軌道工程概論

1、鐵路軌道概論 一、有砟軌道 在路基、橋隧建筑物修成之后，就可以在上面鋪設(shè)軌道。軌道由鋼軌、軌枕、聯(lián)結(jié)零件、道床、防爬設(shè)備和道岔等主要部件組成。它起著機車車輛運行的導(dǎo)向作用，直接承受由車輪傳來的巨大壓力，并把它傳布給路基或橋隧建筑物。1 鋼軌 1支承和引導(dǎo)車輪； 2為車輪滾動提供阻力較小的外表； 3承受車輪的作用力并傳布于軌枕； 4在電氣化鐵路和自動閉塞區(qū)段，作為軌道電路使用。1.1 鋼軌的功用1.2 鋼軌的特點與鋼軌斷面 鋼軌的作用是直接承受車輪的巨大壓力并引導(dǎo)車輪的運行方向，因而它應(yīng)當(dāng)具備足夠的強度、穩(wěn)定性和耐磨性。 為了使鋼軌具有最正確的抗彎性能，鋼軌的斷面形狀采用“工字形，如以下圖所示，

2、由軌頭、軌腰和軌底組成。1.鋼軌特點：四個“度剛度抵抗由動荷載引起的撓曲變形；韌度防止動荷載引起鋼軌折斷；硬度防止被車輪壓陷或磨損太快；頂面粗糙度有利于機車的牽引力、制動力的實現(xiàn)。2.鋼軌斷面 (1)斷面形狀 鋼軌斷面的造型統(tǒng)一為“工字形鋼軌斷面圖(2)斷面特點軌底較寬有利于保證鋼軌穩(wěn)定鋼軌斷面的組成 在我國，鋼軌的類型或強度以每米長度的大致質(zhì)量公斤數(shù)表示，現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)鋼軌類型有：75公斤米、60公斤米、50公斤米。 鋼軌的長度長一些好，可以減少接頭的數(shù)置，列車運行平穩(wěn)并可節(jié)省接頭零件和線路的維修費用，但是由于加工條件和運輸條件的限制，一根鋼軌的軋制長度是有限的。目前我國鋼軌的標(biāo)準(zhǔn)長度有25米和

3、12.5米兩種，對于75公斤米鋼軌只有25米長一種。此外，還有專供曲線地段鋪設(shè)內(nèi)軌用的標(biāo)準(zhǔn)縮短軌假設(shè)干種。1.3 鋼軌長度、鋼軌接頭、軌縫1.鋼軌長度我國制造的標(biāo)準(zhǔn)鋼軌，長度有25米與12.5米兩種。2.鋼軌接頭普通軌道的接頭，通常用螺栓、夾板等連接。3.軌縫鋪軌時，需要在鋼軌接頭處預(yù)留軌縫。軌縫要求：(1)高溫時，鋼軌膨脹不會導(dǎo)致軌道擠壓變形；(2)低溫時，鋼軌收縮不會導(dǎo)致接頭拉壓變形。軌縫作用：適應(yīng)鋼軌熱脹冷縮的需要。4.軌縫計算公式 軌縫的計算通常使用經(jīng)驗公式：式中： 計算軌縫尺寸毫米； tmax最高鋼軌溫度當(dāng)?shù)貧v年最高氣溫加20攝氏度； t鋪軌時的鋼軌溫度攝氏度； L鋼軌長度米； c阻

4、力限制的鋼軌伸縮量毫米12.5米鋼軌取12 毫米，25米鋼軌取34毫米2 軌枕2.1 軌枕的功用、特點 根據(jù)以下圖，試推測軌枕的功用。并說明軌枕應(yīng)具備的特點。 1.功用 1)承受鋼軌的垂直力、水平力。 2)傳遞這二力給道床和路基。 3)保持鋼軌方向、位置、軌距。 2.特點 鞏固耐久、具有彈性、造價合理、制造維修方便。 可以認(rèn)為，軌枕是介于鋼軌與道床之間，承受來自鋼軌的各向壓力，并將壓力彈性地均布于道床的設(shè)施。2.2 軌枕的分類 軌枕按照制作材料分，主要有鋼筋混凝土枕和木枕兩種。我國鐵路所使用的主要是預(yù)應(yīng)力混凝土枕。木枕 鋼筋混凝土軌枕 2.3 軌枕的布置 1.每千米配置軌枕數(shù) 每千米配置的軌枕

5、根數(shù)，由運量、行車速度、線路等級條件決定。力求在最經(jīng)濟條件下，保證軌道具有足夠的強度與穩(wěn)定性。 我國鐵路規(guī)定： (1)木枕軌道，每千米軌枕數(shù)最多為1920根，最少為1440根； (2)混凝土枕軌道，每千米軌枕數(shù)最多為1840根，最少為1440根。圖1-17 配置軌枕數(shù)示意圖 符合右下側(cè)條件(藍字表示)之一的地段，軌道應(yīng)該加強，即每千米的軌枕數(shù)需要增加 木枕增加160根 混凝土增加80根； 當(dāng)條件重合時，只增加一次， 并且不能超過數(shù)目最大值。 1)混凝土枕軌道上，半徑小于600米的曲線地段；或木枕軌道、電力牽引線路，半徑小于800米的曲線地段。 2)坡度大于12的下坡制動地段。 3)長度大于等于

6、300米的隧道地段。2.軌枕間距的計算圖1-18 軌枕間距示意圖 到目前為止，你對軌枕的了解有多少普通軌道上，軌枕間的距離一樣不？ 普通軌道上，鋼軌接頭處車輪的沖擊動荷載大，接頭軌枕間距c應(yīng)該比中間軌枕間距a小一些。而且，從c向a過渡時，應(yīng)該有一個過渡軌枕間距b，以適應(yīng)荷載的變化。三者大小為：abc。 c一般是給定的：木枕為440mm，混凝土枕為540mm。由上圖可知：式中： L每節(jié)鋼軌長度含一個軌縫寬度8mm n每節(jié)鋼軌下軌枕根數(shù)3 聯(lián)結(jié)零件 聯(lián)結(jié)零件分為接頭聯(lián)結(jié)零件和中間聯(lián)結(jié)零件。 接頭聯(lián)結(jié)零件： 兩節(jié)鋼軌的末端，用接頭聯(lián)結(jié)零件聯(lián)結(jié)。先用兩塊魚尾板夾住鋼軌，然后用螺栓擰緊。為防止螺栓松動，

