第二章直线与曲线轨道课件.ppt

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1、2022/11/26,1,轨道由直线轨道和曲线轨道组成。 要求：直线部分的轨道方向应保持笔直，曲线部分轨道应具有相应的圆顺度。 轨道几何形位：轨道各部分的几何形状、相对位置和基本尺寸要求等，称为轨道几何形位。 意义：轨道几何形位的正确与否，对机车车辆的安全运行、乘客的旅行舒适度以及设备的使用寿命和养护费用起着决定性的作用。,第二章 直线与曲线轨道,2022/11/26,2,第一节机车车辆走行部分构造特点及轮轨间相互作用,轮对侧架轴箱弹性悬挂装置制动装置,车辆转向架组成,一、机车车辆的走行部分构造特点,车辆的走行部分（转向架）组成,2022/11/26,3,轮对是机车车辆走行部分的重要部件，由一

2、根车轴和两个相同的车轮组成。 踏面：车轮和钢轨接触的面。,1、轮对,第一节机车车辆走行部分构造特点及轮轨间相互作用,2022/11/26,4,锥形踏面：母线是直线，由1：20和1：10两段斜坡组成，可减少横向力影响，增加行车平衡性，保证踏面磨耗较均匀。磨耗型踏面：曲线形，与钢轨顶面基本吻合，增大了轮轨接触面，减少应力、磨耗，改善通过曲线的转向性能。,踏面形式,(a) 机车轮踏面 (b) 车辆轮踏面,第一节机车车辆走行部分构造特点及轮轨间相互作用,2022/11/26,5,轮缘：指车轮踏面内侧制成的凸缘。 作用：保证车轮沿钢轨滚动时不致脱轨。车轮宽度：车轮内侧面与外侧面之间的距离。踏面测量线：通

3、过路面上距车轮内侧面一定距离的一点的水平线。轮缘高度：指由踏面测量线至轮缘顶点的距离。轮缘厚度：由测量线向下10mm处量得的轮缘厚度。轮对宽度q：指轮背内侧距离T加上2个轮缘厚度d。 q=T+2d,第一节机车车辆走行部分构造特点及轮轨间相互作用,2022/11/26,6,某型货车转向架,2、转向架 转向架是把两或两个以上的轮对用专门的构架组成一小车，每节车体支承在两个转向架上。,作用：承受车体重量，传递轮轴牵引力，并使各轴重均匀分配；使车辆顺利通过曲线；减振、传递牵引力和制动力，以提高列车牵引效率和保证列车在规定距离内停车。,第一节机车车辆走行部分构造特点及轮轨间相互作用,2022/11/26

4、,7,3、机车车辆轴距 全轴距：指同一车体最前位和最后位的车轴中心间水平距离。,第一节机车车辆走行部分构造特点及轮轨间相互作用,2022/11/26,8,固定轴距：同一车架或转向架上始终保持平行的最前位和最后位车轴中心间的水平距离。是控制机车车辆能否顺利通过小半径曲线的控制因素。 车辆定距：车辆前后两走行部分上车体支承间的距离。,第一节机车车辆走行部分构造特点及轮轨间相互作用,2022/11/26,9,轮轨之间作用力,二、轮轨间相互作用 车轮与钢轨间的作用力主要包括竖向力、横向水平力和纵向水平力。 轨道越平顺，行车越平稳，车轮作用于轨道的破坏力也越小。,第一节机车车辆走行部分构造特点及轮轨间相

5、互作用,2022/11/26,10,1.竖向力 竖向力是指车轮的静轮载和动轮载增量，是轨道所受的主要荷载。 2.横向水平力 是指轨道平面上与轨道方向垂直的水平力。是钢轨侧面磨耗和列车脱轨事故的直接原因。 3.纵向水平力 纵向水平力是指沿轨道方向的水平力。是导致钢轨波形磨耗、轨道爬行等病害的直接原因。,第一节机车车辆走行部分构造特点及轮轨间相互作用,2022/11/26,11,轨道几何形位：轨道各部分的几何形状、相对位置和基本尺寸要求等，称为轨道几何形位。,轨距水平前后高低方向轨底坡,直线地段轨道几何形位要素,第二节 直线地段轨道几何形位及标准,2022/11/26,12,一、轨距,定义：钢轨顶

