直线电机轨道交通的轨道结构

    摘要：对国外直线电机轨道交通主要采用的轨道结构形式进行分析,针对直线电机轨道
交通轨道结构形式的力学特点,就我国在发展该种轨道交通时在轨道结构设计与施工中需
要研究的关键技术进行初步探讨。
    直线电机轨道交通作为一种全新的城市轨道交通技术[1,2],在我国还没有运营先例。其具
有的大坡道、小半径适应能力对发展我国城市轨道交通具有很重要的应用价值。
    直线电机轨道交通是采用直线感应电机驱动技术,介于磁悬浮与轮轨系统之间的轨道系
统,区别于传统轨道交通牵引模式。其轨道结构是轨道交通系统行车的基础,非常复杂,轨道
结构感应板要在轨道道床(或轨枕)上安置,与钢轨、道床(或轨枕)以及三轨的尺寸链关系至
为重要[2,3]。
    因此,为了进一步在国内应用该项技术,有必要对轨道结构的力学特性进行分析,并结合
国外的直线电机应用情况,有针对性地进行轨道相关问题的研究,从而为合理地进行轨道结
构的设计及施工、保证系统的安全性及可靠性奠定良好的基础。
    1 直线电机轨道交通轨道结构的力学特性
    作为一种新型的轨道交通形式,直线电机轨道交通的轨道结构,其力学特性与传统的轨道
结构有较大的不同。
    (1)轨道结构承受来自车辆的随机动荷载作用,在走行轨上承受轮轨垂直动荷载、横向水
平荷载、纵向轮轨滚动摩擦力、梁轨纵向附加力、安装在轨道上的供电轨造成的附加外弯矩
等。在载荷的反复作用下,轨道强度方面会受到影响,钢轨在轮轨接触处,由于巨大的接触应
力可能会导致钢轨的损伤,在曲线侧向切削力等作用下又会使这种损伤加剧;由于温差存在,
坡道及小半径的影响,无缝线路会发生失稳、断轨等问题。
    (2)作为新型的城市轨道交通形式,车载直线电机本体与安置在道床结构上的感应板还存
在着一定的相互作用,牵引力的作用点在轨道中心,而不是在走行轨上。除了感应板与电机
间作用力及气隙的要求会对轨道结构的形式、设计参数等有一定的影响以外,轨道结构的
性能也会对直线电机正常安全的使用有重要的影响,轨道结构的形式、设计参数、设计方法
及安装工艺、养护维修水平等将成为影响该系统能否正常使用的关键。为了进一步说明轨
道结构的特性,这里就国外主要采用的轨道结构形式分析如下。
    2 国内外轨道结构使用情况
    目前采用直线电机轨道交通的国家,其轨道结构与传统的轨道结构型式基本相同,但要在
道床中间安设感应板。这里针对直线电机的特点,以加拿大及日本直线电机系统所采用的
轨道结构为主进行分析。
    2.1 钢轨
    在轨道结构中,钢轨是主要的部件。随着地铁车辆轴重的加大、年通过总质量的增长及列
车速度的提高,目前各国地铁都有选用重型钢轨的趋势[2]。但就直线电机轨道交通而言,国
外一般采用 50kg/m 的钢轨,有的也采用 60kg/m 钢轨。
    2.2 扣件及垫板
    扣件种类从连结形式上分,可分为分开式和不分开式。不分开式扣件具有结构简单、零部
件少、造价低的特点,但不便于调高,一般用于有碴道床。目前日本及加拿大两种形式均有,
另外为了提高轨道结构的减振性能在一些地段还采用了一些高弹性的扣件。
    2.3 道床形式
    直线电机轨道交通轨道结构主要以整体道床轨道结构为主,仅在车场线有少量的有碴轨
道。加拿大温哥华以高架线为主的直线电机轨道系统采用直联式轨道结构;日本地下线的