7、在螺帽與魚尾板之間，加有彈簧墊圈。接頭聯(lián)結(jié)零件鋼軌的接頭連接3.1 中間聯(lián)結(jié)扣件 中間聯(lián)結(jié)扣件的作用： 把鋼軌與軌枕牢固地聯(lián)結(jié)起來，以確保鋼軌位置穩(wěn)定。 根據(jù)軌枕的性質(zhì)，中間聯(lián)結(jié)扣件可以分為：木枕聯(lián)結(jié)扣件和混凝土枕聯(lián)結(jié)扣件。 從分類上我們可以推測，不同的軌枕，存在不同的聯(lián)結(jié)方式。圖1-19 鋼軌與軌枕的聯(lián)結(jié) 1.木枕扣件及木枕聯(lián)結(jié)方式 目前，我國木枕軌道地段中間聯(lián)結(jié)方式主要有混合式和分開式。 1混合式見圖1-20 目前大量采用的聯(lián)結(jié)方式是混合式。混合式是先用道釘把墊板與木枕扣緊，然后再用道釘將鋼軌、墊板和木枕三者同時聯(lián)結(jié)?；旌鲜娇奂慵伲惭b本錢低，但扣緊力不如分開式。鋼軌與木枕的混合式連接

8、圖1-20 鋼軌與木枕的混合式聯(lián)結(jié) 2分開式見圖1-21 分開式是將墊板分別與軌枕和鋼軌單獨扣緊。 分開式扣壓力大，能有效防止鋼軌的橫、縱向位移，同時便于安裝與更換，但本錢高。在特殊線路與橋上線路使用。圖1-21 鋼軌與木枕的分開式聯(lián)結(jié) 2.混凝土枕聯(lián)結(jié)扣件及混凝土枕聯(lián)結(jié)方式 由于混凝土枕重量大、剛度大，因而混凝土枕扣件的性能也比木枕扣件好。 圖1-21 鋼軌與混凝土枕聯(lián)結(jié) 主要表現(xiàn)為： 1、扣壓力足。當(dāng)鋼軌彎曲、轉(zhuǎn)動時，不會導(dǎo)致鋼軌沿墊板發(fā)生縱向移動。 2、適當(dāng)?shù)膹椥??；炷琳淼膹椥员饶菊聿钤S多，其彈性主要由扣件提供。 3、具有絕緣性能。4 道床 道床介于軌枕與路基之間，是軌道的重要組成局部

9、。道床是鋪設(shè)在路基面上的石碴道碴墊層。主要作用是支承軌枕，把從軌枕上部的壓力均勻地傳遞給路基；并固定軌枕的位置，阻止軌枕縱向或橫向移動；緩和機車車輛輪對對鋼軌的沖擊。道床斷面圖1-23 道床示意簡圖 4.1 道床的功用與材料選擇1.道床的功用： 1承受來自軌枕的壓力，均勻的傳遞到路基； 2提供軌道的橫、縱向力，保持軌道的穩(wěn)定； 3提供軌道彈性，減緩、吸收輪軌的沖擊、振動； 4提供良好的排水性能，減少路基病害； 5便于軌道養(yǎng)護維修作業(yè)。 圖1-24 碎石道床示意圖 以碎石、礦渣、沙子等為材質(zhì)構(gòu)成的碎石道床，滿足以上5點要求，價廉物美，是我國目前使用最廣泛的道床類型。 2.道床應(yīng)具備的性能圖1-2

10、4 碎石道床示意圖1質(zhì)地堅硬，耐壓、耐磨，具有彈性；2排水性能好，吸水度小；3不易風(fēng)化、侵蝕。4.2 道床斷面道床斷面為梯形，主要有三個要素： 1道床厚度h:足夠的厚度，有利于減小基面應(yīng)力，降低發(fā)生永久變形的可能，確保軌道穩(wěn)定。 2頂面寬度b：一般為3米。 3邊坡坡度i圖1-25 道床縱斷面示意圖5 防爬設(shè)備 1.爬行的定義 列車運行時，車輪作用于鋼軌上除產(chǎn)生豎直力和橫向力外，還產(chǎn)生一個縱向水平推力，能引起鋼軌的縱向移動，有時甚至帶動軌枕沿著線路方向一起移動，此種現(xiàn)象稱為軌道的爬行。 1.防止爬行的措施 防止爬行，需要加強接頭扣件、中間扣件的扣緊力?？劬o力的加強，是通過安裝防爬設(shè)備實現(xiàn)的。 在

11、直線地段，由于列車縱向力的作用，軌枕可能被拉斜。 預(yù)防方法是將防爬器與防爬支撐配合使用。 圖1-26 石質(zhì)防爬器 a穿銷式防爬器 b防爬器的安裝c防爬器 在曲線地段，由于列車橫向力的作用，很容易引起軌距擴大。預(yù)防方法是采用軌距拉桿進行加固。 圖1-27 軌距拉桿6 道岔 什么是道岔？ 機車車輛在運行過程中，常常需要由一條線路轉(zhuǎn)入另一條線路，或跨越其它線路。在就需要設(shè)置線路的連接與交叉設(shè)備，即道岔。 道岔是鐵路軌道的重要組成局部。由于道岔數(shù)量多、使用壽命短、限制列車速度、行車平安性低，與曲線、接頭并稱為軌道的三大薄弱環(huán)節(jié)。 道岔的分類及功用： 1、線路的連接設(shè)備 引導(dǎo)鐵路機車車輛由一條線路進入另

