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第二章第二章轨道结构及其部件轨道结构及其部件§§2.12.1轨道组成及作用轨道组成及作用一、轨道组成（如图）：一、轨道组成（如图）：钢轨轨枕道床路基?轨道组成z轨道部件：–钢轨；–轨枕；–扣件；–联结零件；–道床；–道岔；–轨道加强设备（主要有防爬设备、轨距杆、轨撑等）：z如防爬设备――枕轨间，在钢轨相对于轨枕爬行时，阻止轨爬行设备，现使用较少，扣件性能较好原因。（爬行一般指钢轨相对轨枕的爬行）。z在线路曲线上安装轨撑和轨距杆，可提高钢轨横向稳定性，防止轨距扩大。二、轨道结构种类二、轨道结构种类z轨道结构：有碴轨道：弹性好，维修方便，但易于变形；无碴轨道（日本板式、德国雷达2000轨道；路基上差些，隧道、桥上好些）：造价高，维修难、弹性差、噪声大。－－我国：城市轨道交通有时要求采用无碴轨道（如大连公铁混行），美观、污染少、结构可以轻便、低维修等。－－客运专线拟部分或全部采用无碴轨道。三、轨道结构的作用三、轨道结构的作用轨道结构应该保证机车车辆在规定的昀大载重和昀高速度运行时，具有足够的强度、稳定性、平顺性和合理的维修周期。z（一）承受列车荷载――重复性、随机性很大的动载：与V有关，与轴重有关，机车车辆状态、轨道状态等有关。若轨道f=1mm变为3mm，（1.0m弦），P变为3P。一个新的学科：轮轨关系（Interactionbetweenwheelandrail）---动力关系、接触力学、蠕滑力学。z（二）“承上补下”的作用（向下传递荷载）：路基、桥梁的性能不足须轨道补足。（大秦线、胶新线路基沉陷严重靠增道碴来保证运营－不均匀沉降。）－－维修的经常性和周期性。z（三）吸收或减缓列车荷载，为下部结构提供一个平和的荷载条件。桥梁设计用中活载，较小冲击系数（1.2~1.3）。钢轨一般2～3系数。z（四）引导、支承列车，要求轨道有精确的几何尺寸（双方有利）。z秦沈线（200km/h设计速度）：焊接接头，不平顺0.3mm／1m（弦）（凸出点要求）。更高速时；0.2mm/1m。所有的高速铁路必须以轨道状态保障为前提发展。－－高速铁路使得轨道结构更为复杂了。结构特点、荷载特点、工作特结构特点、荷载特点、工作特点－－自学（前已叙述）点－－自学（前已叙述）四、轨道类型四、轨道类型z轨道类型与铁路等级有关：–与运营条件相适应；–属于同一等级的铁路，近期运量与远期的发展也有很大差别，所以应采用由轻到重，逐步加强的原则。z轨道类型的选择还应考虑经济性。–轨道类型标准愈高，一次投资和大修费用愈大，但经常维修和养护费用较少，使用寿命较长，也就是说，分摊至每单位运量的运营费用愈低。–因此，各种类型轨道的适应范围是以它的使用期限内大修投资成本和维修养护费用合计为昀小作为依据加以确定。z我国铁路正线轨道类型分为五种：–特重型：年通过总质量50MT；（大秦线2005年运煤2亿吨、远期运煤4亿吨的目标。）–重型：25～50Mt；–次重型：15～25Mt；–中型：8～15Mt；–轻型：8Mt。–已颁布的新《铁路线路设计规范》，对旧的《线规》进行了修改，反映了铁路现代技术的需要，适应了市场的需求。正线轨道类型见P4表1。z选型应按照由轻到重逐步加强的原则，根据近期调查的运量及旅客昀高行车速度等运营条件按表中的规定采用。z《线规》指出，改建既有线时，特重型、重型轨道应采用无缝线路，有条件时宜采用跨区间无缝线路；次重型轨道采用无缝线路。轨道结构的强化：提高轨道结构轨道结构的强化：提高轨道结构的整体强度；铺设无缝线路；高的整体强度；铺设无缝线路；高速道岔和提速道岔－－其他章节速道岔和提速道岔－－其他章节也会介绍－－可自学也会介绍－－可自学§§2.22.2钢轨钢轨钢轨功用钢轨功用：：z为车轮提供连续、平顺和阻力昀小的滚动表面，引导列车运行方向；z直接承受车轮的巨大压力，并分布传递到轨枕；z在电气化铁道或自动闭塞区段，还兼做轨道电路之用。