軌道工程二鋼軌PPT課件

第二章鋼軌，了解鋼軌，鋼軌的功能和類型，2.1鋼軌，2.2鋼軌斷面設(shè)計(jì)原則和中國(guó)主要鋼軌斷面形狀，2.3鋼軌材料和機(jī)械指標(biāo)，2.4鋼軌允許偏差和平整度，2.5鋼軌損壞，2.6鋼軌接頭，5.2.1鋼軌功能和類型，鋼軌是鋼軌的主要組成部分。它的功能是引導(dǎo)機(jī)車車輛的車輪向前移動(dòng)，承受車輪的巨大壓力，并將其傳遞給枕木。鐵軌必須為車輪提供連續(xù)、平滑且阻力最小的滾動(dòng)表面。在電氣化鐵路或自動(dòng)閉塞區(qū)段，鋼軌也可用作軌道電路。(1)為車輪提供連續(xù)、平滑且阻力最小的滾動(dòng)表面，以引導(dǎo)車輛前進(jìn)。2)鋼軌應(yīng)承受車輪的巨大垂直壓力，并以分散的形式傳遞給軌枕。3)為軌道電路提供導(dǎo)體。鐵軌的類型用每米鐵軌質(zhì)量的千克數(shù)來(lái)表示。我國(guó)鐵路使用的鋼軌有75公斤/米、60公斤/米、50公斤/米、43公斤/米和38公斤/米。目前，中國(guó)鐵路的固定長(zhǎng)度分別為12.5米和25米。各國(guó)鐵路的固定長(zhǎng)度各不相同。我國(guó)新建客運(yùn)專線使用的定長(zhǎng)鋼軌長(zhǎng)度為50m或100米。9、2.2鋼軌斷面設(shè)計(jì)原則和我國(guó)主要鋼軌斷面形狀，2.2.1斷面，10，并且軌道橫截面為工字形。鋼軌分為軌頭、軌腰和軌底。軌頭應(yīng)具有足夠的表面積和厚度，以延遲軌頭擠壓和磨損；軌腰主要承受剪切力，使鋼軌具有較大的垂直剛度。軌底應(yīng)有一定的寬度，以分散壓力和保持穩(wěn)定。軌頭應(yīng)大而厚，并具有適合車輪踏面的形狀，以改善輪軌接觸條件，提高抗凹陷能力，同時(shí)具有足夠的磨損支撐面積。雖然軌道的頂面具有足夠的寬度，但是為了使車輪傳遞的壓力更集中在軌道的中心軸線上，頂面具有凸起的圓弧形狀。圓弧的半徑不能太小。雖然壓力可以集中在軌道的中心軸上，但是由于車輪和軌道之間的接觸面積太小，所以不會(huì)引起太大的接觸應(yīng)力。我國(guó)鐵路輕軌頂面通常由半徑為300毫米的圓弧組成，重軌頂面由半徑分別為80毫米300毫米80毫米和80毫米500毫米80毫米的三個(gè)復(fù)合圓弧組成。軌腰必須有足夠的厚度和高度，并有較大的承載力和抗彎能力。對(duì)于軌腰與軌頭和軌底之間的連接，必須確保夾板有足夠的支撐面，并且橫截面的變化不要太突然，以免應(yīng)力過(guò)度集中。因此，復(fù)雜的曲線可用于軌腰和軌頭之間的連接。例如，中國(guó)的CHN60標(biāo)準(zhǔn)軌采用半徑為25毫米和8毫米的復(fù)雜曲線進(jìn)行連接。軌腰與軌底的連接曲線一般采用半徑為14 20 mm的單曲線，軌底直接支撐在軌枕頂面上。為了保持鋼軌的穩(wěn)定性，鋼軌應(yīng)具有足夠的寬度和厚度以及必要的剛度和耐腐蝕性。鋼軌的高度應(yīng)確保鋼軌具有足夠的慣性矩和橫截面系數(shù)來(lái)承受車輪的垂直壓力，并確保鋼軌在橫向水平力的作用下具有足夠的穩(wěn)定性。尺寸經(jīng)驗(yàn)公式：軌頂面寬度b=0.34M米51.70(mm)軌腰厚度t=0.16M米7.08(mm)軌身高度H=1.92M米54.16(mm)軌底寬度B=1.25M米69.25(mm)M為每米鋼軌質(zhì)量(kg)。16、2.3鋼軌材料及其力學(xué)指標(biāo)。2.3.1鋼軌材料鋼軌材料是指鋼軌的化學(xué)成分及其金相組織(指在金屬結(jié)構(gòu)中具有相同化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)和物理性能的成分，包括固溶體、金屬化合物和純物質(zhì))。鋼軌高可靠性的前提是鋼軌材料具有高純度和合理的化學(xué)成分。鋼軌的質(zhì)量問(wèn)題主要是由于鋼軌內(nèi)部夾雜物和缺陷造成的疲勞損傷。因此，提高鋼軌材料的純度是降低鋼軌疲勞損傷、提高鋼軌可靠性和延長(zhǎng)使用壽命的有效途徑之一碳-抗拉強(qiáng)度錳-強(qiáng)度和韌性硅-增加密度的有害成分：磷-冷脆硫-熱脆。