12、一條線路。 2、線路的交叉設(shè)備引導(dǎo)機車車輛由一條線路跨越另一條線路。 圖1-29 線路連接道岔 圖1-30 線路交叉道岔 3、連接與交叉設(shè)備 既可以引導(dǎo)鐵路機車車輛由一條線路進入另一條線路，也能夠引導(dǎo)機車車輛由一條線路跨越另一條線路。 圖1-31 線路連接、交叉道岔 6.1 單開道岔構(gòu)造6.1.1 單開道岔的概述 單開道岔是最簡單、最常用的一種道岔。普通單式道岔的組成1根本軌；2尖軌；3翼軌；4護軌 1.單開道岔的組成 1三大組成局部：轉(zhuǎn)轍器局部；轍叉及護軌局部；連接局部。 27個組成部件： 轉(zhuǎn)轍器局部的根本軌、尖軌； 轍叉及護軌局部的翼軌、護軌、岔心； 連接局部的直軌、導(dǎo)曲線軌。圖1-33

13、單開道岔結(jié)構(gòu)與名稱 轉(zhuǎn)轍器：包括兩根尖軌和兩根根本軌，是引導(dǎo)機車車輛轉(zhuǎn)線的局部。 連接局部：包括兩根直軌和兩根導(dǎo)曲線軌。它是將轉(zhuǎn)轍器和翼軌聯(lián)結(jié)起來的局部。 轍叉及護軌：轍叉設(shè)在兩條鋼軌的交叉處，其作用是使運行在一條鋼軌上的列車車輪的輪緣能越過另一條鋼軌。1.單開道岔各組成局部的功能6.1.2 單開道岔的轉(zhuǎn)轍器局部 1.轉(zhuǎn)轍器局部的功用與組成 功用：引導(dǎo)機車車輛的行駛方向。 組成：兩根根本軌、兩根尖軌、各種聯(lián)結(jié)零件、道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備。圖1-37 單開道岔的轉(zhuǎn)轍器局部 2.根本軌圖1-37中圖示B 根本軌是用12.5米或25米標(biāo)準(zhǔn)軌經(jīng)過適當(dāng)加工制成。主線根本軌為直線。側(cè)線根本軌為折線或曲線型圖1-37

14、 單開道岔的轉(zhuǎn)轍器局部 3.尖軌圖1-37中圖示A 尖軌是轉(zhuǎn)轍器局部最重要的組成部件。通過轉(zhuǎn)轍機械的作用，兩根尖軌往復(fù)擺動，從而引導(dǎo)機車車輛進入主線或側(cè)線行駛。6.1.3 轍叉與護軌局部 轍叉與護軌局部由主軌、護軌、翼軌、岔心四個部件構(gòu)成。其中，翼軌和岔心是轍叉的主要構(gòu)成局部。見圖1-38圖1-38 轍叉與護軌局部組成示意圖轍叉構(gòu)造及根本術(shù)語 從兩翼軌最窄處到轍叉心實際尖端之間，存在著一段軌線中斷的空隙，叫做轍叉的有害空間。當(dāng)機車車輛通過轍叉有害空間時，輪緣有走錯轍叉槽而引起脫軌的可能，因此，必須設(shè)置護軌，對車輪的運行方向?qū)嵭袕娭菩缘囊龑?dǎo)。 2.護軌 正確地引導(dǎo)機車車輛輪對的走向，防止其撞擊轍

15、叉叉心，使列車平順、平安地通過有害空間。見圖1-39圖1-39 道岔護軌 可動心軌轍叉的心軌與尖軌同時扳動如圖，心軌尖端總是同一根翼軌密貼而同另一根翼軌別離，這樣就不存在有害空間。使行車平穩(wěn)而平安，消除了列車直向過岔速度的限制?？蓜有能壋凡?.活動心軌轍叉6.2 其他類型道岔與交叉設(shè)備 除了單開道岔以外，還有對稱雙開道岔、三開道岔、交分道岔和菱形交叉。 雙開道岔的特點是同道岔相銜接的兩條線路各自向兩側(cè)分岔；它的優(yōu)點是與單開道岔相比： 轍叉號碼相同時，其導(dǎo)曲線半徑較大；轍叉號碼相同時，其道岔全長較短。 由于對稱道岔的這些優(yōu)點，常被使用在駝峰編組場的頭部或尾部，即工業(yè)企業(yè) 的廠內(nèi)線，組織不停車會車

16、的雙線插入段。 雙開道岔 1.單式對稱道岔 又稱為對稱道岔，是單開道岔的一種特殊形式。整個道岔對稱于主線的中線或轍叉角的中分線，列車通過時無直向及側(cè)向之分。圖1-41 單式對稱道岔(重慶站) 三開道岔的特點是同道岔相銜接的有三條線路，每副三開道岔都 有四根尖軌。 優(yōu)點：長度較短； 缺點：尖軌削弱較多，轉(zhuǎn)轍器使用壽命短；兩普通轍叉在主線內(nèi)方無法設(shè)置護軌，機車車輛沿主線不 能高速運行。雙開、三開道岔 2.三開道岔 3.交分道岔 交分道岔有單式、復(fù)式之分。 復(fù)式交分道岔相當(dāng)于兩組對向鋪設(shè)的單開道岔，實現(xiàn)不平行股道的交叉。 交分道岔具有道岔長度短，開通進路多以及兩個主要行車方向均為直線等優(yōu)點。 圖1-

17、42 交分道岔 將一個單開道岔納入另一個單開道岔內(nèi)，就成為交分道岔。它代替了兩個單開道岔的作用，且占地長度較短，特別是連接幾條平行線路時，比單開道岔連接的長度縮短更為顯著。 一組交分道岔存在四個“有害空間，正線上由于列車運行速度較高，使用交分道岔其平安性就較差，也不好養(yǎng)護，故盡量不用。為消除“有害空間可采用活動心軌鈍角轍叉的交分道岔。交分道岔 三開道岔和交分道岔的共同特點是將一個道岔套到另一個道岔內(nèi)，既減少用地，又起到兩幅道岔的作用，故這類道岔稱為復(fù)式道岔，而單開道岔和雙開道岔，那么稱為單式道岔。 除了各種道岔外，在線路上還有一種交叉設(shè)備。常用的菱有兩個銳角轍叉和兩個鈍角撤叉。但交叉沒有轉(zhuǎn)轍器

