铁路轨道结构课件.ppt
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1、铁路轨道结构,2023/3/18,轨道(图)是由钢轨(图)、轨枕(图)、道床、道岔(图)、联结零件(图)及防爬设备(图)组成。,一、轨道组成概述,1 概念及作用,1)组成,2)作用,引导机车车辆运行,直接承受由车轮传来的荷载,并把它传布给路基或桥隧建筑物。,2023/3/18,2 组成及作用1)钢轨 引导机车车辆前进,承受并传递车轮压力,兼做轨道电 路(电气化铁路或自动闭赛区间)。2)轨枕 轨枕承受钢轨的压力并传布于道床,有效地保持轨道的几何形位。3)联结零件 有效地保证钢轨与钢轨、钢轨与轨枕间的可靠联结,尽可能保持钢轨的连续性与整体性。阻止钢轨相对于轨枕的纵横向移动,确保轨距正常,并在机车车
2、辆的动力作用下,充分发挥缓冲减振性能,延缓线路残余变形的积累。,2023/3/18,4)防爬设备 有效地防止钢轨与轨枕之间发生纵向的相对移动,防止钢轨爬行。5)道床 轨枕基础,增加轨道的弹性和纵横向移动的阻力,并便于排水和校正轨道的平面和纵断面。6)道岔 使机车车辆从一股轨道转入或越过另一股轨道。,2023/3/18,1 类型 钢轨类型以每米大致质量kg数表示。我国主要有75、60、50、43共五种。应与正线轨道类型相区别,正线轨道类型有:特重型、重型、次重型、中型、轻型共五种。,二、钢轨(图),2023/3/18,2023/3/18,2023/3/18,钢轨断面,2023/3/18,轨头宜肥
3、而大,应具有和车轮踏面相适应的外形。轨腰应有足够的厚度和高度。轨底应有足够的宽度和厚度,并具有必要的刚度和抵抗锈蚀的能力。轨身高与轨底宽之间应有适当的比例,轨高与轨底宽之比一般为1.151.20。,2 断面设计原则,2023/3/18,有Fe、C、Mn、Si、P、S等元素。,3 材质及机械性能,1)钢轨钢的化学成分,2023/3/18,主要取决于钢轨的化学性能、物理力学性能、金属组织及热处理工艺。,2)机械性能,2023/3/18,重型化 随着高速、重载运输的要求,钢轨正向重型化发展,目前世界上最重型的钢轨已达到77.5kg/m,线路上逐步铺设75kg/m钢轨。,3)钢轨的发展趋势,2023/
4、3/18,强韧化 在轮载和温度力的作用下,钢轨产生复杂的变形:压缩、伸长、弯曲、扭转、压溃、磨耗等。为使列车能够安全、平稳和不间断地运行,钢轨必须保证在轮载和轨温变化作用下,应力和变形均不超过规定的限值。这就要求钢轨具有足够的强度、韧性和耐磨性能。,2023/3/18,纯净化(材质)淬火轨对材质纯净度的要求比普通钢轨更高,如果不提高钢轨的纯净度,钢轨重型化及强韧化的优势也不能更好地发挥,因此材质纯净化是重型化和强韧化的基础。例如钢轨中非金属夹杂、钢轨金属薄弱区的存在等,都是钢轨产生疲劳伤损的根源,以这些疲劳源为中心形成核伤,对行车安全构成威胁。,2023/3/18,钢轨重型化、强韧化和纯净化应
5、当有机地统一,才能获得最佳综合技术经济效益。,2023/3/18,标准轨长度:12.5、25、50m、100m。缩短轨 对应于12.5标准轨:12.46 m、12.42 m、12.38。对应于25标准轨:24.96 m、24.92 m、24.84。,4 钢轨长度、接头及轨缝,1)钢轨长度,2023/3/18,预留轨缝:铺轨施工时预留的轨缝称为预留轨缝。构造轨缝:指受钢轨、接头夹板及螺栓尺寸限制,在 构造上能实现的轨端最大缝隙值。,预留轨缝的计算,2)轨缝,普通线路预留轨缝计算公式,2023/3/18,12.5m 钢轨在任何地区都能铺设,25m 长钢轨的允许铺设地区应满足(冬天螺栓不受剪,夏天轨