6、面下16mm范围内两股钢轨作用边之间的最小距离。,轨距测量方法：静态：道尺、轨检小车动态：轨道检查车 （俗称轨检车）,道尺,第二节 直线地段轨道几何形位及标准,2022/11/26,13,标准轨距：1435mm 轨距容许偏差见下表,轨距变化率：正线、到发线2， 站线、专用线3。,轨检小车,第二节 直线地段轨道几何形位及标准,2022/11/26,14,游间：当轮对的一个车轮轮缘紧贴一股钢轨 的作用边时，另一个车轮轮缘与另一股钢轨作用边间形成的间隙称游间。 游间,轮轨游间示意图,轮轨游间允许值如下表,第二节 直线地段轨道几何形位及标准,2022/11/26,15,二、水平,1、定义：线路左右两股

7、钢轨顶面的相对高差。 要求在直线上水平，曲线上保持一定超高。2、目的：保持列车平稳运行，两股钢轨受力均匀3、量测：道尺、轨道几何状态检测仪（轨检小车） 与轨检车4、水平不平顺规定：正线及到发线4mm误差 站线5mm 误差变化率：小于1,第二节 直线地段轨道几何形位及标准,2022/11/26,16,水平差：指在一段规定的距离内，一股钢轨的顶面始终比另一股高，且高差值超过容许偏差值。危害：车辆摇晃、两股钢轨不均匀受力，钢轨不均匀磨耗。,危害：引起车辆侧滚和侧摆，轮载变动，车辆倾覆脱轨，危及行车安全，必须立即消除。,三角坑（扭曲不平顺）：左右两股钢轨顶面相对于轨道平面发生的扭曲状态。,第二节 直线

8、地段轨道几何形位及标准,2022/11/26,17,三、前后高低,定义：指轨道沿线路方向的纵向平顺情况。 静态不平顺：因道床的累积变形、路基不均匀下沉、木枕腐朽、三角坑和弹性不均匀等原因，使轨面出现高低不平。 动态不平顺：轨面表面上看平顺，但在钢轨与铁垫板或轨枕之间存在间隙（间隙超过2mm时称为吊板），或轨枕与道砟之间有空隙（空隙超过2mm时称为空板或暗坑），或轨道的弹性不均匀，当列车通过时，轨面下沉形成不平顺，称动态不平顺。,第二节 直线地段轨道几何形位及标准,2022/11/26,18,危害：长不平顺使车轮对钢轨产生的附加动压力，降低旅客舒适度；短不平顺使车轮对钢轨产生振动冲击力。不平顺会

9、加速道床变形，进而扩大不平顺，并加剧轮轨动力作用，形成恶性循环。 测量：10m弦测量矢度（扣除竖曲线影响） 正线及到发线4mm 站线5mm不平顺,第二节 直线地段轨道几何形位及标准,2022/11/26,19,四、方向,1、定义：又称轨向，是指轨道中心线在水平面上的平顺性2、要求：直线应当顺直，曲线应当圆顺3、危害：引起列车蛇行，影响列车运行安全和平稳；在无缝线路地段可能引发胀轨跑道，威胁行车安全。4、测量：直线用l0m弦沿轨头内侧边测量正矢 正线及到发线4mm 站线5mm,第二节 直线地段轨道几何形位及标准,2022/11/26,20,五、轨底坡,1、定义：钢轨底面与轨枕顶面之间形成的横向坡

10、（内倾度）。2、作用： 车轮压力集中于钢轨中轴线上 减小荷载偏心矩，提高钢轨横向稳定性 降低轨腰弯曲应力，减轻轨头不均匀磨耗 避免轨头与轨腰连接处发生纵裂 减轻轨头不均匀磨耗，延长钢轨使用寿命,第二节 直线地段轨道几何形位及标准,2022/11/26,21,3、轨底坡设置方法： 理论上与踏面斜度相同1：20, 铁路实际采用1：40；城轨采用1：304、轨底坡大小判别： 根据轨顶面车轮碾磨形成的光带位置判定。 光带偏离轨顶中心向内：轨底坡不足 向外：轨底坡过大 居中：轨底坡合适,第二节 直线地段轨道几何形位及标准,2022/11/26,22,第三节 曲线地段轨道,机车车辆能改变方向沿曲线行驶的原

11、因：曲线外轨的引导作用。一、曲线轨距加宽 曲线轨距加宽的原因：为使机车车辆顺利通过曲线而不被楔住或挤开轨道，减小轮轨间横向作用力，减少轮轨磨耗，使转向架顺畅通过。 加宽方法：曲线内轨内移，外轨不动,2022/11/26,23,1、机车车辆转向架通过曲线内接方式,（1）斜接：转向架外侧最前位轮轮缘与外轨作用边接触，最后位内轮轮缘与内轨作用边接触。（2）自由内接：转向架外侧最前位轮轮缘与外轨作用边接触，其他车轮轮缘与钢轨无接触。,(a)斜接通过 (b)自由内接通过 (c)楔接通过,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,24,（3）楔形内接：转向架外侧最前位和最后位外侧轮轮缘同时与外轨作用边接

