第2章轨道几何形位

西南交通大学1第二章轨道几何形位本章要点：•线路平纵断面要素•轮对及其尺寸•轨道病害与整治•曲线轨距加宽•曲线外轨超高•缓和曲线•曲线缩短轨轨道的几何形位：轨道各部分几何形状、相对位置和基本尺寸。西南交通大学2铁路在空间上的位置是由线路中心线在水平和垂直面上的投影所决定的。西南交通大学3§2.1线路的平面及纵断面铁路在空间上的位置是由线路中心线在水平和垂直面上的投影所决定的。线路平面图西南交通大学4§2.1线路的平面及纵断面铁路在空间上的位置是由线路中心线在水平和垂直面上的投影所决定的。车站平面图西南交通大学5线路中心线在水平面上的投影，叫做铁路线路的平面，表明线路的直、曲变化状态；线路中心线展直后在铅垂面上的投影，叫铁路线路的纵断面，表明线路的坡度变化。西南交通大学6§2.1线路的平面及纵断面一、线路平面线路平面要素直线曲线圆曲线缓和曲线线路中心线在水平面上的投影，叫做铁路线路的平面，表明线路的直、曲变化状态。一条理想的铁路线平面应尽可能取直。一般在平坦地带的铁路线以直线为主，只有在绕避障碍或趋向预定目标时，才采用曲线。西南交通大学7§2.1线路的平面及纵断面线路中心线在水平面上的投影，叫做铁路线路的平面，表明线路的直、曲变化状态。西南交通大学8平面要素：直线与曲线西南交通大学9§2.1线路的平面及纵断面一、线路平面线路平面要素直线曲线圆曲线缓和曲线曲线半径的大小是影响工程费和运营条件的基本因素，按照地形条件和设计行车速度的要求，规定最小半径。曲线的不利影响：曲线阻力、限制行车速度和加速轨道磨损；列车通过曲线时产生离心力,容易脱轨和加速轨道和车轮磨损。曲线地段加强：限制半径、曲线加宽、外轨超高、增设轨距拉杆等。西南交通大学10§2.1线路的平面及纵断面一、线路平面线路平面要素直线曲线圆曲线缓和曲线1.圆曲线1）圆曲线要素转角α半径R切线长T曲线长LZY：直圆点YZ：圆直点西南交通大学112RtgT180R360R2L(m)(m)2）我国规定：普速线路Rmax=4000mRmin=I、II级为800m困难条件450mIII级为600m困难条件350m西南交通大学122.缓和曲线指在直线与圆曲线，圆曲线与圆曲线之间设置的曲率连续变化的曲线。ZH：直缓点HY：缓圆点YH：圆缓点HZ：缓直点直线-缓和曲线-圆曲线-缓和曲线-直线西南交通大学132.缓和曲线指在直线与圆曲线，圆曲线与圆曲线之间设置的曲率连续变化的曲线。1）作用①减少列车由直线进入圆曲线的冲动；②减少列车由水平轨道变为倾斜轨道所引起的突然反应。2）长度要保证最少值25m-80m西南交通大学142.缓和曲线3）特点：在直缓点处R=∞在缓圆点处R=a西南交通大学15西南交通大学16二线路纵断面1.纵断面要素平道坡道上坡下坡线路中心线纵向展直后在铅锤面上的投影,叫线路纵断面。它表明线路的起伏变化情况,其高程成为路肩高程。为适应地面的起伏，线路上除了平道以外，还修成不同的坡道。因此平道与坡道就是线路纵断面的组成要素。西南交通大学17二线路纵断面1.纵断面要素平道+坡道线路中心线纵向展直后在铅锤面上的投影,叫线路纵断面。它表明线路的起伏变化情况,其高程成为路肩高程。为适应地面的起伏，线路上除了平道以外，还修成不同的坡道。因此平道与坡道就是线路纵断面的组成要素。西南交通大学18二线路纵断面2.坡度表示i‰=h/L3.几个概念1）变坡点：坡道与坡道或坡道与平道的交点2)坡段长度：坡道相邻变坡点之间的长度3）竖曲线：纵断面上用于连接两相邻坡道的圆曲线4）限制坡度：区间或牵引区段内限制列车牵引重量的坡度。hl西南交通大学19二线路纵断面坡段应尽量长些，以利行车平顺和减少变坡点。坡段长度不短于远期列车长度的一半。相邻坡段坡度代数差的绝对值不易过大。I、Ⅱ级铁路大于3‰，Ⅲ级铁路大于4‰时，应以竖曲线连接。西南交通大学20竖曲线：在线路纵断面的变坡点处设置的竖向圆弧称为竖曲线。