18、，所以它和道岔不同，機車車輛只能在原來的線路上通過交叉后繼續(xù)前進，而不能轉(zhuǎn)線。菱形交叉6.3 過岔速度及提高過岔速度的措施 列車在通過道岔時的過岔速度，是控制列車行車速度的重要因素之一。列車的過岔速度，包括側(cè)向通過速度和直向通過速度。6.3.1 側(cè)向通過速度 對于單開道岔而言，側(cè)向過岔速度包括轉(zhuǎn)轍器、導(dǎo)曲線、轍叉、岔后連接線路這四局部的通過速度。 長期的實踐說明，側(cè)向過岔速度主要由轉(zhuǎn)轍器部位和導(dǎo)曲線部位的通過速度決定。1-43 單開道岔組成局部示意圖 1.影響側(cè)向過岔速度的因素 導(dǎo)曲線沒有設(shè)置超高和緩和曲線，且半徑較小，列車未被平衡的離心加速度大。 什么是超高？ 列車通過曲線時，需要提供向心力

19、F保證列車受力根本均衡?？赏ㄟ^設(shè)置外軌道超高來提供向心力F，平衡列車受力。道岔的導(dǎo)曲線局部沒有設(shè)置超高，因此導(dǎo)致列車未被平衡的離心力大，影響列車側(cè)向過岔速度。圖1 向心力圖2 外軌超高提供向心力 2.根本參數(shù)確實定 目前，在道岔設(shè)計中，采用三個參數(shù)： 1動能損失 2未被平衡的離心加速度 3未被平衡的離心加速度增量 3.提高側(cè)向過岔速度的途徑 1增大導(dǎo)曲線半徑、減小車輪對道岔各部位的沖擊角。 2加強道岔結(jié)構(gòu)。6.3.2 直向過岔速度1.影響直向過岔速度的因素 1道岔平面沖擊角的影響。 2道岔平面幾何不平順的影響。 2.直向過岔速度的范圍 根據(jù)我國運營實踐并結(jié)合一定的理論分析，依據(jù)道岔的結(jié)構(gòu)狀況，

20、直向過岔速度限制為同等級區(qū)間線路容許速度的80%90%。 3.提高直向過岔速度的途徑 1使用可動心軌，消滅有害空間； 2采用長護軌，減小沖擊角； 3使用彈性跟端，提高道岔彈性； 4采用特種斷面的鋼軌； 5增設(shè)軌底坡； 6保證軌距1435mm均勻； 7提高軌道技術(shù)含量，采用無縫線路； 8采用新型軌下根底。6.3.3 道岔號數(shù)及列車過岔速度 道岔因其轍叉角的不同，有不同的道岔號N，道岔號數(shù)說明了道岔各局部的主要尺寸。對于道岔號我們習(xí)慣用轍叉角的余切值來表示，如上圖，即：式中： N道岔號數(shù) FE撤叉根端長 AE撤叉跟端支距 現(xiàn)場檢測道岔號數(shù)的最簡單方法是用腳量法，即先在轍叉心軌頂面上找出一腳長的寬度

21、處，然后由此向前量至轍叉理論尖端處是幾腳，就是幾號道岔。道岔號測量法 道岔是線路提高速度的主要控制因素之一。列車通過道岔的速度分為直向過岔速度與側(cè)向過岔速度兩種。 轍叉角越小，N值越大，導(dǎo)曲線半徑也就越大，側(cè)線過岔速度越高。 目前我國鐵路上大多使用9、12、18號三個型號道岔，它們所允許的側(cè)向通過速度分別為30、45、80公里/小時。常用道岔有關(guān)尺寸及側(cè)向允許速度6.4 軌道的幾何形位 軌道幾何形位是指軌道各局部的幾何形狀、相對位置和根本尺寸。從軌道橫斷面上來看，軌道的幾何形位包括軌距、水平、外軌超高和軌底坡。軌道的兩股鋼軌之間應(yīng)保持一定的距離，為保證機車車輛順利通過小半徑曲線，曲線軌距應(yīng)考慮

22、加寬。兩股鋼軌的頂面應(yīng)置于同一水平差。從軌道的縱斷面上看，軌道的幾何形位包括軌道的前后上下。鋼軌頂面在縱向上應(yīng)保持一定的平順度，為行車平穩(wěn)創(chuàng)造條件。6.4.1 直線局部的軌距和水平1.軌距 兩根鋼軌軌頭內(nèi)側(cè)之間的距離稱為軌距。我國規(guī)定，軌距應(yīng)在鋼軌頭部內(nèi)側(cè)頂面下16mm處測量。我國鐵路主要采用1435mm的標(biāo)準(zhǔn)軌距,世界各國鐵路也普遍采用1435mm的軌距。軌距寬于1435mm的稱為寬軌鐵路，如俄羅斯采用1524mm的寬軌鐵路 。軌距窄于1435mm的稱為窄軌鐵路。我國云南省尚有從昆明至河口的1000mm的窄軌鐵路。在機車車輛不斷運行的情況下, 軌距可能產(chǎn)生一定的誤差，我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)軌距的誤差寬

