道岔的弯道及采用这种弯道的轨道连接 本发明涉及一种道岔的弯道，具有道岔尖轨、一个干线轨道及一个支线轨道，于此，弯道从弯道起点至弯道终点，是由几个具有不同曲率1/R的区段组成的，这里的R表示曲率半径。
在Reimar Holzinger和Dieter Fritz在ETR 39(1990)H.1/2，1月/2月号上发表的文章《为掌握铁路未来机遇所需高效道岔的发展》中，提出了一系列的为满足一种高速交通要求的道岔几何构形，这些道岔几何图形通常以高度对称为其特征，以防止轨道上的突然方向变化或曲率变化，从而防止过大的横向加速。在该文中提出地看法涉及一种回旋曲线型的过渡弧，即余弦抛物线和正弦过渡弧，文中对加速度变化(冲击)提出了详细的探究。
WO 95/31604中提出了一种弯道，用于从干线轨道到一个支线轨道的钢轨的分布，据此，同样是从一个第一终端区段出发，以一个接近无限大的曲率半径开始，而其时道岔的另一个端也是以一个接近无限大的曲率半径结束而设计的，借以避免那些突然的可能对车辆起干扰作用的振荡激发。按这种已知的设计，选择这样一种弯道，它由三个区段组合而成，为此使用的是三个大致具有相同长度的区段。从一个具有一个有无限大倾向的曲率半径的曲率出发，所选择的一个居中的区段具有恒定的曲率，该曲率的半径在弯道上是一个最小值。总起来说，由此得出两个正常抛物线同一个中间区段的分布呈现一个圆弧的形状。
本发明的任务在于提供开头述及的那样一种弯道，按这种弯道，特别在高速运营中，可以达到降低部件磨损、从而提高部件使用寿命以及降低总费用的目的。与此同时，本发明的任务还在于：首先对高速道岔来说，可以改善这种道岔的维护工作和运行舒适感。为了解决上述任务，依本发的一种道岔的弯道基本上体现出：选择在弯道起点(αA)的曲率系数是α＝1/R/1/Rmin；在弯道终点(αE)的曲率系数α≥0；选择一点或一个范围，在这个范围中α＝1处于离弯道起点一个相对的距离V＝L/Lges≠0.5，式中L表示离弯道起点的距离，Lges表示弯道的长度。用曲率1/R来定义无因次的曲率系数α，此曲率系数等于从瞬时的曲率1/R和最大曲率1/Rmin求得的商数，于此，最大曲率又是除以最小半径而得到的商数1而构成。这样，α值可以居0和1之间，因而在α等于0的那些点上，半径趋向于无限，这乃是因为最小半径具有一个有限值。在最大曲率的点上，也就是在最小半径的点上，系数α所取的值为1。除了α值的定义之外，下面还要定义一个系数V，这个系数把所观察到的弯道的点离弯道起点的有关距离同弯道的总长度置于关系式中。因此，值V在弯道起点等于0，在弯道终点等于1，而且在0和1之间取任意值，与离弯道起点的距离成正比。在考虑到有关构件例如道岔尖轨和辙岔心的尖的横断面变化一般过程情况下，所进行的运行动力学试验表明：通过放弃这种弯道结构上的常规几何构形，不但可以减小构件的磨损，而且由于下述原因还可提高舒适感，就是以α＝1的点或范围处于离弯道起点的一个相对距离V≠0.5处。
已经证明，如果将道岔通常被车辆行驶其上时所沿着的行驶方向纳入其几何构形考虑之中，还可进一步优化弯道的几何构形。对于一种两侧受车辆行驶的道岔来说，这时一种具有特殊优点的做法是：αA和αE选择在0和0.5之间。对于αmax，V选择在0.45和0.8之间而且不等于0.5。一种两侧受车辆行驶的道岔在这种情况下意味着：该道岔既受到锐性行驶，又受到钝性行驶。一种主要沿一个方向被车辆行驶的道岔加以如下设计是具有特殊优点的：对于一个受锐性行驶的道岔，αA选择在0和0.5之间，αE选择在0.5和1之间，对于αmax，V选择在0.4和1之间，而且不等于0.5；而对于一个受钝性行驶的道岔，αA选择在0.3和0.7之间，αE选择在0和0.5之间，对于αmax，V选择在0.3和＜0.5之间。上面对不同行驶方向所列出的这些值，就不同弯道几何构形而言，是考虑到最小侧向加速和起动冲击以及考虑到减少磨损现象和降低轮箍力等方面，加以优化的。在这种情况下，很小的侧向加速和启动冲击，确保了道岔在车辆行驶时的高度舒适感，小的磨损和小的轮箍力可使道岔获得很高的使用寿命。