6、缝不顶严),3)允许铺轨温度范围,2023/3/18,对于60kg/m钢轨以下的25m长的普通线路,ag=18mm,应当在(tZ30)(tZ30)范围内铺设或调整轨缝。,对于25m 钢轨,T101.7。允许铺轨上下限:,2023/3/18,1)钢轨磨耗种类 侧面磨耗 钢轨超常的侧面磨耗遍及全路各主要干线。京沪线泰安段,京广线广水段、韶关段,陇海线三门峡段等,铺设在曲线上股的新轨少则10个月,多则1521个月,就因磨耗超限而被迫更换,其它干线上钢轨侧磨的现象也很,特别是运煤干线,磨耗速率更大。不少工务段迫于维修轨不足,往往采取调边使用的措施以解燃煤之急。,5 钢轨磨耗与伤损,2023/3/18,
7、减少侧磨的途径:采用耐磨轨,如高硅轨,淬火轨等。加强曲线养护,设置合理超高、轨距,保持良好的轨底坡和方向,增加线路的弹性。减少15的曲线超高量、轨距减少2mm、把曲线里股轨底坡调成1/20,外轨仍保持1/40等调整线路参数措施都可减缓曲线钢轨磨耗。但这些措施须与保持曲线圆顺和加强轨道维修配合进行,方能起到应有的作用。iii)曲线涂油。包括车上涂油和地面涂油两种。,2023/3/18,a 轮轨适量润滑对减轻磨耗有明显效果,但轮轨润滑并不是万能的。它的效果只能通过采用优质钢轨才能充分发挥,即使在轮轨极好的润滑条件下,普通碳素轨也难以得到令人满意的效果,我国多年来坚持钢轨涂油工作但效果并不明显就充分
8、说明了这一点。b 轮轨具有一定的磨耗速率是正常现象,否则钢轨的疲劳伤损将成为突出矛盾。据日本铁路的研究,钢轨涂油后接触疲劳伤损剧增,容易发生钢轨剥离。应有控制地进行轮对润滑,即35d进行一次轮对润滑,然后15d不润滑,使钢轨磨耗量保持在1.5mm/亿t通过总重的水平。,试验表明:,2023/3/18,波浪形磨耗(实质上是波浪压溃),在主要运煤干线,波浪磨耗成为钢轨使用寿命的控制因素。以石太线为例,R300m的曲线上股钢轨,只铺用1012个月就因波磨而报废。,2023/3/18,一般是正常的。随着总重的增加而增大,在曲线上由于超高设置不当而引起。,垂直磨耗,2023/3/18,第一阶段:钢轨踏面
9、外形的变化第二阶段:轨头表面金属的破坏第一阶段:轨头接触疲劳的形成,2)钢轨接触疲劳伤损的形成过程,2023/3/18,轨头核伤是最危险的一种伤损形式,会在列车作用下突然断裂,严重影响行车安全。形成的内因:钢轨内部材质的缺陷。形成的外因:外部荷载的作用。,3)轨头核伤,2023/3/18,1)提高钢轨材质,防止出现气孔及夹碴等不良现象。钢轨只有向重型化、强韧化、纯净化发展,才是解决钢轨伤损问题的根本途径。2)改善线路质量,提高弹性,减少动力冲击。,4)减缓伤损措施,2023/3/18,轨枕可以按以下方法进行分类:1)按使用目的划分:普通轨枕、岔枕、桥枕2)按材料划分:木枕、混凝土枕、混凝土宽枕
10、3)按构造及铺设方法:横向轨枕、纵向轨枕、短枕,三、轨枕(图),1 类型,2023/3/18,1)优缺点,优点 富于弹性,便于加工、运输和维修,电绝缘性能好,与道碴间摩擦系数大。缺点 木材缺乏,价格贵,易腐朽,寿命短,不同种类轨枕弹性可能不一致。,2 木枕,2023/3/18,普通木枕标准长度2.5m。木岔枕2.6 4.8m,级差0.20m,2)长度,2023/3/18,防腐处理(防腐油与煤焦油混合的油剂,即混合油),防裂,防水。在木枕上铺设垫板,并预钻道钉孔。严格控制木枕的含水量。出现裂缝后立即采取补救措施。,3)延长木枕使用寿命的措施,2023/3/18,1)类型 按使用部位:普通混凝土枕
11、、混凝土岔枕、混凝土桥枕 按结构型式:整体式、组合式、半枕 按配筋方式:普通钢筋混凝土枕、预应力混凝土枕2)尺寸 长度:2.32.7 之间,、型枕均采用2.5m。,3 混凝土枕,2023/3/18,主要优点:纵、横向阻力较大,提高了线路的稳定性,可以满足铁路高速度、大运量小要求;铺设高弹性垫层可以保证有比较均匀的弹性;使用寿命长,可以降低铁路轨道每年的修理费用。,4 我国混凝土枕现状,2023/3/18,轨枕尺寸,2023/3/18,1)型轨枕(还有相当比例)缺点:使用条件与承载能力不相匹配、结构薄弱、养护维修不便。,2023/3/18,型混凝土枕的承载能力是按韶山型机车、轴重25t、最高速度