质量要求：质量要求：z对钢轨质量、断面、材质三要素均提出了相应的要求。1．足够的强度和耐磨性。2．较高的抗疲劳强度和韧性。3．一定的弹性。4．足够光滑的顶面。5．良好的可焊性。6．高速铁路钢轨的高平直度。一、几何尺寸一、几何尺寸（1）长度：z我国钢轨标准长度为12.5m和25m两种，对于75kg／m钢轨只有25m长一种。z用于曲线内股的缩短轨，对于12.5m标准轨系列的缩短轨有短40mm、80mm、120mm三种；对于25m轨的有短40mm、80mm、160mm三种。z长尺钢轨：钢轨长尺生产便于对钢轨进行热预弯，消除钢轨矫直前的弯曲度，减少钢轨的残余应力；由于长尺钢轨两端可以据掉0.8m～1.5m，可以消除原标准长度钢轨两端的矫直盲区和探伤盲区，在提高生产率的同时可充分保证钢轨的平直度和内部质量。–法国生产的钢轨由原来的36m改造成72m～80m；德国改造成120m。–我国也在加紧进行100m长尺钢轨的研制。（2）断面：（p9表1.1）z型号依重量38kg/m，43，50，60kg/m，75kg/m（标准）--断面尺寸有所不同。zUIC60钢轨（见表1.1）图CHN60钢轨断面与UIC60E1钢轨断面二、材质二、材质z钢轨钢的物理力学性能包括强度极限、屈服极限、疲劳极限、伸长率、断面收缩率、冲击韧性及硬度等。z参见（p11表1.2）z常用：–U74（抗拉强度σb=785Mpa）――碳素钢；–U71Mn（σb=883Mpa）――合金钢。–PD3（一般σb=980Mpa），秦沈采用PD3全长淬火高碳微钒轨（σb=1300Mpa）－寿命提高50％以上）（淬火：采用电感应加热的方法，以局部改变轨头钢的组织，从而提高钢轨的强度和韧性。）三、钢轨接头和三、钢轨接头和轨缝（轨缝（p16p16））z定义：轨道上钢轨与钢轨之间用夹板和螺栓连接，称为钢轨接头。接头处轮轨动力作用大，养护维修工作量大，接头是轨道结构的薄弱环节之一。z形式：–接头的联结形式按其相对于轨枕位置，可分为悬空式和承垫式两种。–按两股钢轨接头相互位置来分，可分为相对式和相错式两种。z我国一般采用相对悬空式，即两股钢轨接头左右对齐，同时位于两接头轨枕间。z思考：这样设置的原因。–冲击与支撑刚度。z分类：–钢轨接头按其性能又可分为普通接头、异形接头、绝缘接头、焊接接头、导电接头、伸缩接头、冻结接头等。――另有过桥鱼尾板（石家庄铁路分局）、代替鼓包的新夹板。图1-5不同类型钢轨的联结（a）普通高强绝缘接头（b）胶接绝缘钢轨接头（c）全断面夹板图1-6钢轨绝缘接头钢轨胶接绝缘接头（a）焊接式轨端接续线示意图（b）塞钉式导电连接装置图1-7导电接头图1-8钢轨伸缩接头图1-9普通冻结接头图1-10钢轨减振接头预留轨缝：为适应钢轨热胀冷缩的需预留轨缝：为适应钢轨热胀冷缩的需要，在钢轨接头处要预留轨缝。预留要，在钢轨接头处要预留轨缝。预留轨缝应满足如下的条件：轨缝应满足如下的条件：za．当轨温达到当地昀高轨温时，轨缝应大于或等于零，使轨端不受挤压力，以防温度压力太大而涨轨跑道；zb．当轨温达到当地昀低轨温时，轨缝应小于或等于构造轨缝，使接头螺栓不受剪力（仅摩阻力），以防止接头螺栓拉弯或拉断。构造轨缝是指受钢轨、接头夹板及螺栓尺寸限制，在构造上能实现的轨端昀大缝隙值。z（无缝线路中还要详细介绍，此处略）四、钢轨焊接四、钢轨焊接z主要方法有闪光接触焊、气压焊、铝热焊三种。1.1.闪光闪光接触焊接触焊z根据电流的热效应原理，把被焊接的钢轨安放在相对的两个夹具内，端部通以强大的电流，由于对接钢轨之间存在着较大的电阻，因而产生大量的热量把轨端加热，当钢轨被加热到塑性状态，然后以极快的速度予以挤压，这种在对焊机上进行的焊接方法叫闪光接触焊。2.2.气压焊气压焊z气压焊是用气体（乙炔——氧）燃烧的火焰加热钢轨端头，使其温度达到1200℃左右，轨端成为塑性状态，在预施的压力挤压下，使两根钢轨挤压在一起，从而把钢轨焊接起来。3.3.铝热焊铝热焊z铝热焊是利用铝热焊剂的剧烈化学反应，铁的氧化物被铝还原成铁水，同时产生巨大热量，把高温铁水浇铸于固定在两轨轨缝处的砂型内，将两根钢轨铸焊在一起。方法对比：方法对比：z三种焊接方法中，闪光接触焊焊接速度快，焊接质量稳定，但焊机投资大，所需电源功率也较大；z气压焊的一次性投资小，无需大功率电源，焊接时间短，焊接质量好，缺点是在焊接时对接头断面的处理要求十分严格，并且在焊接时需要钢轨有一定的纵向移动，因此对超长钢轨的焊接有一定难度，特别是无法进行跨区间无缝线路的线上焊接；z铝热焊的焊接方法较为简单，对操作人员的要求相对较低，焊接时间短，可在钢轨固定的情况下进行焊接，但焊接质量不如接触焊和气压焊。五、五、钢轨伤损及合理使用钢轨伤损及合理使用（（p12p12））（一（一〕〕钢轨伤损钢轨伤损z是指钢轨在使用过程中，发生折断、裂纹及其它影响和限制钢轨使用性能的伤损。z为便于统计和分析钢轨伤损，需对钢轨伤损进行分类。–根据伤损在钢轨断面上的位置、伤损外貌及伤损原因等分为九类32种伤损，用两位数编号分类，十位数表示伤损的部位和状态，个位数表示造成伤损的原因。–钢轨伤损分类具体内容可见“铁道工务技术手册（轨道）”。z钢轨折断是指有下列情况之一者：–钢轨全截面至少断成两部分；–裂缝已经贯通整个轨头截面或轨底截面；–钢轨顶面上有长大于50mm、深大于10mm的掉块。z钢轨折断直接威胁行车安全，应及时更换。z钢轨裂纹是指除钢轨折断之外，钢轨部分材料发生分离，形成裂纹。z钢轨伤损种类很多，常见的有钢轨磨耗、接触疲劳伤损、剥离及轨头核伤、轨腰螺栓孔裂纹等。–谈一谈磨耗的测定方法及我们承担的课题。–钢轨的发展方向是重型化、强韧化和纯净化；–对合理使用钢轨也有明确规定。规定指出：z应根据钢轨综合经济效益分析，确定钢轨合理的使用周期，z实行钢轨分期使用制度，并积极做好旧轨的整修工作。（二）钢轨的合理使用（二）钢轨的合理使用11、钢轨的分级使用、钢轨的分级使用z钢轨分级使用包含两个方面的含义：–钢轨的二次或多次使用；–钢轨在一次使用中的合理倒换使用。22、钢轨整修技术、钢轨整修技术z轨端不均匀磨耗和掉块、擦伤是钢轨运营过程中产生的各种伤损和缺陷的主要形式之一。z需要对钢轨表面病害及时整治。钢轨表面的整治工作包括磨修和焊修。（三）钢轨打磨（三）钢轨打磨z对钢轨进行现场打磨始于本世纪50年代，昀初用于整治波形磨耗，现已发展成为一种多功能的现代化养路技术。z打磨的重点已从钢轨修理转向钢轨保养。z钢轨的定期打磨，可以消除和延缓波磨、消除钢轨表面的接触疲劳层防止剥离掉块、对断面打磨还可改善轮轨接触条件，降低接触应力。根据钢轨打磨的目的及磨削根据钢轨打磨的目的及磨削量，钢轨打磨可分为三类：量，钢轨打磨可分为三类：11、修理性打磨、修理性打磨z主要用来消除钢轨的波浪形磨耗、车轮擦伤、轨裂纹以及接头的马鞍形磨耗；z钢轨的一次磨削量较大，打磨周期长。z但是这种打磨方式并不能消除引起波磨、钢轨剥离及掉块的潜在的接触疲劳裂纹，在以后列车通过时，这些裂纹还将继续扩展。22、预防性打磨、预防性打磨z预防性打磨是在裂纹开始扩展前将这些裂纹萌生区打掉，近来已发展成为控制钢轨接触疲劳的技术。z它力图控制钢轨表面接触疲劳的发展，打磨周期较短，以便在钢轨表面裂纹萌生时就予以消除。z由于这些裂纹极浅，打磨深度很小：钢轨顶面打磨深度一般为0．05～0．075mm；对外轨的内缘和内轨的外侧打磨深度一般为0．1～0．15mm，以防止由于塑性流动而使钢轨断面产生累积变形。预防性打磨与修理性打磨相预防性打磨与修理性打磨相比，其优点是：比，其优点是：–能获得较长的钢轨使用寿命；–提高打磨机器的生产率；–并能降低轨道打磨每公里所需的打磨费用；–虽然打磨频率较高，但与修理性打磨相比，打磨掉的金属总体积少，具有显著的经济效果。z可见，一条铁路一旦已在修理性打磨上取平，应立即向预防性打磨计划方向转变。33、钢轨断面、钢轨断面((廓形廓形))打磨打磨z对曲线地段的钢轨断面进行非对称打磨能明显降低轮轨横向力和冲角，达到减轻钢轨侧磨的目的。z机车车辆通过曲线一般是