特别有利的做法是采取下述符合本发明的设计：在弯道起点和弯道终点之间设置一个而且只设置一个最大曲率点，或者具有以V≠0.5的最小曲率半径的曲率点。在这里放弃了迄今所选择的几何构形，如在WO 95/31604中所提出的几何构形，也是与大大改进舒适感和减少磨损有连带关系的。当设置一个而且只设置一个最大曲率点时，弯道几何构形便会具有一个处于弯曲过程中的最高回旋曲线的形状，在这种情况下使用这样一种最高回旋曲线时，V与上面所选择的定义相一致，所取的一个值≠0.5。在用余弦曲线时已知：值α在弯道起点和在弯道终点必须选择彼此不同的值，在这方面以往一般所选择的在弯道终点的值α为O，以便可连续地过渡到连接轨。如果像本发明所优选的一个实施例所规定的那样，代替一个和唯一个最大曲率点，选择一个中间区，采用下述设计是有优点的：在弯道起点和弯道终点之间设置一个具有恒定最大曲率的区段，这时的曲率半径是一个最小值；该区段的中点被安排在弯道起点和弯道终点之间的中点之外，在这里也背离了以往的那些几何构形考虑。上述圆弧区段的居中部位，如同上面述及的一个和唯一的一个最大曲率点一样，不处于弯道的纵向中点，从而在减小磨损和提高舒适度方面有所改进。
特别简单的做法是如下地采取设计，使得不同于圆弧形的区段形成为回旋曲线和/或余弦曲线。如前所述，若附带地将行驶方向也纳入道岔的几何构形考虑之中，那么，弯道几何构形做如下定义是特别有益的：在一种受锐性行驶的道岔情况下，具有最大曲率的点被布置在弯道终点上。在最高回旋曲线和余弦曲线的条件下，一般应注意到一个而且只有一个最大曲率点，在此情况下，应采取这样的设计，即在最高回旋曲线或余弦曲线时，特别在钝性行驶时，最大曲率点安排得较靠近弯道起点。
如开头已述及的，按本发明的弯道特别适合于那些以高速行驶的轨道连接的设计。按照本发明的一种轨道连接，在采用开头述及的那种两侧受行驶的道岔条件下，最好加以如此设计，使得具有一个在0和0.5之间的αE的弯道终点过渡到一个直线连接区段。轨道连接所采取的一个特别优越的方式是：直线区段具有的长度为一个弯道的总长度Lges的5～30％。由于这个直线连接区段占一个弯道的总长度的5～30％，从而达到了大大提高行驶车辆的稳定性的目的。
按本发明的道岔几何构形因此首先适用于以高速受行驶的轨道连接，于此，按本发明的不同道岔几何构形的组合，如前面所定义的，可确保大大降低磨损，并大大提高使用寿命。
下面将参照附图中所简示的一些实施例对本发明做更详细的说明。附图中的图1表示一种通用的轨道连接部的一个示意平面图，据此，两个支线轨道在采用一种恒定曲率半径条件下，过渡到一个基本上呈直线的中间区段。图2中所示是所属的曲线图，在此图中曲率1/R绘在轨道连接部的长度L之上。在图3中，代替曲率1/R，将无量纲的曲率系数α绘在具有本发明提出的弯道的一种轨道连接部的长度之上。图4表示一个最高回旋曲线的一种单一道岔几何构形，图中α是对V加以绘制的；图5表示一个适用于余弦曲线的相似示意图；图6至8表示适用于特定道岔设计的各个值。
在图1中，以1表示主轨道，于此，如图2中所示，以Lges表示有关弯道的长度。按照如图1和2所示的设计，绘出了一个符合技术现况的常规弯道几何构形，据此，支承轨道2以恒定的曲率半径分路，并过渡到一个直线的中间区段3。在轨道连接部的长度L之上的曲率1/R的变化情况可以直接从图2中得出。
按图3所示设计，与图2所示的相似，应用α的定义去代替曲率1/R，示意地绘出轨道连接部，它在两个方向中经受行驶。这时，在单个弯道内，在纵向区段V1至V2之间布置一个回旋曲线，在V2和V3之间布置一个圆弧，在V3和V4之间又布置另一个回旋曲线，而在V4和V5之间则布置轨道连接部的直线区段。从上述图示中可以看出：第一个回旋曲线形的区段的特征是α值从α1线性地上升到α2，并以4表示，它在V2点以最大曲率从而以最小曲率半径过渡到圆弧区段5，其长度从V2延伸到V3。在这里，根据定义，值α2或α3等于1，与之相关连，弯道过渡到一个回旋曲线6，该曲线这时以一个α4≠α1和≠0终结。在以点V4定义的第一个弯道的终端，比例数α在所选择的实施例中具有一个从大约0.2至0.3的值，这时，直线区段一直延伸到V5处的第二个弯道的终端。在这个点，钝性行驶的回旋曲线又是以一个α5≠0来设计的，所以在这里也出现一个不连的过渡到相连道岔的弯道。总之，上述轨道连接部的第二个道岔是按相等于不对称构造的第一个道岔而镜象对称地加以设计的，所以在启动范围内，此处也设定一个回旋曲线6，而在与V6相连处则设定一个圆弧区段5，该圆弧区段汇入到一个回旋曲线4。上述在两个方向中以高速经受行驶的轨道连接部的弯道起点也是以趋于无限的曲率半径设计的，所以α8＝α1＝0处于点V8。居于其间的区段分别以连续的标志表示。因此，对于一个以高速在两个行驶方向中经受行驶的轨道连接部的上述设计来说下面的选择是适用的，即α4的值选择等于α5≠0的值，而在α1和α8的轨道连接的两个道岔起点则取α＝0值。
在图4和5中更详细地示明了单个道岔的其它形状，图4中示明的是两个最高回旋曲线7和8。适用于锐性行驶的最高回旋曲线7在V3点具有其最大曲率或具有其最大α，在这里的值是α3表示。回旋曲线本身也是不对称设计的，于此，在V2点的1/R曲线有一个折点。按照一个对于钝性行驶特别有利的最高回旋曲线，如在图4中以8表示的，与锐性行驶情况下的设计不同的是，选择α1≠0。在上述对于钝性行驶特别有的最高回旋曲线几何构形条件下，α一直上升到V2点，并达到α2最大，更接近于钝性地受行驶的弯道起点。在这里，在V3点的α3也是选择大于0，而且不等于V1点的α1。按图5中所示的一种余弦曲线的道岔几何构形，在V1点的α1是＞0，在V2点通过一个具有α2值的最大值。曲率半径的变化进一步发展直到余弦曲线的背向道岔尖轨的一端的V3点，于此，α3取一个不同于α1和不同于0的值。V2非中心地处于V1和V3之间，从而可取得所希望的关于减小磨损和改善舒适度的效果。
适用于两侧经受行驶的道岔的最佳道岔几何构形见图6中所示；适用于一种锐性地经受行驶的道岔的最佳道岔几何构形见图7中所示；适用于一种钝性地经受行驶的道岔的最佳道岔几何构形见图8中所示。在这里，αA表示在弯道起点的曲率系数，αE表示在弯道终点的曲率系数，而V(αmax)则表示具有以α＝1的最大曲率范围。于此，阴影线所确定的范围是通过实际可行性才允许转变的范围。实线所确定的是最佳解法范围。
下面将给出一些例子，以说明适用于不同行驶方向的弯道几何构形，这些弯道几何构形在下述方面达到了最佳化：在保证尽可能小的磨损现象和轮箍力的情况下，侧向加速和启动冲击最小，同时有最大可能的舒适度和最长的寿命。于此，对于一种两侧经受行驶的道岔的弯道来说，为最高回旋曲线几何构形得出一个最佳化的解法，依此：
αA＝0.05
αE＝0
V(αmax)＝0.6
对于一种锐性地经受行驶的道岔的弯道来说，为一种回旋曲线一圆弧一回旋曲线几何构得出一个最佳化的解法，依此：
αA＝0.1
αE＝0.65
V(αmax)＝0.5至0.7
对于一种钝性地经受行驶的道岔的弯道来说，为一种最高回旋曲线几何构形得出一个最佳化的解法，依此：
αA＝0.5
αE＝0
V(αmax)＝0.35
在速度≥160公里/小时条件下，对于一个由两个双侧向地经受行驶的弯道组成的最佳轨道连接部来说，为一种最高回旋曲线几何构形得出一个最佳化解法，依此：
αA1＝αA2＝0.05
αE1＝αE2＝0
V(αmax)＝0.6
而且连接区段的长度＝弯道长度Lges的5％。