鐵路軌道作業(yè)參考答案

1、中南大學(xué)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育課程作業(yè)及參考答案鐵路軌道作業(yè)一：縮短軌縮短量的計(jì)算及其配置已知某曲線，其圓曲線半徑=600 m，圓曲線長(zhǎng)=119.73 m，兩端緩和曲線各長(zhǎng)100 m，鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度25 m的鋼軌。試計(jì)算縮短量及配置縮短軌。作業(yè)二：軌道結(jié)構(gòu)豎向受力的靜力計(jì)算公式的工程應(yīng)用 在其它條件不變的條件下，只是（1）將50kg/m鋼軌換為60kg/m鋼軌后，、有何變化？（2）將道床清篩后，、有何變化？（3）將木枕換為砼枕后， 、有何變化？作業(yè)三：軌道靜力計(jì)算。某60kg/m鋼軌軌道上運(yùn)行韶山型電力機(jī)車。軌枕間距54.5cm。機(jī)車軸重225kN、軸列式30-30，轉(zhuǎn)向架固定軸距230+200cm，機(jī)車

2、全軸距1580cm。試計(jì)算鋼軌位移、鋼軌彎矩及枕上壓力的最大值。作業(yè)四：軌道強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算資料如下：1) 線路及運(yùn)營(yíng)條件：新建鐵路，曲線半徑R=600m；牽引機(jī)車：DF4內(nèi)燃機(jī)車2) 軌道結(jié)構(gòu)組成鋼軌：60kg/m，U71新軌，25m長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)軌；軌枕：型混凝土軌枕1760根/km；道床：碎石道碴，面碴25cm，底碴20cm；路基：砂粘土；鋼軌支點(diǎn)彈性系數(shù)D：檢算鋼軌強(qiáng)度時(shí)，取30000N/mm；檢算軌下基礎(chǔ)時(shí)，取70000N/mm。t =51 MPa；不計(jì)鋼軌附加應(yīng)力。試對(duì)軌道各部件強(qiáng)度進(jìn)行檢算。作業(yè)五：緩沖區(qū)預(yù)留軌縫計(jì)算已知：北京地區(qū)鋪設(shè)60kg/m鋼軌無縫線路，緩沖軌長(zhǎng)度 m。北京地區(qū)最高軌溫

3、：=62.6, 北京地區(qū)最低軌溫：=22.8。軌道強(qiáng)度允許溫降，軌道穩(wěn)定性允許溫升。試對(duì)該無縫線路緩沖區(qū)軌縫進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。作業(yè)六：?jiǎn)伍_道岔主要尺寸計(jì)算已知：60/m鋼軌12號(hào)提速道岔，曲線尖軌、固定型直線轍叉單開道岔，N=12，R=350 717.5 mm，n=2 038 mm，m=3 954 mm，曲線尖軌長(zhǎng)l0=13 880 mm（與之對(duì)應(yīng)的直線尖軌長(zhǎng)=13 880 mm），基本軌前端長(zhǎng)q=2 916 mm，S=1 435 mm，跟端支距yg=311 mm，=8 mm，導(dǎo)曲線理論起點(diǎn)離尖軌實(shí)際尖端886 mm，導(dǎo)曲線實(shí)際起點(diǎn)離尖軌實(shí)際尖端298 mm （見下圖）。試進(jìn)行道岔主要尺寸計(jì)算。圖

4、 12號(hào)固定型轍叉提速道岔平面主要尺寸參考答案作業(yè)一答案要點(diǎn)： 1）計(jì)算曲線內(nèi)股軌線的總縮短量（mm） 2）計(jì)算縮短軌的根數(shù)選用縮短量為80 mm 的縮短軌，則采用7根縮短軌。外軌標(biāo)準(zhǔn)軌根數(shù)（軌縫為8 mm）可見，上述選用的縮短量滿足要求。 3）配置縮短軌配置縮短軌以列表計(jì)算為宜。這樣計(jì)算工作簡(jiǎn)單明了，也便于復(fù)核，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤及時(shí)修正。計(jì)算結(jié)果如表所示。縮短軌在內(nèi)股軌線上的布置見下圖。圖 縮短軌在內(nèi)股軌線上的布置 曲線縮短軌配置計(jì)算表 表一、已知數(shù)據(jù)曲線里程K259+ (186.45506.18)縮短軌長(zhǎng)度 (m)24.92圓曲線半徑(m)600曲線總縮短量(mm)549圓曲線長(zhǎng)度(m)119.7

