖軌尖端附近斷面。
尖軌多用專門軋制的矮型特種斷面鋼軌制造。矮型特種斷面尖軌在跟部均經鍛壓加工成標準軌斷面，能與導軌連接或焊接。在跟部附近繞豎直軸的彈性彎曲實現尖軌的轉換,長度在11m以上的尖軌不設柔性段(即可彎部分軌底不作切削)。
德國的Zu1-60軌強度為1100MPa及以上，俄羅斯采用頂面全長淬火使硬度達
301-388HB，日本通過持續3次火焰加熱至900℃，經噴射含10%Emulsion淬火劑及冷卻等工序對尖軌進行全斷面調質處理，表面硬度達50±5HRc。
(三)轍叉部分
日本、德國、法國及前蘇聯等鐵路大力研究發展可動心軌轍叉，以消除固定型轍叉固有的“有害空間”,使機車車輛通過軌線交叉點部位的荷載、變形、振動特性接近于轉轍器部分的輪軌相互作用過程，從而在延長轍叉使用壽命、減小養護維修工作量及提高旅行舒適度等方面明顯優于固定轍叉。
1、盡管各國的可動心軌轍叉結構有某些差異，但其原理都是使可動心軌在翼軌框架內轉換并與相應的翼軌密貼，引導車輪運行方向并承受豎向與水平荷載。
2、為使可動心軌安裝轉換設備有足夠的空間，采用高錳鋼鑄造翼軌從結構上能較好解決,但因鑄造缺陷不可避免，很難達到與相鄰軌道相同的使用期限。因此,前蘇聯專門軋制了特種斷面翼軌(YP65)。英國、德國則采用普通斷面鋼軌制造翼軌。
3、可動心軌多用制作尖軌的坯料加工組合，也有高錳鋼鑄造或用特種鋼材鍛制加工并焊接的結構。日本的S1067-60—8轍叉可動心軌由鉻基合金鋼材料的90S軌加工并焊接制成。可動心軌兩肢有等長或長度不同的型式。跟端結構既有可彎式、也有回轉式(間隔鐵、夾板式)或樞軸式。澳大利亞重載線路的日制可動心軌即為高錳鋼鑄造，跟端為框軸式結構,雖然可動心軌轍叉是解決軌線交叉點消滅“有害空間”的良好結構型式，在既有線改造特別是高速客運專線的正線具有廣泛的發展前途。但由于制造難度大，成本較高，換鋪時引起站場變動以及另需增加轉換設備等原因，擴大數量乃至正線全部鋪用須經歷較長過程。為此研究改進固定型轍叉結構仍是國外鐵路重要課題。
在既有線改造中，前蘇聯廣泛采用的P65鋼軌1/11道岔(快速型)的轍叉主要還是高錳鋼整鑄結構。法國則除高速線以外的干線均采用高錳鋼整鑄轍叉，在優化材質和鑄造工藝的同時,，通過結構分析改進設計。美、英及前蘇聯進行轍叉表面爆炸硬化。使用統計表明,可延長壽命30～50%。日、奧、法等國研究并采用高錳鋼與炭素鋼通過長20mm的鉻基介質插入段的焊接技術。
此外鑒于高錳鋼鑄造缺陷難以克服，近20余年來，德、英、日、奧還發展低合金鋼焊接轍叉(固定型)，在提高結構整體性、耐磨性及抗疲勞性等方面有一定效果。 10
(四)護軌部分
固定型轍叉必須設置護軌。國外多采用專門軋制的特種斷面護軌。法、德、波的UIC60型護軌斷面呈槽形，面高于走行軌15～20mm，兩者不相聯結。前蘇聯的KP65護軌，頂面高于走行軌22mm，兩者通過間隔鐵聯結。日本采用H型護軌結構，用普通鋼軌制造，頂面高于走行軌并互不聯結護軌與其支撐之間設置彈性緩沖件，以改善護軌的工作條件。
(五)其他
1、國外道岔導曲線外軌均不設置超高。
2、法、英、日及前蘇聯(P65軌1/11道岔[快速型])均設置與區間軌道相同的軌底(頂)坡。
3、為使道岔能適應跨區間超長無縫線路的鋪設需要，道岔鋼軌接頭的焊接獲得了很大的發展，日、德、法分別就地進行氣壓焊或鋁熱焊消滅道岔區的鋼軌接頭(絕緣接頭采用膠結)。可動心軌轍叉采用加長翼軌并在直股設置伸縮斜接頭。在尖軌跟部用限位器代替了轍跟間隔鐵以解決鋼軌溫度力的傳遞問題。
4、道岔區有采用彈性扣件的趨勢。軌下除金屬墊板外，多設彈性墊層，德國采用彈性滑床板解決尖軌和心軌與關聯部件（基本軌和翼軌)的基礎剛度相近的問題。彈性扣件和墊層在輪軌相互作用力傳遞過程中能起到吸收高頻振動分量的作用。
(六)軌下基礎
道岔區的軌下基礎傳統以木岔枕為主，但英、俄、德、法等國鐵路正積極推廣預應力混凝土岔枕，其中有埋設于混凝土基礎內的混凝土岔枕及鉸式混凝土岔枕等結構。
三、道岔可動部件的轉換
道岔可動部件(尖軌、可動心軌)的轉換設備除需提供足夠的轉換力外還需確保鎖閉可靠及表示明確。既有線適應客運提速、貨運重載條件的正線道岔,其可動部件大多為彈性可彎式。因此,國外對轉換技術及設備給予了極大的關注,，有以下趨勢：
1、對可動部件實施多點牽引。
2、法、德、奧、英的道岔，采用楔型燕尾鎖或鉤型鎖等外鎖閉轉換系統，并輔以密貼監視器。正線道岔均為不可擠型。日、俄道岔的轉換設備為內鎖閉方式。
3、尖軌采用分動轉換方式，即兩尖軌之間不設聯結桿，有利于工作尖軌在完成轉換后保持應有的位置，并可減小轉換附加阻力。
4、采用減磨措施以降低可動部件的轉換阻力，有用聚四氟烯噴涂于滑床板頂面以減小滑動磨擦系數，也有專門設置的滑輪裝置。