张 坤，李 龙

（中铁工程机械研究设计院有限公司，湖北武汉 430066）

0 引言

悬挂式单轨交通系统简称“空轨”，车辆转向架位于上部，并置于下口箱型的轨道梁内，车辆通过转向架悬挂在轨道梁下方，轨道梁通过桥墩架设在空中，从而实现车辆安全、平稳行驶。这是一种新型轨道交通制式系统，具有安全舒适、绿色环保、建设周期短、造价低等特点。国外悬挂式单轨交通系统以德国和日本为代表，均建有运营线路，已积累了几十年的相关运营和技术经验。目前，我国的悬挂式交通系统总体还处于起步阶段，对于悬挂式轨道交通道岔关键技术研究也处于摸索阶段，本文将对新型悬挂式单轨平移型道岔系统进行设计和研究。

1 单轨道岔的分类

根据道岔结构类型来分，悬挂式单轨道岔可以分为平移型、可动心型两种类型。平移型道岔梁采用与轨道梁相似的箱梁式结构，通过整根道岔梁的平移运动实现轨道变轨衔接。根据道岔线性分别预制直向和侧向道岔梁，结构简单。可动心型道岔通过在箱型轨道梁内的可动心轨的水平转动改变列车的行驶方向，转辙原理与铁路道岔可动心轨类似[1]。

根据道岔功能类型来分悬挂式单轨道岔又可以分为单开和多开（双开、三开）道岔，都是由一组道岔构成：单开道岔可以转辙为直向或侧向；双开道岔可以向左右两侧对称转换；三开道岔可在直向和左右两侧转换；多开道岔多用于车场。此外，还有单渡线、八字形渡线和交叉渡线等类型道岔。渡线由两组或多组道岔组合而成，多用于正线。

2 结构组成

平移型道岔采用和轨道梁类似的梁式结构，保证列车在换线行驶过程中安全平稳。道岔结构主要由道岔梁总成、门架总成、驱动装置、锁定装置和控制系统等组成（图1）。

图1 平移型单开道岔结构

（1）道岔梁总成。由2 根箱型梁组成，梁长根据道岔类型不同长度为15～20 m，宽830 mm，高1200 mm（根据梁截面而定）。2 根梁之间刚性连接在一起，增加道岔梁的刚度和稳定性。梁体结构主要采用不低于Q345qD 桥梁用结构钢焊接而成。

（2）门架总成。门架总成位于道岔两端，门式结构，跨度根据道岔梁转辙距离具体去定，主要由支腿和横梁组成。墩高由线路线形确定。其上部和左右两侧设置有滑板，为道岔梁总成的转辙提供滑行轨道和支撑。

（3）驱动装置。位于门架总成上，主要有驱动电缸和滑套组件组成，驱动电缸提供动力可直线运动，滑套通过驱动电缸的作用，在前门架横梁做直线滑动并带动连接在其下面的道岔梁运动，与前驱动装置同步运动，使道岔梁转辙到指定位置。

（4）锁定装置。主要有锁定推杆、锁定杆和锁定座组成。每组道岔共有3 套锁定装置，分别位于入岔端和出岔端。道岔梁转辙到位后，锁定杆在锁定推杆的作用下插入位于道岔梁端部的锁定座，限制道岔梁横桥向的位移，承受列车的横向力、向心力和风载等横向力，保证列车的安全通行。

（5）控制系统。可对道岔的各机构进行控制和检测的系统，它按照信号系统发出的指令，使道岔完成转辙动作（解锁、转辙、锁闭）。并将道岔位置表示信号传给信号系统，与信号系统之间设有授权、收权联锁电路[2]。具有系统检测、监测以及故障保护和报警的功能。

