南京麒麟有軌電車(chē)工程核心部件選擇研究論文
摘要：近年來(lái), 國(guó)內(nèi)城市建設(shè)現(xiàn)代有軌電車(chē)工程越來(lái)越多, 這些工程都采用了槽型軌道鋪設(shè)。以南京麒麟有軌電車(chē)工程為例簡(jiǎn)述了工程現(xiàn)狀, 對(duì)軌道工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了說(shuō)明, 詳細(xì)分析了軌道工程關(guān)鍵部件 (鋼軌、道岔、扣件) 的選型。最后對(duì)現(xiàn)代有軌電車(chē)軌道工程關(guān)鍵部件的應(yīng)用進(jìn)行了歸納總結(jié)。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)代有軌電車(chē); 軌道工程; 槽型軌; 道岔;
隨著城市現(xiàn)代化進(jìn)程的加劇, 我國(guó)許多城市建設(shè)了大量的地鐵和輕軌, 但其耗資巨大、建設(shè)周期長(zhǎng)、運(yùn)營(yíng)成本高, 給城市發(fā)展帶來(lái)了瓶頸。現(xiàn)代有軌電車(chē)作為一種新型綠色中、低運(yùn)量公共交通系統(tǒng), 具有節(jié)能環(huán)保、舒適安全、運(yùn)營(yíng)靈活、成本適宜的特征, 特別適用于特大城市軌道交通延伸或補(bǔ)充中等城市骨干公共交通[1]。軌道工程是現(xiàn)代有軌電車(chē)系統(tǒng)工程最重要的組成部分, 充分體現(xiàn)出現(xiàn)代有軌電車(chē)的特色。本文以南京麒麟有軌電車(chē)工程為例, 介紹了軌道工程設(shè)計(jì)要求, 對(duì)關(guān)鍵部件的選型進(jìn)行了分析。
1 工程概述
南京市麒麟科技創(chuàng)新園快速公共交通工程 (一號(hào)線(xiàn)) 項(xiàng)目起點(diǎn)位于馬群, 終點(diǎn)位于石楊路, 線(xiàn)路沿馬群新街南延、北灣營(yíng)街和運(yùn)糧河?xùn)|路敷設(shè), 沿線(xiàn)跨越繞城高速、仙寧鐵路和寧蕪鐵路, 共計(jì)13個(gè)車(chē)站, 全線(xiàn)全長(zhǎng)8.95km, 其中馬群特大橋1.02km, 馬群站為高架站, 其余12座車(chē)站為地面站, 平均站距728m, 與即有地鐵2號(hào)線(xiàn)以及規(guī)劃的S6號(hào)線(xiàn)、8號(hào)線(xiàn)、10號(hào)線(xiàn)及12號(hào)線(xiàn)銜接。
正線(xiàn)線(xiàn)路采用半獨(dú)立路權(quán)模式, 即有軌電車(chē)線(xiàn)路在路段擁有獨(dú)立路權(quán), 在交叉口采用平交, 并與其他地面交通流混行。
本工程有軌電車(chē)最高運(yùn)行速度70km/h, 高架線(xiàn)為接觸網(wǎng)供電, 地面線(xiàn)為蓄電池供電。車(chē)輛初期為5模塊, 近遠(yuǎn)期為7模塊, 車(chē)輛軸重12.5t。線(xiàn)路最大坡度45.793‰, 線(xiàn)路最小曲線(xiàn)半徑40m。
2 主要設(shè)計(jì)原則及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
2.1 主要設(shè)計(jì)原則[2]
(1) 有較強(qiáng)的整體性能, 保證行車(chē)安全、平穩(wěn)、快速、舒適運(yùn)行, 構(gòu)造有足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性、及合適的彈性。
(2) 本工程工期短, 應(yīng)統(tǒng)一軌道設(shè)備類(lèi)型, 采用成熟、先進(jìn)的技術(shù)及通用的零部件, 保證易磨損部件的可更換性, 同時(shí)便于施工。
(3) 在滿(mǎn)足性能要求的前提下, 軌道結(jié)構(gòu)還應(yīng)構(gòu)造簡(jiǎn)單, 減少養(yǎng)護(hù)維修工作量和延長(zhǎng)使用壽命。
(4) 軌道結(jié)構(gòu)不僅應(yīng)滿(mǎn)足本線(xiàn)運(yùn)營(yíng)的需要, 交叉口適應(yīng)道路交通的要求, 同時(shí)兼顧景觀(guān)綠化。
(5) 軌道結(jié)構(gòu)采用減振降噪措施, 把振動(dòng)和噪音控制在國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的允許范圍內(nèi)。
(6) 鋼軌扣件力求構(gòu)造簡(jiǎn)單、彈性好、扣壓力適度、造價(jià)低, 并滿(mǎn)足絕緣的要求, 具有通用性和互換性, 便于養(yǎng)護(hù)維修和降低成本。