abcd西南交通大学21§2.2轮对1.轮对：一根车轴左右压装两个轮子形成轮对2.踏面：车轮与钢轨接触的曲面称为车轮踏面，踏面呈圆锥面。西南交通大学223.轮对尺寸1)轮背内侧距离（T）及轮对宽度（q）q=T+2d※T=1353±3mm机车车辆相同轮背内侧距离（T）：两车轮轮缘内侧之间的距离；轮对宽度(q):轮背内侧距加上两个轮缘厚度。西南交通大学233.轮对尺寸1)轮背内侧距离（T）及轮对宽度（q）2)车轮踏面形状及尺寸(mm)hdm机车2833140车辆2532135西南交通大学24§2.3直线轨道一.对直线轨道的要求1.轨距符合要求1435(+6/-2)mm2.平顺性良好（水平、高低、轨向）3.轨底坡正确西南交通大学25※我国铁路轨距：1435+6-2mm（1433-1441mm）※轨距变化：正线≤2‰站线≤3‰二轨距1.轨距（S）定义：两钢轨头部内侧顶面下16mm水平距离。西南交通大学262.游间（δ）当一侧轮缘紧贴钢轨时,轮缘外侧与轨头内侧间的距离。δ=S–q=S-（T+2d）δmin=Smin-qmax=Smin-（Tmax+2dmax）=1433-（1356+2×34）=9（mm）δmax=Smax-qmin=Smax-（Tmin+2dmin）=1441-（1350-2×22）=47（mm）西南交通大学27游间西南交通大学28游间的取值及作用：1.δ值要适中2.太小会加速轮缘磨耗及增大运行阻力，挤翻钢轨，甚至危及安全。3.太大引起蛇形运动幅度加大，列车横向晃动加剧，破坏钢轨，降低舒适性。西南交通大学293.轨距的测量与维护1)量测：静态：轨道尺动态：轨道检查车2）轨距不平顺≯2‰西南交通大学30三.轨道的平顺性指轨道保持设计几何形位的状态。包括轨道水平、方向、高低、轨距。3.1轨道不平顺的危害轨道不平顺造成大的轮轨动作用力，对轨道结构起破坏作用。直接影响或危及高速行车的安全。轨道不平顺对机车车辆系统是一种外部激扰，是产生机车车辆系统震动的主要根源。西南交通大学31三.轨道的平顺性3.1水平1）定义：左右两股钢轨顶面相对高差要满足均匀和平顺要求。2）目的：保持两股钢轨受力均匀3）量测：道尺与轨检车4）水平不平顺规定：≯4mm误差变化率：小于1‰5）水平病害：三角坑-左右两股钢轨顶面相对于轨道平面发生的扭曲状态。西南交通大学32三角坑示意图6）三角坑的危害引起车辆侧滚和侧摆，甚至倾覆脱轨，危及行车安全，必须立即消除。西南交通大学333.2前后高低1）定义：指轨道纵向高度变化情况.2）量测：10m弦4mm不平顺正线（到发线）≤4mmRLfRLfR8)2()(2222西南交通大学343）高低不平顺危害a轮轨冲击增大b轨道连接件松动、破坏，线路变形、破坏c降低旅客舒适度西南交通大学353.3.方向-轨向1）定义：指轨道中心线在水平面上的平顺性，即其位置保持设计位置的状态。2）量测：直线：10m弦chords4mm曲线：20m弦3）方向不平顺危害：☆横向力增加☆容易脱轨☆胀轨跑道西南交通大学36西南交通大学37道岔打磨车轨道检测车西南交通大学38四.轨底坡1）定义：钢轨底面对轨枕顶面的倾斜度（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﹡降低轨腰应力3）坡度：1：40西南交通大学39§2.3曲线轨道曲线是轨道三大薄弱环节之一，需要额外处理。原因A.钢轨受到阻力较大,易磨损；B.车辆受磨损较大，易损坏；C.车辆倾斜及转弯，容易碰撞。D.旅客列车舒适度要求。处理措施：A.轨距加宽B.线间距加宽C.限界扩大D.外轨超高E.缓和曲线西南交通大学40§2.3曲线轨道一.曲线轨距加宽1.加宽的原因：①轮缘挤压外轨产生摩擦阻力②外轨移动轨距变宽引起脱线2.影响轨距加宽值的因素：①曲线半径③轮缘厚度②固定轴距④轮缘与钢轨的内接形式西南交通大学41§2.3曲线轨道3.轮缘与钢轨的内接形式由于轨道游间的存在，机车车辆的车架或转向架通过曲线轨道时可以占用各种不同的几何位置。