23、不得超過6mm，窄不得超過2mm。 軌距應(yīng)大于輪對寬度(輪對的兩輪緣外側(cè)距)。輪對的輪緣與鋼軌之間應(yīng)留有一定的活動間隙，稱為游間。 軌距 輪對寬度 活動量式中，S為軌距(mm)；q為輪對寬度(mm) 輪對與鋼軌的相互位置 軌距示意圖 鋼軌與輪緣間留有游間是為了輪緣能在兩根鋼軌間自由滾動，而不會被卡住，并減少輪軌磨耗和運行阻力。但游間過大又會增加車輛運行時的橫向擺動，即車輛蛇行運動幅度。我國規(guī)定游間正常值為14 mm，最小值為9 mm，最大值為47 mm。 2.水平 在線路同一斷面處左右兩股鋼軌頂面的高度差，簡稱“水平。 軌距和水平均用道尺來測量。通常每6.25m檢查一處，即每節(jié)12.5m鋼軌的

24、接頭及中間各檢查一處。 直線地段兩股鋼軌的頂面應(yīng)保持在同一水平，高差不允許超過4mm。 3.軌底坡 在直線上鋼軌不是豎直鋪設(shè)，而要向內(nèi)傾斜1:40的坡度，稱為軌底坡。軌底坡的設(shè)置是利用鋼軌墊板做成1:40的坡度，鋼軌安置在墊板上而形成內(nèi)傾度。設(shè)置軌底坡的目的是為了鋼軌能適應(yīng)車輛的圓錐形踏面(車輪踏面接觸軌頭的主要局部為1:20的圓錐面) ， 使車輪壓力集中于鋼軌中軸線，減少軌頭偏心磨耗。 6.4.2 曲線局部的軌距和水平 1.軌距加寬鐵路車輛的輪對固定于轉(zhuǎn)向架上，車輛在曲線上運行時，轉(zhuǎn)向架對于車體可以轉(zhuǎn)動，而轉(zhuǎn)向架上的車軸是平行的不能作相互轉(zhuǎn)動，其最外兩根車軸之間的距離稱為固定軸距。二軸轉(zhuǎn)向架

25、在曲線上運行時，通常是前一輪對的外輪緣緊靠外軌，假設(shè)其后一輪對內(nèi)輪緣也 正好與內(nèi)軌接觸, 此時要求的軌距是: Sgmax+ f 說明：f是以2倍的固定軸距作為弦在外軌圓上的外矢距。 軌距加寬原因示意圖2.外軌超高 列車在曲線上運行時，由于離心力的作用使曲線外軌受到較大的壓力，因而造成外軌比內(nèi)軌磨耗大，出現(xiàn)兩根鋼軌磨耗不均勻的現(xiàn)象。同時，旅客受到離心力的作用也感到不舒適，如果離心力過大還可能導(dǎo)致列車傾覆。因此，為了消除這些不良影響，通常是將曲線上的外軌抬高，使機車車輛向內(nèi)傾斜，以抵消離心力的作用。外軌比內(nèi)軌高出的局部稱為超高。 超高的程度，應(yīng)使超高后機車車輛的重力Qg與離心力f的合力正好作用于兩

26、根鋼軌中心距離S的中點。 這樣，兩根鋼軌的受力又相等了。 外 軌 超 高 原 理 圖 曲線外軌超高量h，通常用下式計算：mm ?鐵路技術(shù)管理規(guī)程?規(guī)定，外軌超高的最大值單線不得超過125mm，復(fù)線地段不得超過150 mm。外軌超高原理圖 6.3.5 限 界 為了確保機車車輛在鐵路線路上運行的平安，防止機車車輛撞擊鄰近線路的建筑物和設(shè)備，而對機車車輛和接近線路的建筑物、設(shè)備所規(guī)定的不允許超越的輪廓尺寸線，稱為限界。鐵路根本限界可分為機車車輛限界和建筑接近限界兩種。 機車車輛限界是機車車輛橫斷面的最大極限，它規(guī)定了機車車輛不同部位的寬度、高度的最大尺寸和底部零件至軌面的最小距離。機車車輛的任何部位

27、，在任何情況下除特殊情況都不得超出機車車輛限界規(guī)定的尺寸。機車車輛限界是和橋梁、隧道等限界起相互制約作用的，當(dāng)機車車輛在滿載狀態(tài)下運行時，也不會因產(chǎn)生搖晃、偏移等現(xiàn)象而與橋梁、隧道及線路上其他設(shè)備相接觸，以保證行車平安。 建筑接近限界是一個和線路中心線垂直的橫斷面，它規(guī)定了保證機車車輛平安通行所必需的橫斷面的最小尺寸。凡靠近鐵路線路的建筑物及設(shè)備，其任何局部和機車車輛有相互作用的設(shè)備除外都不得侵入限界之內(nèi)。 機車車輛限界及直線建筑物接近限界如以下圖所示。 機車車輛限界及直線建筑接近限界點擊圖片播放動畫 由圖可知，在機車車輛限界和直線建筑限界之間，留有一定的空隙，稱為平安空間。留有平安空間的目的

28、：一是為組織“超限貨物列車運行；二是為適應(yīng)運行中的列車橫向晃動偏移和豎向上下振動，防止與鄰近的建筑物或設(shè)備發(fā)生碰撞。 當(dāng)貨物裝車后，貨物任何局部的高度和寬度超過機車車輛限界，稱為超限貨物。按貨物超限的程度，分為一級超限、二級超限、超級超限三個級別。 列車運行在曲線上時，由于車體中心線與軌道中心線不吻合，兩轉(zhuǎn)向架中心銷之間的車體中心線向曲線內(nèi)側(cè)偏移，車體縱向兩端向軌道外側(cè)突出，車體與建筑限界之間的平安空間減小，同時由于曲線地段的外軌超高使車體向曲線內(nèi)傾斜，也使車體與建筑限界之間的平安空間減小。為保證列車在曲線上的運行平安，曲線地段建筑限界應(yīng)在直線建筑限界的根底上適當(dāng)加寬。 4800mm：機車車輛