(7) 軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的絕緣性以減少雜散電流。
2.2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[2]
(1) 軌距采用1435mm的標(biāo)準(zhǔn)軌距, 小半徑曲線(xiàn)軌距加寬按照《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。
(2) 超高:曲線(xiàn)最大超高采用120mm;高架線(xiàn)和地面非平交道口線(xiàn)采用外軌抬高整個(gè)超高值的方法設(shè)置超高;當(dāng)線(xiàn)路穿越道路、平交道口時(shí)曲線(xiàn)地段應(yīng)按道路要求綜合確定。未平衡超高允許值一般為75mm, 困難情況下可為100mm。
(3) 軌道結(jié)構(gòu)高度:地面線(xiàn)整體道床650mm, 橋梁線(xiàn)500mm。
(4) 車(chē)站與車(chē)站間軌道采用無(wú)縫軌道, 在車(chē)站處存在軌道接頭, 小于300m采用高強(qiáng)度凍結(jié)接頭實(shí)現(xiàn)無(wú)縫化。
(5) 短軌枕鋪設(shè)數(shù)量:1680對(duì)/km。
3 關(guān)鍵部件選型
3.1 鋼軌
鋼軌型式分為槽型軌和工字軌。兩者相對(duì)而言, 槽型軌在平交道口與社會(huì)道路銜接良好, 對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)通過(guò)平交道口影響小, 但槽型軌造價(jià)較工字軌高35%左右, 且磨耗高。工字軌技術(shù)成熟, 成本單價(jià)較低, 運(yùn)營(yíng)損耗低, 但在平交道口使用工字鋼軌必須在固定鋼軌的同時(shí), 由埋入軌道槽的填充物形成輪緣槽, 其整體性不如槽型鋼軌好, 輪緣槽易受到磨損和破壞, 導(dǎo)致后期養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用增加。
本工程與道路交叉路口有18處, 交叉道口比較多, 因此在平交道口選用槽型鋼軌。考慮本工程正線(xiàn)長(zhǎng)度較短, 交叉道口較多, 槽型軌和工字軌異性接頭焊接難度較大, 故正線(xiàn)獨(dú)立路權(quán) (綠化帶段) 也采用槽型鋼軌, 即正線(xiàn)全線(xiàn)采用槽型鋼軌。經(jīng)與車(chē)輛主機(jī)廠(chǎng)溝通, 采用59R2型槽型軌最利于車(chē)輛的行駛。
出于成本的因素, 車(chē)輛基地采用傳統(tǒng)工字軌。同樣考慮到工程造價(jià), 正線(xiàn)槽型軌和車(chē)輛基地工字軌均為同一生產(chǎn)廠(chǎng)家供貨。
3.2 鋼軌焊接
(1) 氣壓焊接方式。接頭質(zhì)量控制人為因素影響較大, 質(zhì)量不易控制, 施工工效較低, 后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)量大。槽型鋼軌為不對(duì)稱(chēng)截面, 各截面厚度不同, 鋼軌內(nèi)溫度不一致, 焊接質(zhì)量難以保證, 目前槽型鋼軌采用氣壓焊在國(guó)內(nèi)無(wú)應(yīng)用, 工藝參數(shù)及設(shè)備需要重新研發(fā), 周期長(zhǎng), 難以保證工期要求。本工程的59R2槽型鋼軌不建議采用氣壓焊接方式。
(2) 閃光焊接 (接觸焊) 。在高鐵和地鐵方面為鋼軌的主要焊接方式。其機(jī)械化程度高, 焊接接頭質(zhì)量人為因素影響較小, 焊接接頭質(zhì)量穩(wěn)定, 焊接工效高。在槽型軌焊接方面, 在蘇州有軌電車(chē)60R2槽型鋼軌焊接中已有應(yīng)用, 暫無(wú)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)用于59R2槽型鋼軌焊接需重新研發(fā)焊接夾板, 并通過(guò)型式試驗(yàn)確定相關(guān)工藝參數(shù)。槽型軌的閃光焊屬新工藝, 是今后槽型鋼軌焊接發(fā)展方向, 但工藝研究及設(shè)備研發(fā)一次性投入較大。
(3) 鋁熱焊接。焊接自帶熱源, 可根據(jù)不同軌型采用定尺模具, 設(shè)備簡(jiǎn)單, 操作方便、快速, 少量人員就可進(jìn)行焊接操作。鋼軌鋁熱焊接為鑄造過(guò)程, 因此焊接接頭質(zhì)量不太好;鋼軌在焊接過(guò)程中幾何位置幾乎不變, 因此其平順性取決于工裝夾具。鋁熱焊接方式在國(guó)內(nèi)地鐵和高鐵道岔區(qū)廣泛應(yīng)用, 在槽型鋼軌方面, 其技術(shù)在國(guó)內(nèi)外均已成熟運(yùn)用, 目前國(guó)內(nèi)沈陽(yáng)有軌電車(chē)59R2槽型鋼軌采用鋁熱焊接方式。
在充分考慮造價(jià)的基礎(chǔ)上, 鋼軌焊接采用以閃光焊接為主, 鋁熱焊接為輔的方式。
3.3 道岔
國(guó)外有軌電車(chē)道岔在線(xiàn)路布置上較為靈活, 完全根據(jù)街道情況和使用要求設(shè)計(jì)線(xiàn)路平面, 造成道岔類(lèi)型較多, 難以標(biāo)準(zhǔn)化。因此在道岔平面上與我國(guó)的線(xiàn)路設(shè)計(jì)有較大的區(qū)別, 國(guó)外道岔設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)單節(jié)點(diǎn)道岔, 也就是轉(zhuǎn)轍器部分, 轍叉比較靈活, 按照半徑去配合轍叉。國(guó)內(nèi)主要以直、側(cè)向通過(guò)速度來(lái)選擇道岔號(hào)數(shù), 標(biāo)準(zhǔn)化程度相對(duì)較高, 可以有效減少道岔類(lèi)型。有軌電車(chē)道岔在結(jié)構(gòu)上和傳統(tǒng)道岔有很大區(qū)別, 傳統(tǒng)道岔的線(xiàn)路是與其他線(xiàn)路隔離的, 而有軌電車(chē)線(xiàn)路與其它線(xiàn)路是混行的', 道岔要預(yù)留輪緣槽, 與瀝青或其他路面平齊, 而轉(zhuǎn)轍器部分需要特殊設(shè)計(jì)。主要有兩種形式;一是拼裝焊接型, 基本軌為槽型軌與轉(zhuǎn)轍器焊接, 該結(jié)構(gòu)造價(jià)相對(duì)較低, 但后期養(yǎng)護(hù)維修的成本比較高, 對(duì)焊接技術(shù)要求較高;沈陽(yáng)有軌電車(chē)道岔類(lèi)似于這種結(jié)構(gòu) (圖1) 。另一種就是整體型 (圖2) 。
圖2 整體型道岔
圖1 沈陽(yáng)有軌電車(chē)59R2槽型軌6號(hào)道岔
在國(guó)內(nèi)有軌電車(chē)道岔使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上, 以及參考有軌電車(chē)的過(guò)岔速度, 南京麒麟有軌電車(chē)正線(xiàn)采用59R2槽型軌6號(hào)道岔, 車(chē)場(chǎng)線(xiàn)采用50kg/m3號(hào)道岔。59R2槽型軌6號(hào)單開(kāi)道岔直線(xiàn)容許通過(guò)速度為70km/h, 側(cè)向?yàn)?0km/h。軌下基礎(chǔ)為整體道床。50kg/m3號(hào)單開(kāi)道岔直線(xiàn)容許通過(guò)速度為30km/h, 側(cè)向?yàn)?0km/h。軌下基礎(chǔ)為碎石道床。
3.4 扣件
扣件是聯(lián)結(jié)鋼軌與軌枕或其它軌下基礎(chǔ)的重要部件, 作用是保持鋼軌在軌下基礎(chǔ)上的正確位置及鋼軌與軌枕的可靠聯(lián)結(jié), 阻止鋼軌的縱橫向移動(dòng), 并為軌道結(jié)構(gòu)提供一定的彈性。因此要求扣件具備足夠的強(qiáng)度、扣壓力和使用壽命, 并有適量的軌距、水平及高度調(diào)整量, 滿(mǎn)足軌道調(diào)整的需要。同時(shí)還應(yīng)有良好的彈性、絕緣性能以滿(mǎn)足減振、降噪、減少雜散電流的要求。扣件還應(yīng)盡量標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于鋪設(shè)和養(yǎng)護(hù)維修。
適用于59R2槽型軌有兩種W-tram型扣件和YG-1型扣件, 通過(guò)對(duì)比兩種類(lèi)型扣件, W-tram型扣件具有零部件減少、重量輕, 便于施工和后期維護(hù), 且具有較高的調(diào)整量;且該系統(tǒng)采用優(yōu)質(zhì)聚酰胺塑料底版, 具有高電阻、高抗腐蝕性及高抗振性。所以本工程采用W-tram型扣件。
4 結(jié)束語(yǔ)
南京麒麟現(xiàn)代有軌電車(chē)在設(shè)計(jì)之初, 國(guó)內(nèi)僅有沈陽(yáng)有軌電車(chē)作為參考案例, 軌道工程關(guān)鍵部件可供選擇的空間不夠大。軌道工程涉及到土建施工與設(shè)備選型, 所以前期土建施工設(shè)計(jì)必須考慮到后期設(shè)備安裝方便, 快捷。鋼軌選型需充分考慮國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家的生產(chǎn)、供貨條件。隨著近年來(lái)國(guó)內(nèi)眾多城市陸續(xù)開(kāi)通運(yùn)營(yíng)現(xiàn)代有軌電車(chē), 軌道工程的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化程度越來(lái)越高, 逐漸形成了適用于我國(guó)國(guó)情的現(xiàn)代有軌電車(chē)發(fā)展之路。
參考文獻(xiàn)
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