19、2.3.2鋼軌的機(jī)械性能強(qiáng)度極限b、屈服極限s、疲勞極限r(nóng)、延伸率s、斷面收縮率、沖擊韌性k和布氏硬度指數(shù)HB等。這些指標(biāo)對(duì)鋼軌的承載能力、磨耗、壓碎、斷裂等損傷有很大影響。將一定尺寸(直徑10毫米)的硬化鋼球以一定的載荷(一般為3000公斤)壓入材料表面，并保持一段時(shí)間。卸載后，載荷與壓痕面積的比值為布氏硬度值(HB)，單位為千克力/平方毫米(N/平方毫米)。布氏硬度測(cè)量準(zhǔn)確可靠，布氏硬度范圍為8650HB。然而，血紅蛋白通常僅適用于低于450牛頓/平方毫米(兆帕)的金屬材料，不適用于較硬的鋼或較薄的板。在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中，布氏硬度使用最廣泛。壓痕直徑D常用來(lái)表示材料的硬度，直觀方便。嘿。嘿。21，2.4鋼軌尺寸允許偏差和直線度要求，2.4.1為確保列車運(yùn)行的穩(wěn)定性，要求軌道幾何形狀和位置的穩(wěn)定性，軌頭輪軌接觸光帶的位置和寬度的穩(wěn)定性，而要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，鋼軌的整體尺寸精度高和直線度高是必不可少的。鋼軌焊接接頭是無(wú)縫線路個(gè)體不規(guī)則性的來(lái)源之一。鋼軌與鋼軌母材的焊接材料、金相組織、硬度和韌性的差異、焊接設(shè)備的精度以及操作人員的技術(shù)熟練程度都會(huì)導(dǎo)致鋼軌焊接接頭處的鋼軌表面不平整。鋼軌焊接接頭有三種類型：接觸焊、氣壓焊和鋁熱焊。為了保證高速列車的高速平穩(wěn)運(yùn)行，減少輪軌間的動(dòng)力作用，對(duì)鋼軌焊接接頭的焊接質(zhì)量和直線度提出了更高的要求。因此，鋼軌焊接接頭也是鋼軌表面不平直的控制部分。24，2.5鋼軌損傷，常見損傷類型：1、鋼軌接頭螺栓孔裂紋和焊接接頭裂紋2、軌頭鐵芯損傷3、軌頭剝落4、鋼軌磨損，25、2.5.1鋼軌接頭螺栓孔裂紋和焊接接頭裂紋在普通線路上是不可避免的。通常在軌腰和軸附近鉆孔以安裝連接螺栓。由于鉆了軌腰，鋼軌的強(qiáng)度減弱了。在鋼軌的應(yīng)力傳遞過(guò)程中，應(yīng)力集中發(fā)生在螺栓孔周圍。同時(shí)，由于車輪通過(guò)接頭時(shí)的沖擊，螺栓孔周圍的應(yīng)力集中更加嚴(yán)重。圖2-5鋼軌接頭螺栓孔裂紋圖2-6鋼軌焊接接頭裂紋。26，在輪軌沖擊載荷下，螺栓孔周圍產(chǎn)生肉眼看不見的45度斜向微裂紋。在列車載荷下，裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展并產(chǎn)生裂紋。由于焊接材料和軌底材料之間的不一致性，焊縫和軌底材料處的鋼軌磨損導(dǎo)致軌面不平整，這增加了輪軌沖擊載荷，從而導(dǎo)致焊接接頭軌斷裂。27、2.5.2軌頭核損傷是對(duì)交通最危險(xiǎn)的損傷之一。在列車荷載的反復(fù)作用下，軌頭內(nèi)部出現(xiàn)極其復(fù)雜的應(yīng)力分布和應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致小裂紋橫向擴(kuò)展，形成核損傷，直至核損傷周圍的鋼筋強(qiáng)度不足以抵抗車輪荷載下的應(yīng)力，鋼軌突然斷裂。圖2-7軌頭核心損傷，28，原因：內(nèi)部原因：制造過(guò)程中鋼軌中的非金屬夾雜物或微氣泡。外因：在列車荷載的作用下，會(huì)產(chǎn)生巨大的接觸應(yīng)力，造成鋼軌接觸疲勞損傷。措施：提高鋼軌的純凈度，減少鋼軌中的非金屬夾雜物；提高鋼軌的接觸疲勞強(qiáng)度；提高軌道結(jié)構(gòu)的彈性，降低輪軌沖擊載荷。29，圖2-8 45軌頭圓角處的輕微傾斜裂紋圖2-9軌面剝離，2.5.3軌頭剝離。30、2.5.3軌頭剝離軌頭剝離是當(dāng)今重載鐵路運(yùn)輸中常見的鋼軌損傷，主要發(fā)生在軌頭的內(nèi)圓角處。主要原因是軌頭內(nèi)側(cè)圓角處的輪軌接觸應(yīng)力較大，軌面以下幾毫米處的剪應(yīng)力導(dǎo)致鋼軌的剪切疲勞。裂縫產(chǎn)生后，即剝離初期，鋼軌表面呈規(guī)則的45度微傾斜裂紋，方向與行車方向相反。當(dāng)裂紋區(qū)域達(dá)到一定程度時(shí)，裂紋的頂層會(huì)在車輪的滾動(dòng)下產(chǎn)生塑性變形，最終斷裂并在鋼軌表面出現(xiàn)凹坑。32、2.5.4鋼軌磨耗分為垂直磨耗、軌頭側(cè)磨耗和波浪磨耗。垂直磨損與輪軌間的垂直力、輪軌間的爬行和摩擦等有關(guān)。隨著通過(guò)管線的總質(zhì)量的增加，垂直磨損也相應(yīng)增加。側(cè)面磨損主要發(fā)生在曲線鋼軌的外側(cè)。鋼軌的側(cè)磨縮小了軌頭的寬度。鋼軌側(cè)磨過(guò)程中，軌頭下側(cè)的鋼材會(huì)產(chǎn)生塑性變形、裂紋甚至核損傷。圖2-10軌側(cè)磨損和測(cè)量圖2-11軌側(cè)磨損和頭側(cè)鐵芯損傷。34，中國(guó)將鋼軌磨損分為輕傷和重傷。波浪磨損是指鋼軌投入運(yùn)行后，鋼軌表面有規(guī)律地發(fā)生周期性磨損和塑性變形。波磨一般發(fā)生在曲線段，波磨在列車制動(dòng)段發(fā)生的概率和磨損率都很大。圖2-12鋼軌的波紋磨損。36、2.5.5鋼軌探傷，根據(jù)鋼軌探傷設(shè)備的工作原理，分為電磁探傷和超聲波探傷。超聲波探傷：當(dāng)超聲波被注入鋼軌的核損傷、裂紋或其他損傷時(shí)，它們?cè)阡撆c空氣的界面處被阻擋，產(chǎn)生反射波，電子儀器可以接收和顯示這些反射波，從而發(fā)現(xiàn)鋼軌內(nèi)部的傷痕。37，2.6鋼軌接頭，位于兩個(gè)固定長(zhǎng)度的鋼軌之間，通過(guò)夾板連接形成連續(xù)的軌道，稱為鋼軌接頭。2.6.1接頭連接件鋼軌接頭的連接件由夾板、螺栓、螺母和彈簧墊圈組成。接頭夾板的功能是夾緊導(dǎo)軌。接頭夾板分為斜坡支撐型和弧形支撐型，(一)斜坡支撐型，(二)弧形支撐型，39、2.6.2鋼軌接頭為使鋼軌受熱膨脹，受凍收縮，應(yīng)在普通線路的鋼軌接頭處預(yù)留鋼軌接頭。軌縫尺寸根據(jù)鐵道部鐵路線路維修規(guī)則預(yù)留軌縫公式計(jì)算：0=L(TZ-T0)0.5G，其中為鋼軌線性膨脹系數(shù)(0.0118mm/m)；l是鋼軌長(zhǎng)度；Tz是本地中間軌道溫度；T0是調(diào)整軌縫時(shí)的軌溫；g是鋼軌的結(jié)構(gòu)鋼軌間隙(18毫米)。40、2.6.3接頭布置鋼軌接頭在軌枕墊方面可分為兩種類型：懸掛式和墊式。中國(guó)鐵路使用懸掛式鋼軌接頭。懸掛式(b)單枕墊式(c)雙枕墊式。根據(jù)兩個(gè)軌道接頭的位置，41可分為相對(duì)型和相位交錯(cuò)型，其缺點(diǎn)是車輪交替沖擊接頭，如果軌道狀況不好，車輛的振動(dòng)將會(huì)加劇。美國(guó)鐵路大多使用交錯(cuò)鋼軌接頭，而中國(guó)鐵路使用相對(duì)鋼軌接頭。相對(duì)鋼軌接頭(b)相位交錯(cuò)鋼軌接頭。42、2.6.4根據(jù)鋼軌接頭的功能，接頭類型可分為普通接頭、異形接頭、導(dǎo)電接頭、絕緣膠接接頭、伸縮接頭和焊接接頭。異形鋼軌接頭用于連接兩種不同類型的鋼軌。43歲。鋼軌表面和夾板表面生銹導(dǎo)致接頭阻力大。為了減少軌道電路的電流損耗，在軌道末端鉆孔以連接導(dǎo)線。由于在軌頭上鉆孔會(huì)影響鋼軌的疲勞強(qiáng)度，所以目前的導(dǎo)電接頭通常采用噴焊來(lái)連接導(dǎo)線。絕緣接頭用于自動(dòng)閉塞區(qū)段閉塞區(qū)段兩端的軌道接頭上，以阻斷電流。(a)鋼軌膠接接頭(b)鋪設(shè)在線路上的鋼軌膠接接頭。45、伸縮接頭也稱為鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。鋼軌伸縮接頭分為基本鋼軌和尖軌。尖軌是固定的，基本軌向軌的外側(cè)擴(kuò)展和收縮，從而確保軌距在基本擴(kuò)展期間保持不變。