29、的中部最大高度，限界規(guī)定為4800毫米 ，因此機車車輛頂部的任何裝置，如高煙囪、放置防火罩或天窗的開度等，均應(yīng)保持在4800毫米以內(nèi)，防止機車車輛頂部與橋梁、隧道上部相撞。 3400mm：機車車輛在鋼軌水平面上部1250至3600毫米范圍內(nèi) ，其寬度規(guī)定為3400毫米，但為了安裝路簽受機及懸掛列車側(cè)燈，允許左右各加寬100毫米。 1250mm：在鋼軌水平面上1250毫米高度以下，機車車輛寬度應(yīng)逐漸縮減，因為在這個范圍內(nèi)，建筑物和設(shè)備較多，如站臺、道岔轉(zhuǎn)轍器、電氣裝置等，為防止與這些設(shè)備接觸，所以規(guī)定不同的限界要求。機車車輛限界局部尺寸說明： 2440：信號機、水鶴、跨線橋柱、雨棚、天橋距正線及

30、通行超限列車的站線距線路中心的最小距離。 2150：信號機、水鶴距不通行超限貨物列車的站線距線路中心的距離。 5500：直線建筑接近限界的最大高度。 6500：在電力機車牽引的線路上，建筑接近限界的最大高度為6550毫米，困難時可6200毫米。這是考慮到線路上空有輸電接觸網(wǎng)。直線建筑接近限界局部尺寸說明：二、無砟軌道 1 概 述 1.1 無砟軌道與有砟軌道的比較 1.有砟軌道 優(yōu)點：具有彈性減振、排水及方便維理養(yǎng)護等特點，鋪設(shè)方便、造價低、容易維修等優(yōu)點，是各國普通鐵路軌道的主要結(jié)構(gòu)型式。 缺點：隨著行車速度的提高，軌道的振動效應(yīng)增強，道床剩余變形積累顯著。尤其高速時，更表現(xiàn)為： 1維修工作量

31、增長顯著，軌道不平順(不均勻變形)增長較快，高速列車的舒適和平安性顯著降低； 2列車高速運行時，風(fēng)荷載影響顯著； 3維修不便(長大隧道及城市地鐵) 優(yōu)點： 1良好的軌道穩(wěn)定性、連續(xù)性和平順性； 2良好的結(jié)構(gòu)耐久性和少維修性能； 3工務(wù)養(yǎng)護、維修設(shè)施減少； 4免除高速行車條件下有碴軌道的道碴飛濺； 5可減輕橋梁二期恒載，降低隧道凈空； 6減少客運專線對優(yōu)質(zhì)特級道碴的需求?？蛯＜案咚僖螅焊咂巾樞浴⒏叻€(wěn)定性、少維修。2. 無砟軌道 缺點：1無碴軌道彈性較差；2建設(shè)期總投資相對較大(下部根底與軌道局部)； 3一旦根底變形下沉，修復(fù)困難； 4對地震和環(huán)境的適應(yīng)性差。2.1.2 無砟軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計的原那么

32、1應(yīng)有足夠的強度，支點彈性良好且均勻；2結(jié)構(gòu)簡單，施工方便； 3良好的電絕緣性能； 4易于調(diào)整軌道的幾何形位。1.2 無砟軌道類型1.整體道床 支承塊式整體道床、整體澆注式整體道床及彈性整體道床等；2.彈性支承塊 短軌枕式和長軌枕式；3.長枕埋入式 普通鋼筋長枕埋入式和預(yù)應(yīng)力鋼筋長枕埋入式；4.雙塊式軌枕 Rheda2000武廣客專和ZBLIN鄭西客專；5.板式軌道 普通鋼筋混凝土板式軌道、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板式軌道日本板式A型板、框架板式、博格板式、防振板式軌道和浮置板軌道等。 2 板式軌道2.1 無砟軌道結(jié)構(gòu)構(gòu)成及要求無砟軌道按結(jié)構(gòu)形式可分為整體結(jié)構(gòu)式和直接支承式。整體結(jié)構(gòu)式直接支承式現(xiàn)澆混

33、凝土式預(yù)制板式軌枕或支承塊雷達(Rheda)博格板式ATD旭普林(Zblin) 日本板式GETRACHEITKAMPRTD彈性支承塊(LVT)SATOPACT梯子形WALTER表2.1 無砟軌道結(jié)構(gòu)分類 通常情況下，路基上無砟軌道一般由根底防凍層、支承層、承載層、排水系統(tǒng)、軌道扣件系統(tǒng)以及其他附屬設(shè)施共同構(gòu)成。橋梁和隧道中的無砟軌道直接在結(jié)構(gòu)的混凝土層上鋪設(shè)。 根底變形要求：1長大隧道、特大橋上及地鐵等具有堅實根底的地段得到應(yīng)用； 2土質(zhì)路基根底經(jīng)處理后滿足要求時可鋪設(shè)，如日本和德國。 減振降噪要求：采用防振板式軌道和浮置板軌道。2.2 日本板式軌道 板式軌道是在現(xiàn)澆混凝土根底上以乳化瀝青砂漿

34、CA砂漿層支承預(yù)制軌道板的無碴軌道結(jié)構(gòu)型式。日本國鐵板式軌道研究會制定了板式軌道須滿足的四個根本條件：建筑費在普通有碴軌道的兩倍以內(nèi)；具有與普通有碴軌道同樣的彈性和足夠的強度；施工方法比較簡便，鋪板施工日進度能到達200m以上；一旦軌道出現(xiàn)病害，可以進行修整。日本無碴軌道始終以板式軌道為主，有較為成功的研發(fā)及應(yīng)用經(jīng)驗，除隧道內(nèi)、橋上等堅實根底上，路基上也使用了板式軌道。圖2-1 A型板式軌道結(jié)構(gòu)圖1.軌道板是把來自鋼軌和扣件的輪載均勻地傳遞給CA砂漿墊層，并把軌道縱向荷載和橫向荷載傳遞給混凝土凸形擋臺的板式結(jié)構(gòu)。 結(jié)構(gòu)設(shè)計處理：CA砂漿層作為彈性墊層，鋼軌和軌道板作為彈性支承的疊合梁；或鋼軌作