5、3使用縮短軌根數(shù)(根)7緩和曲線長(zhǎng)度(m)100ZH離第一個(gè)接頭距離(m)5.5縮短軌的縮短量(mm)80軌縫(mm)8續(xù)上表二、計(jì)算步驟接頭號(hào)數(shù)由緩和曲線或圓曲線起點(diǎn)至各接頭的距離 (m)計(jì)算總縮短量(mm)鋼軌類別實(shí) 際縮短量(mm)接頭錯(cuò)開量(mm)附注15.50.38+0.38進(jìn)入緩和曲線5.5m25.5+25.008=30.50811+11.0330.508+25.008=55.51638+38.0455.516+25.008=80.5248180+1.0580.524+19.476=100.025.00819.476=5.53213916021進(jìn)入圓曲線5.532m65.532+2

6、5.008=30.54020124039730.540+25.008=55.548264240+24855.548+25.008=80.556326320+6980.556+25.008=105.5643894001110119.73-105.564=14.166100(25.00814.166)=89.158總縮短量54945048030進(jìn)入緩和曲線10.842m1189.15825.008=64.150498480+181264.15025.008=39.142530560301339.14225.008=14：“”表示標(biāo)準(zhǔn)軌，“”表示縮短軌，“+”表示內(nèi)軌接頭超

7、前量，“”表示內(nèi)軌接頭落后量。作業(yè)二答案要點(diǎn)： 提示：本題主要考察對(duì)、計(jì)算公式的應(yīng)用。當(dāng)某條件變化后，只要分析出鋼軌基礎(chǔ)彈性系數(shù)及剛比系數(shù)的變化情況，既能馬上從、計(jì)算公式中得到答案。作業(yè)三答案要點(diǎn)：解：選取重型軌道的鋼軌支座剛度，計(jì)算鋼軌位移和彎矩時(shí)D取為300kN/cm，計(jì)算枕上壓力時(shí)D取700kN/cm。計(jì)算得到鋼軌基礎(chǔ)彈性模量為： 計(jì)算鋼軌位移及彎矩時(shí)： (kN/cm2) 計(jì)算枕上壓力時(shí)：u = 12.84 (kN/cm2)由60kg/m鋼軌對(duì)水平軸的慣性矩3217cm4及鋼軌鋼材彈性模量2.1105Mpa可計(jì)算得到k值為：計(jì)算鋼軌位移及彎矩時(shí)： (1/cm) 計(jì)算枕上壓力時(shí)：k = 0

8、.01476 (1/cm)由于前后兩轉(zhuǎn)向架最近的車輪相距720cm，相鄰轉(zhuǎn)向架的影響較小，可以忽略，僅以單個(gè)轉(zhuǎn)向架進(jìn)行計(jì)算，即取其中間三個(gè)輪位。因存在對(duì)稱性，只取第一、二車輪為計(jì)算輪位，計(jì)算結(jié)果列于下表中。由表可知，鋼軌位移、鋼軌彎矩及枕上壓力的最大值均出現(xiàn)于第2輪位下，由此可計(jì)算得到：表 計(jì)算結(jié)果列表 計(jì)算輪計(jì)算值輪 位合 計(jì)備 注輪1輪2輪3輪1x023043010.06700.00641.0734計(jì)算鋼軌位移及枕上壓力用10.03560.00191.037510.06090.00531.0662計(jì)算鋼軌彎矩用輪2x23002000.067010.09521.16220.035610.05

9、481.09040.060910.08791.1488 (cm) (kN-cm) (kN)作業(yè)四答案要點(diǎn)：1) 機(jī)車通過曲線軌道的允許速度的確定：新建鐵路，允許速度按計(jì)算，由此得vmax = 105km/h。2) 鋼軌強(qiáng)度的檢算：DF4內(nèi)燃機(jī)車的兩個(gè)轉(zhuǎn)向架距離較大，彼此影響很小，可任選一個(gè)轉(zhuǎn)向架作為計(jì)算。由于三個(gè)車輪的輪重和輪距相同，兩端的車輪對(duì)稱，可任選1、2輪或2、3輪作為計(jì)算輪來計(jì)算彎矩的當(dāng)量荷載。計(jì)算結(jié)果見表1。計(jì)算步驟如下：(A) 計(jì)算u值計(jì)算鋼軌強(qiáng)度的D = 30000N/mm，按無縫線路的要求，軌枕均勻布置，軌枕間距a = 1000000/1760 = 570mm，有此可得u =

10、 D/a = 30000/570 = 52.6MPa(B) 計(jì)算k值 (mm-1)式中 J60kg/m新軌對(duì)水平軸的慣性矩，其值為3217104 (mm4)。(C) 計(jì)算以1、2輪分別為計(jì)算輪計(jì)算，并選取其中最大值來計(jì)算鋼軌的彎矩。表 1 計(jì)算值計(jì)算輪位計(jì)算值輪 位1231P(N)11500011500011500096813x(mm)018003600kx02.2144.2481-0.16450.0063115000-189127252P(N)11500011500011500077176x(mm)180001800kx2.21402.214-0.16450-0.1645-189121150

11、00-18912由表1可知，計(jì)算輪1的=96813為其中的最大值，該值用以計(jì)算鋼軌靜彎矩。(D) 計(jì)算鋼軌靜彎矩M (Nmm)(E) 計(jì)算鋼軌動(dòng)彎矩Md查取內(nèi)燃機(jī)車計(jì)算軌底彎曲應(yīng)力的速度系數(shù)公式為，其計(jì)算值為 由計(jì)算偏載系數(shù)，式中的h=75mm= 0.00275=0.15選取R = 600m的橫向水平系數(shù)f =1.60。將上述系數(shù)代入計(jì)算公式，得 = 20511229(1+0.42+0.15 )1.60 =51524207 (Nmm)(F) 計(jì)算鋼軌的動(dòng)彎應(yīng)力1d和2d查得新軌的W1=396000mm3及W2=339400mm3。則 (MPa)(MPa)查得25m長(zhǎng)的60kg/m鋼軌的溫度應(yīng)力

12、t = 51Mpa。則鋼軌的基本應(yīng)力為 軌頭 2d +t = 152+51 = 203 (MPa) 軌底 1d +t = 130+51 = 181 (MPa)U71新軌的屈服極限S = 405(MPa)，安全系數(shù)K = 1.3，其允許應(yīng)力為(MPa)上述軌頭和軌底的基本應(yīng)力均小于，符合鋼軌的強(qiáng)度檢算條件。3) 軌枕彎矩的檢算(A) 計(jì)算u和k值計(jì)算軌枕彎矩時(shí)，用D = 70000N/mm，由此可得u和k值：(MPa) (mm-1)(B) 計(jì)算軌枕反力的當(dāng)量荷載其結(jié)果見表2。取表中最大的=111810N。(C) 計(jì)算軌枕上動(dòng)壓力Rd速度系數(shù)按下式計(jì)算而得 偏載系數(shù)=0.002h = 0.0027

13、5=0.15 (N)Rd約為靜輪載的61.3%，作為算例，以此計(jì)算值來確定軌枕彎矩。計(jì)算軌下截面正彎矩如下。表 2 計(jì)算值計(jì)算輪位計(jì)算值輪 位1231P(N)115000115000115000111810 x(mm)018003600kx02.6285.2561-0.0255-0.00224115000-2932-2582P(N)115000115000115000109136x(mm)180001800kx2. 62802. 628-0. 02550-0. 0255-2932115000-2932 對(duì)于型軌枕 L=2500mm，a1=500mm，e = 950mm，60kg/m軌底寬b =

14、150mm，代如上式得Nmm7.716kNm13.3 kNm(通過檢算)在計(jì)算軌枕中間截面彎矩時(shí)，可按兩種不同中部支承方式的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。 Nmm | 6.475 | kNm10.5 kNm(通過檢算) Nmm= 8.549kNm顯然，軌枕中部滿支承所產(chǎn)生的負(fù)彎矩比中部部分支承的負(fù)彎矩大32%。4) 道床頂面應(yīng)力的檢算：對(duì)于型軌枕，其中部600mm不支承在道床上時(shí)，e= 950mm；中部支撐在道床上時(shí)，e= 1175mm，b =275mm，所以按照上述兩種支承情況可算得道床頂面壓應(yīng)力為 (MPa)或(MPa)上述=0.50 Mpa，滿足道床強(qiáng)度條件。5) 路基面道床壓應(yīng)力的檢算：有兩個(gè)檢算

15、道床應(yīng)力的方案，一是根據(jù)已知的道床厚度，檢算路基面的道床壓應(yīng)力；或是根據(jù)路基填料的允許應(yīng)力反算所需的道床厚度。第一方案計(jì)算方法如下：計(jì)算h1和h2： (mm) (mm)由已知條件，道床的計(jì)算厚度h = 250+200/2 = 350mm。所以計(jì)算厚度在h1和h2之間，計(jì)算，得 (MPa) = 0.15 (Mpa)第二方案計(jì)算如下： (mm)所需道床厚度小于設(shè)計(jì)的道床厚度，通過檢算。作業(yè)五答案要點(diǎn)：解：1）設(shè)計(jì)鎖定軌溫計(jì)算 其中:修正值，本題取為3，得出鎖定軌溫Ts為25。最大溫升幅度=62.625.0=37.6最大溫降幅度=25.0（22.8）=47.82）對(duì)于60kg/m鋼軌最大溫度壓力：=247.837.677.457.216105（N）721.6(kN)最大溫度拉力：=47.847.877.459.173105（N）917.3(k