12、120km/h、铺设密度1840根/km设计的。包括1984年以后设计鉴定的S-2型(1998年3月1日停产)、J-2型、YII-F型、TKG-II型等,从1985年后开始大量铺设于各型轨道。采用疲劳可靠性进行设计。难以适应重型和特重型轨道的承载条件。为我国目前的主型轨枕,基本适用于次重型、重型轨道。,2)型轨枕与新型轨枕(较前者有所改进,质量大22kg),2023/3/18,YII轨枕,螺旋道钉孔,2023/3/18,螺旋道钉,2023/3/18,类型:分为无挡肩、有挡肩两种。较II型轨枕加宽了枕底宽度,支承面积增加17,端部面积增加20,对于提高道床的纵横向阻力和轨道稳定性十分有利。若以支
13、承面积计,1600根III型轨枕的底面积约与1840根II型枕相当。因此,加长和加宽的III型轨枕可以减少每千米的轨枕配置根数。,3)型轨枕(设计中采用III级荷载),主要特点:结构合理,强化了轨道结构。轨下和中间截面的设计承载能力较高。采用无螺栓扣件的扣压力能保持线路稳定。,2023/3/18,5.1 混凝土宽枕1)优点 使道床的应力大为减少。(支承面积比普通枕增加一倍)轨道结构得到加强。有利于铺设无缝线路。(重量大,阻力大)延长道床的清筛周期。(封闭)维修养护工作量少,适合于繁忙干线和车站。宽轨枕轨道整洁美观。,5 特种混凝土枕,2023/3/18,混凝土宽枕尺寸,2023/3/18,宽轨
14、枕铺设,2023/3/18,2)类型主要有弦76、筋76、弦82、筋82,2023/3/18,1)优点 提高了道岔的稳定性,轨距、水平、方向等几何尺寸容易保持,并消除了导曲线反超高及道岔爬行等病害,减少维修工作量约1/3。目前,全路铺设岔枕10000组,对强化道岔的结构,保证行车安全起到了积极的作用。,5.2 混凝土岔枕,2023/3/18,2)问题 混凝土岔枕比混凝土枕受力更复杂,在辙叉等特殊部位由于承受冲击力大,更容易发生裂纹;岔枕螺栓的固定方式是预埋尼龙套管,螺栓拧在套管中,在列车振动作用下容易松动,特别是尼龙套管容易积水,使螺栓锈蚀;扣件零配件型号繁多,通用性差。在管理工作中,混凝土岔
15、枕的供应是成组发运,以50kg/m钢轨12号单开道岔为例,每组岔枕共有26种长度、81种规格的有挡肩岔枕92根,当个别岔枕损坏后,很难配备更换,另外,随着运量的增加,轨型发生变化,而由于不同轨型的混凝土岔枕不能通用,致使混凝土岔枕大量拆除下道,不能充分发挥混凝土岔枕使用寿命长的作用。,2023/3/18,它就是在混凝土枕的混凝土中掺入一定量的钢纤维,以提高轨枕的抗冲击韧性和抗裂、抗拉、抗剪、抗弯、抗疲劳强度。其研制工作是铁科院铁建所和太原轨枕厂承担的,经过设计、试验、试制和试铺,取得了比较满意的结果。,5.3 钢纤维混凝土枕,2023/3/18,5.4 混凝土桥枕 混凝土桥枕枕中部分应保持浮碴
16、,既不能掏空,也不能进行捣固。,2023/3/18,1)每公里轨枕数(级差80根/km)木枕线路:1440 1920 根/公里 混凝土枕线路:1440 1840 根/公里,6 轨枕间距,2023/3/18,式中 L标准轨长,并考虑轨缝8mm;n 一节钢轨下轨枕的根数,由每公里铺设的 轨枕数换算过来;a中间轨枕间距;b过渡轨枕间距;c接头轨枕间距。,固定:50kg/m 及以上钢轨,木枕取440mm、混凝土枕取540mm。,2)轨枕布置(确定a、b、c),计算a:,注意:b应取最终计算值,假设值b=(a+c)/2不可使用。,2023/3/18,以上的计算结果不一定能够满足使用要求,还需要对a、b、
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