12、触，内侧中间车轮轮缘与内轨作用边接触。（4）正常强制内接：为避免车辆以楔形内接形式通过曲线，对楔形内接所需轨距增加最小游间的一半min/2。,列车通过曲线时，大部分处于自由内接通过状态,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,25,2、曲线轨道轨距加宽确定加宽确定原则：（1）按占列车大多数的车辆以自由内接的方式通过曲线的条件来确定轨距；（2）按机车最大的固定轴距以正常强制内接顺利通过最小曲线半径的条件验算轨距；（3）车轮踏面在轨头上的覆盖量不小于300mm，以保证车轮不掉道；（4）为简化轨道铺设工作，加宽档数应尽可能少。,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,26,则轨距加宽值式中S

13、0为直线轨距1435mm。,1）根据车辆条件确定轨距加宽,两轴转向架自由内接,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,27,根据机车条件检算轨距加宽,2）根据机车条件检算轨距加宽,式中：,最大轮对宽度,前后两端车轴在外,轮处所形成的矢距,中间两内轮在内轨作用边上形成的矢距,直线轨道轮轨间的最小游间。,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,28,3）由安全条件确定曲线轨道的最大轨距 加宽后，必须确保行车安全，不致使机车车辆掉道，曲线轨道的最大轨距为1450mm。,曲线轨距加宽标准,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,29,二、曲线轨道外轨超高 外轨超高度指曲线外轨顶面与内轨顶面

14、水平高度之差。 作用：平衡离心力，使内外两股钢轨受力均匀，垂直磨耗均匀，满足旅客舒适感，提高线路的横向稳定性，保证行车安全。,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,30,1、外轨超高的确定,1）按基本平衡条件确定外轨超高 车体上的离心力,很小时有,得：,即： （mm）,注：式中v的单位为m/s,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,31,（1）新线设计确定超高 采用平均速度 并取列车速度的单位为km/h，得应设置超高：,（2）运营线超高确定 考虑速度和质量的加权平均速度,外轨超高按5mm的整倍数进行设置,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,32,未被平衡的超高,列车以速度V

15、（m/s）通过曲线时，要求设置的超高为 ，而实际设置的超高为,未被平衡的超高,为离心加速度与向心加速度之差，当,时，,，超高设置不足，称为欠超高,反之，当 时，存在多余的向心力，此时超高设置过大，称为过超高或余超高。,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,33,人体对未被平衡加速度（离心或向心）极为敏感，其容许范围为：一般： 特殊困难： 则未被平衡的超高应满足,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,34,我国铁路轨道设计规范规定曲线欠超高及欠超高与过超高之和的允许值如下表所示：,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,35,稳定系数定义,3）按安全条件确定曲线轨道外轨超高最大值

16、,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,36,偏心矩与未平衡超高的关系,最不利的情况是在曲线上临时停车，此时外轨超高全是过超高，即,我国铁路规定最大外轨超高为150mm。,因,，,所以,故,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,37,方法：外轨提高法和线路中心高度不变法 外轨提高法：是保持内轨标高不变而只抬高外轨的方法。 线路中心高度不变法：是内外轨分别各降低和抬高超高值一半而保证线路中心标高不变的方法。,2曲线轨道超高设置方法,曲线超高应在整个缓和曲线内顺完 。,顺坡坡度一般不应大于1/（10 ）,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,38,曲线是轨道的薄弱环节，通过曲线的

17、列车最高速度受到未被平衡的容许超高度h的限制,3、曲线轨道上最高行车速度,采用未被平衡超高度的容许值来限速，是保证行车安全的一项重要指标。,V取km/h,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,39,三、缓和曲线1、缓和曲线的作用及其几何特征缓和曲线：是在直线和圆曲线之间设置的一段曲率 半径逐渐变化的曲线。作用：为了使ZH和HZ点离心惯性力不致突然产生和 消失。,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,40,几何特征：缓和曲线是一条曲率 和超高都逐渐变化的 空间曲线。 1）坐标要求2）偏角要求3）曲率要求,2、缓和曲线几何形位的要求,ZH HY 始点 终点 之间要求 （0，0） （x0