3 道岔的工作原理

平移型道岔的道岔梁是由两根或多跟钢板焊接成的钢箱梁，梁体悬吊在门架总成下方。道岔锁定时，道岔梁就是单轨车辆的轨道梁，单轨列车从梁上通过；当列车需要转线时，道岔梁在两端转辙驱动装置的驱动下，道岔梁按照规定的线型整体平移相应的距离，使梁体两端与相邻轨道梁对接形成过渡线，实现列车的转线。以平移型单开道岔为例，具体工作步骤如下：①电气系统在接收信号系统指令需要进行道岔转辙后，电气系统首先检测道岔梁所处位置；②位于道岔梁端部的锁定装置解锁并将解锁信号传回电气系统；③道岔梁前后两端的驱动装置驱动道岔梁总成沿门架横梁做整体平移运动；④道岔梁总成运动到相应位置，通过检测传感器检测到位后，驱动电机停机；⑤道岔梁两端对应的锁定装置进行锁定，并将锁闭信号传回电气系统；⑥电气系统通过传感器检测道岔梁的位置，并将位置信息传递给信号系统；⑦至此道岔完成线路的转辙工作，车辆可以安全通过。

同理，当道岔从岔线转入直线时也按照相应步骤进行线路转换。

4 技术特点

4.1 主要技术参数

平移型道岔侧向允许列车通过速度≥20 km/h，驱动方式采用电动缸，锁销平插式锁定方式，PLC 控制，驱动电源为AC 380 V（三相）50 Hz 一级负荷，控制电源为AC 220 V/DC 24 V，适用于出入段线、车辆段（场）、故障车停留线等。其余技术参数见表1，道岔梁截面尺寸可根据实际情况而定。

表1 平移型道岔主要规格及技术参数

4.2 制造安装精度

道岔制造安装精度按要求执行：①道岔梁全长±5.0 mm；②道岔梁内净宽±2.0 mm；③道岔梁内净高±2.0 mm；④梁整体走行面直线度、导向面和稳定面直线度（沿梁长度方向）5 mm/15 m；⑤梁局部走行面直线度、导向面和稳定面直线度（沿梁长度方向）3 mm/4 m；⑥道岔梁断面对角线差≤3.0 mm；⑦梁走行面和导向面及稳定面的垂直度5‰rad；⑧道岔梁腹板与轨道梁腹板错位≤0.5 mm；⑨道岔梁走行面与轨道梁走行面错位≤2.0 mm；⑩道岔安装轴线与线路轴线竖向和横向误差±3 mm；11 道岔安装底板平面度≤2‰；12 单开、对开、三开的转换距离±2 mm，单渡线的转换距离±5 mm。

4.3 道岔梁有限元计算

道岔梁总成承载车辆运行的所产生的全部载荷，是道岔系统的重要部件，主要结构采用钢板拼焊而成。考虑到道岔梁的受力状况，因车辆的位置不同而发生变化。因此，此处考虑道岔梁在最不利工况下的受力和变形情况进行计算，即车辆位于道岔跨中位置。通过使用有限元计算软件ANSYS 并选用Solid186 实体单元进行模拟分析。通过计算可得结果为最大应力为81.97 MPa，最大静挠度为4.94 mm，见表2。道岔梁采用Q370qD 桥梁结构钢，其许用应为[σ]=345/1.5=230 MPa，满足使用要求。

表2 道岔梁有限元计算结果

4.4 技术特点

新型悬挂式单轨平移型道岔系统采用模块化设计理念，各部件均可独立拆装，道岔梁总成的直梁和曲梁通过两端连接钢构用螺栓刚性连接在一起。对于交通不便的边远地区、山区或旅游景区可拆装运输，现场拼装，解决了现有悬挂式单轨道岔体积庞大、运输困难的难题。同时，平移型道岔相对于可动心道岔结构简单、自重较轻、运行可靠，在生产成本和运行维护成本上具有明显的优势。

5 结束语

通过对新型悬挂式单轨平移型道岔系统结构及原理的研究和分析，为国内外现有悬挂式轨道交通道岔系统的运输困难、生产维护成本高等问题提供了很好的技术解决方案，对悬挂式单轨交通系统在交通不便的城市和地区的推广具有很好的推动作用。目前，全国已有多个城市轨道交通项目正在建设中，采用悬挂式轨道交通制式。悬挂式单轨平移型道岔的研制成功，将填补我国悬挂式轨道交通道岔关键技术研发领域的空白，有利于我国城市轨道交通事业向前迈进。