35、為梁，軌道板作為平板單元。軌道板外形：承軌槽式隧道內(nèi)直線地段和鐵墊板式(高架結(jié)構(gòu)或曲線地段。軌道板尺寸約為4950mm2340mm200mm，板厚為160mm。采用C50級混凝土，板內(nèi)雙層雙向配置局部預(yù)應(yīng)力鋼筋。板上預(yù)留CA砂漿注入孔，將板定位后，從注入孔注入CA砂漿。2. CA砂漿層即在軌道板與混凝土基床間填充的乳化瀝青水泥砂漿墊層。厚度：一般在4050mm。作用為軌道提供適當(dāng)?shù)膹椥?；填充軌道板與基床間的縫隙，調(diào)整施工中誤差；運營期間，可采用補灌砂漿法調(diào)整根底不均勻沉降。原料組成：水泥、瀝青乳劑、細(xì)砂、膨脹劑和速凝劑。3.混凝土凸形擋臺即設(shè)置在軌道板兩端的中間，與基床灌注成整體的圓柱形凸出擋

36、塊。通常尺寸400mm直徑200mm高。作用傳遞縱橫向荷載給基床，固定軌道板的位置；作為軌道板鋪設(shè)和整正的基準(zhǔn)點。4.混凝土基床亦稱底座即現(xiàn)場就地灌注而成的根底梁或板。通常采用C30鋼筋混凝土。作用改善根底條件；設(shè)置和調(diào)整曲線超高。2.3我國板式軌道1.秦沈客運專線板式無碴軌道軌道由60kg/m鋼軌、WJ2型扣件、預(yù)制軌道板、CA砂漿層、鋼筋混凝土底座組成。用于24m梁跨內(nèi)，每線布置5塊軌道板。根據(jù)使用要求的不同，軌道板分為A、B、C三種類型，A型板長度4.930m，B和C型板長度4.765m，寬度2.4m，厚度190mm。其中，A型板用于梁跨中部，B型板用于梁跨兩端，C型板用于過渡段。底座為

37、250mm厚的C40鋼筋混凝土，雙層雙向配筋，通過梁體預(yù)埋鋼筋與梁聯(lián)為一體。底座上設(shè)圓柱形凸形擋臺，半徑250mm，高度250mm。底座沿線路方向上每隔5m設(shè)一構(gòu)造伸縮縫，寬度2cm，用瀝青板填充。底座與軌道板之間設(shè)厚度為50mm的CA砂漿調(diào)整層。圖 2-9-1 秦沈客運專線板式無碴軌道橫斷面圖圖 2-9-2 秦沈客運專線板式無碴軌道平面與側(cè)剖面圖2.CRTS型板式軌道結(jié)構(gòu)CRTS型板式無碴軌道包括平板型、框架型和減振型，適用于橋上、隧道內(nèi)和路基區(qū)段，主要由單元軌道板、CAM層、限位凸形擋臺及底座等組成。 圖 2-10 CRTS型板式無碴軌道橫斷面圖圖 2-11 CRTS型平板式無砟軌道圖 2

38、-12 CRTS型框架板式無砟軌道圖 2-13 非隧道區(qū)間內(nèi)的防震型軌道板軌道部件技術(shù)參數(shù) 鋼軌 U71Mn60kg/m，無孔熱軋新軌，定尺長100m，焊接成無縫線路；抗拉強度b=880MPa，屈服強度s =457MPa。 扣件 WJ-7B型，軌下膠墊靜剛度20-30kN/mm；調(diào)距量12mm，調(diào)高量30mm。 軌道板 C60級后張法雙層雙向預(yù)應(yīng)力混凝土平板。采用預(yù)應(yīng)力鋼棒、環(huán)氧樹脂涂層鋼筋、HRB335、HPB235 鋼筋和低碳冷拔鋼絲。設(shè)計荷載，軌道縱向，軌道橫向。分標(biāo)準(zhǔn)板和異型板，每塊板重約6t。CAM調(diào)整層 功能是填充、調(diào)整、承力、傳力。將制備的水泥瀝青砂漿注入砂漿袋成型，標(biāo)準(zhǔn)厚度50

39、mm；彈性模量100-300MPa；抗壓強度1.8MPa。 鋼筋混凝土底座 強度等級C40。鋼筋用HRB335、HPB235，不做絕緣處理。分別構(gòu)筑在路基基床表層、橋面和隧道底板上。為防止混凝土因干縮、溫縮產(chǎn)生裂縫底座應(yīng)分段澆筑。分段長度路基上是每隔4塊軌道板、橋上是每塊板之間、隧道內(nèi)是每隔2塊板設(shè)置一處寬為20mm的伸縮縫。功能是承載和設(shè)置外軌超高。 凸形擋臺 用C40級混凝土與底座整體灌注，鋼筋用HRB335、HPB235，不做絕緣處理。功能是限制軌道板移位，并作基準(zhǔn)測標(biāo)。基礎(chǔ)軌道結(jié)構(gòu)組成部件鋼軌扣件WJ-7充填式墊板軌道板CAM層底座結(jié)構(gòu)高度路基17637419050300757橋梁17

40、637419050200657隧道有仰拱17637419050200657無仰拱17637419050358815表2-2 軌道結(jié)構(gòu)高度mm3. CRTS II 型板式軌道結(jié)構(gòu)目前主要用在橋上，由縱連軌道板、CAM層、底座及其下設(shè)滑動層等組成。圖 2-14 CRTS 型板式無碴軌道橫斷面圖圖 2-15 CRTS 型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)詳圖 軌道部件技術(shù)參數(shù)與功用 扣件 擋肩型Vossloh300彈條式，調(diào)整范圍：上下+26mm，-4mm；軌距5mm。彈性墊板靜剛度C靜=22.52.5kN/mm，動剛度C動40kN/mm。 軌道板 混凝土強度等級C50，橫向預(yù)應(yīng)力，縱向無預(yù)應(yīng)力；板與板之間通過寬接縫

