直線電機軌道交通的軌道結構

2008年12月24日10:30:07 中國城市軌道交通網我要評論(2)字號：T | T | T

摘　要　對國外直線電機軌道交通主要采用的軌道結構形式進行分析,針對直線電機軌道交通軌道結構形式的力學特點,就我國在發展該種軌道交通時在軌道結構設計與施工中需要研究的關鍵技術進行初步探討。

關鍵詞　直線電機　軌道交通　軌道結構　無縫線路無碴軌道

直線電機軌道交通作為一種全新的城市軌道交通技術[1,2],在我國還沒有運營先例。其具有的大坡道、小半徑適應能力對發展我國城市軌道交通具有很重要的應用價值。

直線電機軌道交通是采用直線感應電機驅動技術,介于磁懸浮與輪軌系統之間的軌道系統,區別于傳統軌道交通牽引模式。其軌道結構是軌道交通系統行車的基礎,非常復雜,軌道結構感應板要在軌道道床(或軌枕)上安置,與鋼軌、道床(或軌枕)以及三軌的尺寸鏈關系至為重要[2,3]。

因此,為了進一步在國內應用該項技術,有必要對軌道結構的力學特性進行分析,并結合國外的直線電機應用情況,有針對性地進行軌道相關問題的研究,從而為合理地進行軌道結構的設計及施工、保證系統的安全性及可靠性奠定良好的基礎。

1 直線電機軌道交通軌道結構的力學特性

作為一種新型的軌道交通形式,直線電機軌道交通的軌道結構,其力學特性與傳統的軌道結構有較大的不同。

(1)軌道結構承受來自車輛的隨機動荷載作用,在走行軌上承受輪軌垂直動荷載、橫向水平荷載、縱向輪軌滾動摩擦力、梁軌縱向附加力、安裝在軌道上的供電軌造成的附加外彎矩等。在載荷的反復作用下,軌道強度方面會受到影響,鋼軌在輪軌接觸處,由于巨大的接觸應力可能會導致鋼軌的損傷,在曲線側向切削力等作用下又會使這種損傷加劇;由于溫差存在,坡道及小半徑的影響,無縫線路會發生失穩、斷軌等問題。

(2)作為新型的城市軌道交通形式,車載直線電機本體與安置在道床結構上的感應板還存在著一定的相互作用,牽引力的作用點在軌道中心,而不是在走行軌上。除了感應板與電機間作用力及氣隙的要求會對軌道結構的形式、設計參數等有一定的影響以外,軌道結構的性能也會對直線電機正常安全的使用有重要的影響,軌道結構的形式、設計參數、設計方法及安裝工藝、養護維修水平等將成為影響該系統能否正常使用的關鍵。為了進一步說明軌道結構的特性,這里就國外主要采用的軌道結構形式分析如下。

2 國內外軌道結構使用情況

目前采用直線電機軌道交通的國家,其軌道結構與傳統的軌道結構型式基本相同,但要在道床中間安設感應板。這里針對直線電機的特點,以加拿大及日本直線電機系統所采用的軌道結構為主進行分析。

2.1 鋼軌

在軌道結構中,鋼軌是主要的部件。隨著地鐵車輛軸重的加大、年通過總質量的增長及列車速度的提高,目前各國地鐵都有選用重型鋼軌的趨勢[2]。但就直線電機軌道交通而言,國外一般采用50kg/m的鋼軌,有的也采用60kg/m鋼軌。

2.2 扣件及墊板

扣件種類從連結形式上分,可分為分開式和不分開式。不分開式扣件具有結構簡單、零部件少、造價低的特點,但不便于調高,一般用于有碴道床。目前日本及加拿大兩種形式均有,另外為了提高軌道結構的減振性能在一些地段還采用了一些高彈性的扣件。

2.3 道床形式

直線電機軌道交通軌道結構主要以整體道床軌道結構為主,僅在車場線有少量的有碴軌道(見圖1)。加拿大溫哥華以高架線為主的直線電機軌道系統采用直聯式軌道結構;日本地下線的直線電機軌道結構是采用預埋長軌枕式整體道床;在馬來西亞吉隆坡地鐵,正線地下線、地面線及高架線上是采用預制板式道床軌道系統(見圖2),在地面車場線上采用了傳統的碎石道床結構。

此外,日本在一些減振要求較高的運營線路上,采用了彈性軌枕式整體道床(見圖3)。此種軌道結構與普通長枕埋入式整體道床不同之處在于長軌枕在兩端鋪設了減振橡膠套靴,軌枕中部懸空。

2.4 道岔及交

道岔號數的選用應主要根據要求的道岔直、側向容許通過速度確定,直線電機軌道交通系統由于多采用徑向轉向架,從而可以采用較小的曲線半徑、小號碼道岔等,可以節省車輛段用地面積。就國外的道岔應用來看可以分兩類:加拿大溫哥華的SkyTrain線、馬來西亞吉隆坡的PUTRA線正線采用可動心軌轍叉單開道岔,不采用交叉渡線道岔,僅在車輛段采用固定型道岔[3]。日本多采用固定型道岔,并采用交叉渡線道岔,軌下基礎有整體道床、木岔枕和合成樹脂軌枕(見圖4)。

加拿大正線多采用6號、8號可動心軌道岔結構。日本正線多鋪設固定轍叉型8號單開道岔,車場線等采用5號單開固定型道岔。

2.5 感應板結構及安裝

直線電機軌道交通感應板設置在軌道中心線處。一般采用反作用力板和其下部的支撐結構固定在梁體(高架結構)或軌枕或整體道床結構上。電機結構不同,對氣隙的要求也不同,一般來說,氣隙越大,效率越低。因此感應板的安裝精度、方式等將成為直線電機式地鐵能否低耗、平穩、安全運行的前提。

感應軌和直線電機間的間隙應保持在10mm左右[23,5],但在列車運行中,由于受到頂面縱向推進力、側向中心推進力、感應軌護鐵垂向磁力以及軌道振動沖擊引起的荷載影響等,其間隙在列車運行過程中會有一定的變化。因此,為了保證列車良好的安全性能,對軌道的幾何形位要求較高。

反力板一般多為平板式感應板,主要由鋁制(或銅制)頂板梁與下部的護鐵組成,護鐵有塊狀、薄板等形狀(見圖5)。加拿大多為可調式感應板安裝方式,日本多采用剛性扣板式扣件來扣壓感應板(見圖6)。

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