西南交通大学421)斜接通过：机车车辆车架或转向架外侧最前位车轮轮缘与外轨轨距线接触，内侧最后位车轮轮缘与内轨轨距线接触。2)自由接通过：机车车辆车架或转向架外侧最前位车轮轮缘与外轨轨距线接触，其它各轮轮缘无接触的在轨道上自由行驶。3）楔接通过：机车车辆车架或转向架外侧最前位和最后位车轮轮缘同时与外侧轨距线接触，最靠近中间的两车轮轮缘与内侧轨距线接触。4）正常强制内接通过：为避免机车车辆以斜接形式通过曲线，对楔接所需轨距增加δmin/2，此时转向架在曲线上所处位置形式称为正常强制内接。西南交通大学434.轨距加宽原则保证大多车辆能以自由内接形式通过曲线保证机车过曲线时，不能以楔接形式，而允许以正常强制内接形式通过；保证车轮不掉道，即最大轨距不超限值。西南交通大学445.以车辆通过条件确定轨距加宽条件：按照自由内接形式通过曲线SZ=qmax+f0其中：Sz--静力自由内接条件下的轨距qmax--最大轮对宽度f0--矢距西南交通大学45f的计算如图〈2〉：f0/L=L/（2R-f0）略去等式右边的f，则有0fLL2R20Lf2RL2R图2f其中：R—线半径L—固定轴距故：曲线加宽量e=Sz-SSZ=qmax+f0S—直线轨距西南交通大学46分析：f0与R成反比，与L2成正比在R一定条件下，L增大，则f0增大因此，固定轴距的大小是决定机车车辆能够顺利通过曲线的重要因素。固定轴距：同一转向架上前后两轴距离。始终是平行的。西南交通大学476.机车通过条件验算因机车固定轴距较车辆大，故条件放宽条件：Sz应能满足机车以强制内接形式通过曲线西南交通大学48公式：sxs2h2/minqmaxfwfN2/minSx——楔住内接时的轨距S2h——强制内接时的轨距注:1）一般Sz≥S2h2）R≥350m不加宽300≤R＜350m加宽5mmR＜300m加宽15mm3）加宽值在缓和曲线范围内递减西南交通大学497.曲线最大容许轨距1）按最不利条件考虑a.轮缘最薄b.一侧轮缘紧贴钢轨c.踏面变坡点在钢轨头部圆弧内西南交通大学50(mm)14563-13-100135022rATdsminminminmax2）曲线最大轨距取值Sb=Smax-q=1456-6=1450（mm）其中：Smax——曲线最大容许轨距—超过危险dmin——最薄轮缘Tmin——最小轮背内侧距离r——钢轨头部圆弧半径Amin——车轮内侧面至踏面变坡点的距离最大加宽量emax=Sb–S=15(mm)西南交通大学511）限界1.机车车辆限界为确保行车和人身安全，机车车辆及装载货物不得超出一定的轮廓线，此轮廓线称为机车车辆限界。二.曲线线间距加宽西南交通大学521）限界2.建筑接近限界靠近轨道的建筑物及设备不得侵入线路的的轮廓线，此轮廓线称为建筑接近限界。西南交通大学532）线间距——两相邻线路中心线间的距离曲线地段：1.线间距需加宽2.建筑接近限界需加宽西南交通大学54三.曲线外轨超高与最大限制速度1.外轨超高的作用1）平衡离心力2）使两根钢轨均匀磨耗2.外轨超高计算1)按两根钢轨受力相等原则由图中两相似三角形，求超高h西南交通大学55QgJshQgJshh---外轨超高(mm)J---离心力Q---机车车辆质量(t)S---两钢轨中心间距取1500(mm)g---重力加速度9.8m/s2因为离心力：RvQJ2(mm)RV11.8R(V/3.6)8.91500RvgSQgRSQvh2222R---曲线半径mv-列车速度,m/sV---列车速度Km/h所以超高：西南交通大学562)平均速度的确定超高度h的确定取决于列车平均速定Vpa.考虑列车重量的均方根速度NNQVVp2其中：Q—列车质量（t）N—每昼夜通过的相同重量与速度的列车数V—列车速度（km/h）注：此公式适用于速度较低，重量较大的列车线路。西南交通大学57b.不计列车质量均方根速度NNVVp2R7.6hVmax2注: