轨道结构-钢轨

LOGO第二章轨道结构第三章钢轨第一部分轨道知识由NordriDesign™提供一、轨道结构的组成部件及特点轨道可分为有砟轨道和无砟轨道两大类型。1.有砟轨道：有砟轨道结构主要由钢轨、扣件、枕木、道砟等部分组成。1.1.钢轨钢轨是轨道结构最重要的部件。1.钢轨的功用：（1）为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动面，引导机车车辆前进。（2）钢轨要承受来自车轮巨大的垂直压力，并以分散的形式传给轨枕。（3）兼做轨道电路，为轨道电路提供导体。2.钢轨的类型钢轨的类型通常按照每米的质量来分类,我国铁路钢轨可以分为43kg/m、50kg/m、60kg/m和75kg/m。从各个国家的经验来看，60——75kg/m的钢轨用在大轴重、大运量的重载线路上；50——60kg/m的钢轨用在列车速度小于160km/h的普通客运线路上；列车速度超过160km/h的线路应该采用60——75kg/m的钢轨。我国钢轨的标准长度为12.5m和25m。LOGOPage33.钢轨的断面：钢轨的三个主要尺寸是钢轨高度、轨头宽度、轨底宽度。对其要求有：（1）轨头宜大而厚，并具有与车轮踏面相适应的外形，以改善轮轨的接触条件，提高抵抗压陷的能力，同时具有足够的支撑面。（2）轨腰必须有足够的厚度和高度，具有较大的承载能力和抗弯能力。（3）轨底直接支承在轨枕顶面上。LOGOPage4钢轨截面尺寸及特性参数钢轨类型43506075钢轨高度140mm152mm176mm192mm轨头宽度70mm70mm73mm75mm轨底宽度111mm132mm150mm150mmLOGOPage54.高速铁路对钢轨的要求：钢质洁净、表面无基本缺陷几何尺寸高精度、高平直度采用长定尺钢轨、减少钢轨的焊接接头强韧性匹配合理、韧塑性好、焊接性能优良LOGOPage65.国内外高速铁路钢轨的生产法国：（1）钢胚的生产：生铁脱硫预处理——氧气顶吹转炉冶炼——除渣处理——LF炉外精炼——真空脱气——四流连铸——热锯钢胚。（2）钢轨轧制：连铸钢胚——步进式加热炉加热——高压水除磷——普通轧机开胚，万能机轧制——钢轨热预弯——平立联合矫直——锯切，端头精加工——平直度在线检测——表面涡流探伤——内部超声波探伤——外观检查——入库。（3）钢轨精整。（4）钢轨质量检测。德国：蒂森钢轨生产流程：高炉铁水——铁水预脱硫——氧气顶吹转炉冶炼——RH真空脱气——6流连铸——步进式加热炉加热钢胚——高压水除磷——粗轧——精轧——热锯——步进式冷床——立平符合锟矫——检测中心——端头四面压力矫直——锯钻加工——检查——入库。LOGOPage7我国：随着铁路的发展我国已经形成了，钢轨断面50kg/m、60kg/m、75kg/m系列，材质980MPa、880MPa、780MPa。LOGOPage81.2扣件1.2.1分类：按照扣压形式分：弹片式、弹条式。我国的弹条Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型（用于有砟轨道）按照扣件紧固形式分：无螺栓、有螺栓。按照与道床的连接方式分：分开式、混合式。按照承受水平力方式分：无挡肩、有挡肩。常见的高铁扣件：直结4K型，弹片式、有螺栓、混合式、有挡肩结构。直结8K型，弹片式、有螺栓、分开式、无挡肩结构。Voossloh型，弹条式、有螺栓、混合式、有挡肩结构。KruppECF型，弹条式、有螺栓、分开式、无挡肩结构。PandalFastclip型，弹条式、有螺栓、分开式、无挡肩结构。LOGOPage9我国自主研发的高铁扣件：（1）弹条Ⅳ型、弹条Ⅴ型。弹条Ⅳ型弹条式、无螺栓、混合式、无挡肩LOGOPage10弹条Ⅴ型弹条式、有螺栓、混合式、有挡肩LOGOPage11WJ-7型扣件LOGOPage12LOGOPage13LOGOPage14WJ-8型LOGOPage151.3枕木材料属性分类：木制枕木；钢筋混凝土枕木；钢制枕木；复合材料枕木。1、普通枕木：宽度220mm；厚度160mm；长度2500mm；2、道岔枕木（普通）：宽度220mm；厚度160mm枕木；长度2600~4850mm，以150mm进位，共计16个长度规格；3、道岔枕木（标准）：宽度240mm；厚度160mm；长度2600~4800mm，以200mm进位，共计12个长度规格；4、桥梁枕木：宽度220mm；厚度240、260、280、300mm；长度3000mm；LOGOPage161.4道砟LOGOPage17LOGOPage18LOGOPage19二、钢轨分级使用的含义钢轨分级使用包含两个方面的含义：钢国的二次或多次使用和钢轨在一次使用中的合理倒换使用。钢轨的二次使用是指钢轨在繁忙线路上运营以后经过旧轨整修，再把它铺设到运量小的铁路上再次作用，可以延长钢轨的使用寿命和提高钢轨的使用效率。重型旧轨的多次使用，可使整个非繁忙线路的设备得到显著加强。在货运密度小的线路上采用重型钢轨，即使是旧轨，也将大大提高线路稳定，并能以较少的材料和劳动力来保证轨道的正常养护。旧轨整修通常分为三类：综合整形轨、一般整形轨和焊接再用长轨条。LOGOPage20国外以远见卓识轨的分级管理与使用一直很重视。例如联邦德国一直对钢轨与通过运量和养护维修间的关系进行研究，以期获得最佳的经济效益。具体分级为：新轨铺调用于一级轨道；当轨高降低5%时则换下铺于二级轨道；当轨高降低8%时则铺设在三级轨道上。德国在实行钢轨分级管理时，是将再用轨作为一种资源储备。当一条铁路要铺设新轨道时，应事先考虑到有一部分要铺设再用轨。因为用过的较重的钢轨就相当于较轻的新轨。现代钢轨的高质量、耐久性和可靠性，为钢轨的多次再用提供了可能性。钢轨设备的运营制度应是“队梯式”的，钢轨随着其承载能力的减弱而逐步移到运量较小的区段下使用。钢轨在一次使用中的倒换使用是钢轨合理使用的另一方面，我国幅员文阔，铁路线路的条件相差别很大，在同一区段线路上将轨道上下股钢轨倒换使用或直线与曲线钢轨倒换使用，是延长钢轨使用寿命的另一措施。LOGOPage21三、钢轨的打磨方式钢轨打磨的目的：1）通过修正钢轨断面形状，改善轮/轨接触关系，从而减少轮/轨接触应力和磨耗。2）修正/控制钢轨波磨以及低接头。这些缺陷会增加轮轨噪音、加快车辆部件和轨道部件的恶化率，甚至造成列车限速；3）修正/控制滚动接触疲劳缺陷。这些缺陷会增加钢轨损伤的风险，甚至降低超声波钢轨探伤的效果；4）修正/控制其他钢轨缺陷（如车轮滚伤、压溃、轨头垂向及纵向裂纹）；5）减少车轮和转向架运动的不利影响，这种情况下，会加剧钢轨磨耗和缺陷的恶化；LOGOPage226）减少噪音和振动，减少普通接头和焊接接头的垂向不平顺，控制钢轨波磨；7）缓和大轴重车轮作用的不利影响，改善轮/轨接触条件；8）减少车辆横向不稳定性（蛇行运动）。LOGOPage234种打磨的类型：1）矫正性打磨（缺陷打磨）：目的是消除或减少在线钢轨的缺陷，一般采用积极打磨的工序，预先设计好打磨量（0.5mm到4-6mm之间），并且，作业间隔相对较长，通常由缺陷的严重程度来决定。矫正性打磨并不是非常经济，主要是因为需要除去钢轨表面的大量金属，还要求使用大量的打磨过程，减少了钢轨的潜在使用寿命。但是，为了确保钢轨不会在短期内失效，矫正性打磨是非常必要的，特别是在更换钢轨的预算较为紧张的时期。不过这种条件的钢轨可能会导致列车限速。LOGOPage242）过渡性打磨：目的是将矫正性打磨制度转变成预防性或者周期性的打磨制度。这种策略需要经历数次打磨周期，特别是钢轨不是很规范地养护的时候。3）预防性打磨或周期性打磨：由于主要的钢轨表面缺陷已经被矫正性打磨或过渡性打磨所消除，接下来，就可以执行预防性打磨。这种打磨策略的目的是消除或控制钢轨表面缺陷、保证钢轨表面状态和良好的外形。通常需要移除少量金属（0.2~0.3mm），且打磨时期更为频繁或可控。预防性打磨非常经济，特别是只需要去除少量金属，减少了打磨工具的使用量，最大化地延长了钢轨的使用寿命。LOGOPage25打磨周期依靠影响钢轨恶化率的因素：a)通过吨数；b)主要列车类型及货物类型，即静轮载和动轮载；c)钢轨类型；d)轨道特征，特别是曲线曲率、超高、钢轨支承条件；e)运营特征，特别是运行速度。4）特殊性打磨：（例如：）a)实现特殊的钢轨断面形状，通过打磨量超过钢轨头部允许磨耗限度，从而延长钢轨短期使用寿命。b)实现特殊的钢轨断面形状从而减少车轮悬空的概率。c)实现一个非常平滑的钢轨接触表面，从而减少轮轨接触区噪音的发生。LOGOPage26矫正性打磨（缺陷打磨）LOGOPage27过渡性打磨LOGOPage28预防性打磨或周期性打磨LOGOPage29打磨机械：GMC96型钢轨打磨列车LOGOPage30LOGOPage31四、整体道床和散体道床的优缺点道床整体化就是用某些胶合材料（如沥青砂浆、快硬水泥砂浆、某些粘性的聚合物等）和碎石道碴浇灌在一起，形成整体化道床，可以提高承载能力，使道床的下沉量比普通道床减小约90%，而且可使线路的纵向、横向阻力增加约0.7～4倍，排水性能也大大得到改善，具有防脏、防冻、不长草的特点，颇受国内外铁路工程界的青睐。清明——杜牧清明时节雨纷纷，路上行人遇断魂。借问酒家何处有，牧童遥指杏花村。