重载线路固定型合金钢组合辙叉受力研究
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葛 晶 ， 王树 国 ， 王 猛
（ 中 国铁 道 科 学研 究 院 铁 道 建 筑 研 究 所 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ １ ）
摘要 ： 固定型合金 钢 组合 辙 叉维修 工作 量 少 ， 造 价低 ， 易安 装 ， 在 我 国 重载 线路 上 大量使 用 ， 但使用中出 现 了辙 叉 翼轨 和心轨 件 伤损 严重 的现 象 ， 直接 影 响 了辙 叉 的使 用 寿命 。 目前 固定 型辙 叉 的通 用 设计 方 法是在 心轨 薄 弱断 面让 翼轨 和心轨 共 同承 受垂 向荷 载 ， 保 护心轨 的薄弱 断 面 ， 为验证 翼轨 和 心轨承 受垂
动 心轨 辙叉 ， 固定型辙 叉 存在 轨距 线不连 续 、 易产 生轨
道不 平顺 等 缺点 ， 但 凭 借 维 修工 作 量 少 ， 造价低 ， 易 安
装 等 优 点 在我 国时 速 低 于 １ ６ ０ ｋ ｍ ／ ｈ 的 既 有线 路 和 重
降， 同时转 向架 中心 向着 车 轮滚 动 半 径 减小 的一 侧 转 动 。为 了保持 车轮 中心 在一 个 水 平 面 上运 动 ， 翼 轨 需
我 国的 固定 型合 金 钢 组 合 辙 又 自 １ ９ ９ ７年研 制 并
３ ） 设 置护 轨 ， 保 护 心 轨薄 弱 断 面不 受 横 向力 水 平 冲击 。 通过 设 置翼轨 抬 高 值 和心 轨 轨 顶 纵坡 ， 使 翼 轨 与 心 轨按 照一定 的百 分 比承受 车轮垂 向荷 载 。辙叉 应用
现 状显示 ， 心 轨和翼 轨 的垂 直 磨耗 一般 同时 出 现在 辙
上 道试 验 ， 至今 有 十余 年 运 营经 验 。通 过 总 重 达 到 约
２亿 ｔ ， 其 优 越性 能受 到 广 大用 户 的欢 迎 。 目前我 国重
载线 路 的最 大 轴重 为 ２ ５ ｔ ， 辙 叉 主 要伤 损 类 型为 翼 轨 、
２ ． ２ 辙 叉上 轮轨垂 直 力过渡 区计 算
成磨 耗超 限而下道 ， 直接影 响辙叉寿命 。
２ 固定 型 合 金 钢 组 合 辙 叉 设 计
２ ． １ 合 金钢 组装 辙叉 设计 思想
列 车过岔 时 的车轮 碾压 面如 图 １ 所 示 。列 车 的车 轮轮 辋宽 度 ， 轮缘槽 宽 度 和 车 轮与 钢 轨 间 的游 隙影 响 翼 轨 的承压 面 。由图 １可 以看 出 ， 逆 向过 岔 时 车轮 逐 渐脱 离翼 轨 ， 翼轨 承压 面逐 渐减 小 直至 为 ０ ， 形 成 三角 区 。此三 角 区 内翼 轨 承受 过 多 荷 载 时 ， 极 易 出 现剥 离
向荷 载 的适合 比例 ， 本 文依 据 目前 中国轮 对 尺 寸和 固定 型辙 叉 主要 尺 寸计 算轮 轨 垂 直 力在 辙 叉 上 的过
渡 区间 ， 并利用 Ｐ ｒ ｏ Ｅ、 Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ Ｍｅ ｓ ｈ 、 Ａ ｎ ｓ ｙ ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ等有 限元软件 ， 单 独分 析 了车轮 与心轨 、 车轮 与翼 轨
２ ） 对 于心 轨轨 头宽 ２ ０— ５ ０ ｍｍ 的薄弱 断 面 ， 翼 轨 需要 和心 轨共 同承 担 机 车 车辆 过 岔 时 的轮 轨 力 ， 心 轨 需要 设置 轨顶 纵坡 ， 保 护薄弱 断 面 ， 承受 的垂 向荷 载应
在 合理范 围 内 。
１ 合 金钢 组 合 辙 叉 现 场 应 用 状 况
要设 置抬 高 。
载 线路 上 得 到 了大 量 应 用 ¨ 。 。 目前 ， 线 路 上 使 用 的 固定 型辙叉 主 要有 钢轨 拼装 、 锰钢 整铸 、 合 金钢组 合 和 合金 钢 拼装 式结 构 ， 固定 型合 金 钢 组 合 辙 叉 因 加工 简 单、 成本 低廉 和 寿命 长等 优点 ， 被广 泛采 用 。
掉块 ， 顶 面压溃 ， 形成 三 角坑 。
铁
２ ０ １ ３年 第 ４期
道
建
筑
１１ ７
Ｒａ ｉ ｌ ｗａ ｙ Ｅｎ ｇｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
文 章编 号 ： １ ０ ０ ３ — １ ９ ９ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ － ０ １ １ ７ — ０ ４
重 载 线 路 固定 型 合 金 钢 组 合 辙 又 受 力 研 究
心轨 的垂 向磨耗及剥离掉 块 ， 部分辙 叉翼 轨在 对应 于心
轨尖 端到心 轨 ５ ０ ｍ ｍ宽 断面区间 内磨 出一个三角 坑 ， 造
叉垂 直力 过 渡 区间 ， 对 辙叉过 渡 区间垂 直力进 行计 算 ， 分 析合金 钢组 合辙 叉在 该 区问 内翼轨 和心轨 的受 力 。
的关键 部件 ， 其 结构 特 点 和使 用 寿 命 直接 影 响 了辙叉
的使 用效 果 和质量 ， 因此 在设 计辙叉 时应 重点 考虑 。 １ ） 磨耗 车 轮 为 锥 形 踏 面 ， 列 车 逆 向进 岔 时 ， 车 轮 由翼 轨滚 向心 轨时 ， 车 轮 与翼 轨 接 触 点逐 渐 远 离 转 向 架 中心 ， 滚 动半 径逐 渐变 小 ， 引起 的后 果是 车轮 逐渐 下
在 不 同垂 向荷载 下 的接 触应 力。分析 结果表 明 目前设 计 的轮 轨 垂 直力过 渡值 对 于合 金钢 材质 的心轨 较 合理 ， 但 翼 轨 受力不 合理 ， 对 结构优 化提 出 了建议 。 关键词： 辙 叉 受力 有 限元仿 真 心轨 加 宽 中图分 类 号 ： Ｕ ２ １ ３ ． ６ ２ 文献 标识 码 ： Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ３ － １ ９ ９ ５ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ４ ． ３ ６ 辙叉 是 车轮 由一股 钢 轨转 移 到另一股 钢 轨 的轨道 结构 ， 主要 有 可 动 心 轨 辙 叉 和 固 定 型 辙 叉 ， 各 有 优 缺 点 。对 我 国在用 的辙 叉进 行调 研后 发现 虽然 相 比于 可
（ 中 国铁 道 科 学研 究 院 铁 道 建 筑 研 究 所 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ １ ）
摘要 ： 固定型合金 钢 组合 辙 叉维修 工作 量 少 ， 造 价低 ， 易安 装 ， 在 我 国 重载 线路 上 大量使 用 ， 但使用中出 现 了辙 叉 翼轨 和心轨 件 伤损 严重 的现 象 ， 直接 影 响 了辙 叉 的使 用 寿命 。 目前 固定 型辙 叉 的通 用 设计 方 法是在 心轨 薄 弱断 面让 翼轨 和心轨 共 同承 受垂 向荷 载 ， 保 护心轨 的薄弱 断 面 ， 为验证 翼轨 和 心轨承 受垂
动 心轨 辙叉 ， 固定型辙 叉 存在 轨距 线不连 续 、 易产 生轨
道不 平顺 等 缺点 ， 但 凭 借 维 修工 作 量 少 ， 造价低 ， 易 安
装 等 优 点 在我 国时 速 低 于 １ ６ ０ ｋ ｍ ／ ｈ 的 既 有线 路 和 重
降， 同时转 向架 中心 向着 车 轮滚 动 半 径 减小 的一 侧 转 动 。为 了保持 车轮 中心 在一 个 水 平 面 上运 动 ， 翼 轨 需
我 国的 固定 型合 金 钢 组 合 辙 又 自 １ ９ ９ ７年研 制 并
３ ） 设 置护 轨 ， 保 护 心 轨薄 弱 断 面不 受 横 向力 水 平 冲击 。 通过 设 置翼轨 抬 高 值 和心 轨 轨 顶 纵坡 ， 使 翼 轨 与 心 轨按 照一定 的百 分 比承受 车轮垂 向荷 载 。辙叉 应用
现 状显示 ， 心 轨和翼 轨 的垂 直 磨耗 一般 同时 出 现在 辙
上 道试 验 ， 至今 有 十余 年 运 营经 验 。通 过 总 重 达 到 约
２亿 ｔ ， 其 优 越性 能受 到 广 大用 户 的欢 迎 。 目前我 国重
载线 路 的最 大 轴重 为 ２ ５ ｔ ， 辙 叉 主 要伤 损 类 型为 翼 轨 、
２ ． ２ 辙 叉上 轮轨垂 直 力过渡 区计 算
成磨 耗超 限而下道 ， 直接影 响辙叉寿命 。
２ 固定 型 合 金 钢 组 合 辙 叉 设 计
２ ． １ 合 金钢 组装 辙叉 设计 思想
列 车过岔 时 的车轮 碾压 面如 图 １ 所 示 。列 车 的车 轮轮 辋宽 度 ， 轮缘槽 宽 度 和 车 轮与 钢 轨 间 的游 隙影 响 翼 轨 的承压 面 。由图 １可 以看 出 ， 逆 向过 岔 时 车轮 逐 渐脱 离翼 轨 ， 翼轨 承压 面逐 渐减 小 直至 为 ０ ， 形 成 三角 区 。此三 角 区 内翼 轨 承受 过 多 荷 载 时 ， 极 易 出 现剥 离
向荷 载 的适合 比例 ， 本 文依 据 目前 中国轮 对 尺 寸和 固定 型辙 叉 主要 尺 寸计 算轮 轨 垂 直 力在 辙 叉 上 的过
渡 区间 ， 并利用 Ｐ ｒ ｏ Ｅ、 Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ Ｍｅ ｓ ｈ 、 Ａ ｎ ｓ ｙ ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ等有 限元软件 ， 单 独分 析 了车轮 与心轨 、 车轮 与翼 轨
２ ） 对 于心 轨轨 头宽 ２ ０— ５ ０ ｍｍ 的薄弱 断 面 ， 翼 轨 需要 和心 轨共 同承 担 机 车 车辆 过 岔 时 的轮 轨 力 ， 心 轨 需要 设置 轨顶 纵坡 ， 保 护薄弱 断 面 ， 承受 的垂 向荷 载应
在 合理范 围 内 。
１ 合 金钢 组 合 辙 叉 现 场 应 用 状 况
要设 置抬 高 。
载 线路 上 得 到 了大 量 应 用 ¨ 。 。 目前 ， 线 路 上 使 用 的 固定 型辙叉 主 要有 钢轨 拼装 、 锰钢 整铸 、 合 金钢组 合 和 合金 钢 拼装 式结 构 ， 固定 型合 金 钢 组 合 辙 叉 因 加工 简 单、 成本 低廉 和 寿命 长等 优点 ， 被广 泛采 用 。
掉块 ， 顶 面压溃 ， 形成 三 角坑 。
铁
２ ０ １ ３年 第 ４期
道
建
筑
１１ ７
Ｒａ ｉ ｌ ｗａ ｙ Ｅｎ ｇｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
文 章编 号 ： １ ０ ０ ３ — １ ９ ９ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ － ０ １ １ ７ — ０ ４
重 载 线 路 固定 型 合 金 钢 组 合 辙 又 受 力 研 究
心轨 的垂 向磨耗及剥离掉 块 ， 部分辙 叉翼 轨在 对应 于心
轨尖 端到心 轨 ５ ０ ｍ ｍ宽 断面区间 内磨 出一个三角 坑 ， 造
叉垂 直力 过 渡 区间 ， 对 辙叉过 渡 区间垂 直力进 行计 算 ， 分 析合金 钢组 合辙 叉在 该 区问 内翼轨 和心轨 的受 力 。
的关键 部件 ， 其 结构 特 点 和使 用 寿 命 直接 影 响 了辙叉
的使 用效 果 和质量 ， 因此 在设 计辙叉 时应 重点 考虑 。 １ ） 磨耗 车 轮 为 锥 形 踏 面 ， 列 车 逆 向进 岔 时 ， 车 轮 由翼 轨滚 向心 轨时 ， 车 轮 与翼 轨 接 触 点逐 渐 远 离 转 向 架 中心 ， 滚 动半 径逐 渐变 小 ， 引起 的后 果是 车轮 逐渐 下
在 不 同垂 向荷载 下 的接 触应 力。分析 结果表 明 目前设 计 的轮 轨 垂 直力过 渡值 对 于合 金钢 材质 的心轨 较 合理 ， 但 翼 轨 受力不 合理 ， 对 结构优 化提 出 了建议 。 关键词： 辙 叉 受力 有 限元仿 真 心轨 加 宽 中图分 类 号 ： Ｕ ２ １ ３ ． ６ ２ 文献 标识 码 ： Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ３ － １ ９ ９ ５ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ４ ． ３ ６ 辙叉 是 车轮 由一股 钢 轨转 移 到另一股 钢 轨 的轨道 结构 ， 主要 有 可 动 心 轨 辙 叉 和 固 定 型 辙 叉 ， 各 有 优 缺 点 。对 我 国在用 的辙 叉进 行调 研后 发现 虽然 相 比于 可