41、處伸出的縱向鋼筋連接傳遞縱向力。 CAM 調(diào)整層 標(biāo)準(zhǔn)厚度30mm。 鋼筋混凝土底座 強度等級C30，寬度2950mm，厚度200mm。軌枕埋入式彈性軌道是將木枕、鋼筋混凝土軌枕或其他形式的軌枕埋入現(xiàn)澆的鋼筋混凝土軌道板中形成的軌道結(jié)構(gòu)。3.1 德國鐵路的無砟軌道 為適應(yīng)高速行車的需要，德國一直致力于無碴軌道的研發(fā)與試鋪。初期的板式：1959年，隧道內(nèi)首次試鋪，1967年，厄爾達車站及班堡福爾海區(qū)間等地鋪設(shè)了多處板式。中期的長枕埋入式：1972年在拉達車站上試鋪了雷達型長枕埋入式無碴軌道，該型無碴軌道維修量小、運營效果良好，被確定為以后開展的主型軌道。雷達軌道經(jīng)過數(shù)次結(jié)構(gòu)上的修改與完善，完善為

42、適合于隧道內(nèi)、橋上及土質(zhì)路基上的各種雷達軌道系列。 3 軌枕埋入式無砟軌道雙塊式無砟軌道：開展至雷達HST和雷達2000型的雙頭軌枕，并以雷達2000型軌道作為主型無碴軌道。意見的柏林-漢諾威和法蘭克福-科隆兩條高速鐵路上鋪設(shè)無碴軌道的長度分別為70%和100%。 3.2 我國埋入式無砟軌道軌道由鋼筋混凝土底座、防水隔離層、鋼筋混凝土道床板、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土軌枕、60kg/m鋼軌及WJ-2型扣件組成。1.秦沈客運專線沙河特大橋上的埋入式無砟軌道底座為40003100mm250mm的C40級現(xiàn)澆鋼筋混凝土。道床板為40003100mm300mm的C40級現(xiàn)澆鋼筋混凝土。道床板與底座間設(shè)厚度1.2

43、mm的防水卷材隔離層。隔離層下設(shè)12mm厚的橡膠墊層。底座通過梁體預(yù)埋連接鋼筋與梁體相連。道床板上設(shè)凸出方柱，限制道床板的縱橫向位移，確保其穩(wěn)定性。底座凹槽的側(cè)立面設(shè)置7mm厚的普通橡膠緩沖墊層。圖 2-26-1 秦沈線橋上長枕埋入式無碴軌道平面及側(cè)立面圖 圖 2-26-2 秦沈線橋上長枕埋入式無碴軌道橫斷面圖 圖 2-27 隧道及高架橋上長軌枕埋入式無砟軌道秦沈線橋上長枕埋入式無碴軌道 整體道床是在堅硬巖石根底、隧道抑拱及混凝土橋面上，布設(shè)道床內(nèi)的鋼筋網(wǎng)，將鋼軌、扣件連同預(yù)制支承塊定位后，現(xiàn)場澆筑混凝土道床的軌道結(jié)構(gòu)。多用于普通鐵路和地鐵。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、整體性好、施工方便等。缺點：根底要求

44、較高，軌道彈性和上下、水平調(diào)整只能依靠扣件完成，且病害難以整治和修復(fù)等。分類：依據(jù)支承塊的不同 混凝土支承塊式、 短木枕式和無支承塊式 4 整體道床軌道4.1 混凝土支承塊式整體道床支承塊是鋼筋混凝土預(yù)制塊體，強度等級為C40-50，尺寸約為500mm200mm200mm梯形斷面，每塊約40-50kg。支承塊上的承軌槽根據(jù)所采用的扣件類型進行設(shè)計。為使支承塊與道床混凝土能緊密聯(lián)結(jié)，支承塊底面伸出鋼筋，塊底面呈人字坡狀?；炷恋来埠穸燃s為300-400mm，寬度約2.4m，每隔6.25m洞口或12.5m隧道中部設(shè)伸縮縫。道床一般采用C30級混凝土。道床內(nèi)鋼筋按構(gòu)造和工程經(jīng)驗布設(shè)，通常在道床底部按

45、220mm間距雙向布設(shè)14鋼筋或按200mm間距雙向布設(shè)10鋼筋，每公里用約22-24噸鋼筋。 圖 2-34 中心水溝支承塊式整體道床 根據(jù)排水溝設(shè)置的位置不同，支承塊式無砟軌道又可分為中心水溝式、單側(cè)溝式和雙側(cè)溝式。圖 2-35 堅實基巖隧道內(nèi)支承塊式整體道床 圖 2-36 隧道抑拱上支承塊式整體道床 4.2 其他結(jié)構(gòu)形式的整體道床1. 短木枕式整體道床中心水溝短木枕式整體道床是用短木枕代替鋼筋混凝土支承塊，如下圖。短木枕尺寸約為600160220mm。將短木枕埋在道床內(nèi)，設(shè)中心水溝。便于短木枕的更換，道床多為素混凝土。圖 2-37 短枕木式整體道床結(jié)構(gòu)2.無枕式整體道床亦稱整體灌注式軌道無枕式整體道床混凝土強度為C30，施工時不架設(shè)鋼軌，用施工機具把聯(lián)結(jié)扣件的玻璃鋼套管按設(shè)計位置預(yù)埋在道床內(nèi)，上面做成承軌臺，然后再安裝鋼軌和扣件。優(yōu)點是軌道全部為現(xiàn)澆混凝土，整體性強。缺點是施工繁瑣復(fù)雜，進度慢，承軌臺抹面精度不易保證。圖 2-38 無枕式整體道床結(jié)構(gòu)3.彈性整體道床在整體道床與結(jié)構(gòu)底座間鋪設(shè)一層30mm左右厚的彈性絕緣材料與塑料油膏混合物或橡膠瀝青混凝土，到達軌道減振效果軌道結(jié)構(gòu)形式。成都客站曾鋪設(shè)該種軌道，整體道床與底座間鋪設(shè)50mm厚的拆線廢舊輪胎制成的顆粒。 4.英國P