18、，y0） 0 连续变化 0 1/R,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,41,4）超高要求（起终点间超高应以顺坡方式连续变化 ）,直线型超高顺坡 曲线型超高顺坡,直线型超高顺坡在ZH和HY点处，存在折角,曲线型超高顺坡在ZH和HY点处,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,42,在ZH和HY处钢轨对车体倾转的作用力不突然产生消失，要求：,5）车轴角加速度时变率,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,43,缓和曲线线型条件,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,44,1）满足坐标、偏角、曲率要求的缓和曲线线型,3、常用缓和曲线,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26

19、,45,2）坐标表示的缓和曲线方程,参数方程式：,上两式即放射螺旋线方程式（略去高次项即为三次抛物线）是我国常用缓和曲线方程式。,优点：铺设和养护维修较易，缓和曲线长度较短；缺点：直线形超高顺坡，始终点存在折角，影响行车平稳性,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,46,4、高次缓和曲线,满足表2-6中前四项或全部五项要求的缓和曲线通称为高次缓和曲线 ，可适应高速行车的需要。,几种高次缓和曲线,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,47,计算原则 1、按安全条件确定缓和曲线长度； 2、按舒适条件确定缓和曲线长度。 a、外轮升降速度的限制条件； b、加速度时变率的限制条件（高铁需计算

20、）。 计算结果取为10m整倍数，然后比较1、2结果,取大的一个作为缓和曲线的长度。,5、缓和曲线长度,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,48,1）按安全条件确定缓和曲线长度,直线型超高顺坡,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,49,曲线型超高顺坡：找坡度最大的点。,曲线型超高顺坡,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,50,a、外轨升高或降低速度限制（超高时变率）,注：h为圆曲线外轨超高，单位为米，l0结果取为10m的整倍数,2）按舒适条件确定缓和曲线长度,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,51,3）缓和曲线长度实际选用规定 铁路线路设计规范规定普通铁路缓和曲

21、线长度应根据曲线半径、路段旅客列车设计速度和工程条件确定，应优先采用表2-8规定的数值，但最小缓和曲线长度不得小于表2-9规定的数值。,b、加速度时变率的限制条件（高铁需计算）,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,52,我国的接头型式：相对悬空式接头,设置原因：曲线地段外股轨线比内股线长，为了使曲线上接头保持相对，需在内股轨线上铺入适量的厂制缩短轨。,容许接头相错量： 直线：不大于40mm 曲线：不大于40mm缩短轨缩短量的一半。,标准缩短轨缩短量： 比25m分别短40、80、160mm 比12.5m分别短40、80、120mm,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,53,1、选

22、配缩短轨类型 缩短轨长度公式： 根据计算结果参照下表选用缩短量小的缩短轨。,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,54,2、内轨缩短量计算,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,55,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,56,整个曲线上所需的缩短轨根数：,3、缩短轨的数量,为选用单根缩短轨的缩短量,为计算的曲线内轨总缩短量,N应按四舍五入取整，且不能大于外股轨线上铺设的标准轨根数N0，否则应改用缩短量更大的缩短轨。,式中,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,57,a、根据外轨标准轨长度，参照公式： L0（1S1/R) 按计算结果选用缩短量略小的缩短轨； b、查表2-

23、13，教材P63 其缩短量即为,1、选取缩短轨,2、计算总缩短量,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,58,3、计算内轨缩短轨根数N（结果取整）,4、计算外轨标准轨根数N0,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,59,方法：顺公里方向，从缓和曲线起点（ZH）开始，逐根配置。计算缩短量与实际缩短量比较接头相错量不大于缩短量的一半,4、配置缩短轨,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,60,表头如下：,步骤1：绘制表格,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,61,方法：顺里程方向依次编号1，2，3,步骤2：外轨标准轨接头编号,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,6

24、2,原则：分成三大段计算 1）第一缓和曲线（ZHHY） 2）圆曲线（HY YH ） 3）第二缓和曲线（YH HZ ）三段曲线累计内轨缩短量计算公式不同，详叙如下：,步骤3：计算各个接头处对应的内轨要求缩短量,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,63,第一缓和曲线段缩短量计算,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,64,圆曲线段,第三节 曲线地段轨道,2022/11/26,65,第二缓和曲线上任一接头处的内轨要求缩短量：为整个曲线内轨总缩短量减去第二缓和曲线段内该接头对应与第二缓和曲线终点之间的缩短量。,第二缓和曲线段,第二缓和曲线上任一钢轨接头至缓和曲线终点的曲线长度。,曲线内轨的总缩短量（m）；,第三节 曲线地段轨道,