铁路线路大修技术设计毕业论文.doc

北京航空航天大学毕业设计 论文 第 I 页 铁路线路大修技术设计铁路线路大修技术设计 毕业论文毕业论文 目目 录录 1 绪论绪论 1 1 1 铁路线路大修的基本任务 1 1 2 铁路线路大修地段的原始资料 2 2 轨道结构类型的确定轨道结构类型的确定 4 2 1 概述 4 2 2 选择上部建筑类型 4 3 轨道结构的强度检算轨道结构的强度检算 6 3 1 概述 6 3 2 轨道强度检算的基本原理 4 7 3 3 1 轨道结构特性参数 7 3 3 2 轨道结构静力计算 8 3 3 3 轨道结构动力计算 10 3 3 4 轨道强度检算方法 11 3 3 5 轨道强度计算中主要参数的取值 17 3 3 轨道强度检算手算过程 18 3 3 1 计算资料 18 3 3 2 轨道结构静力计算 ND2 型内燃机车 18 3 3 3 轨道结构静力计算 解放型蒸汽机车 22 3 4 轨道强度检算 FORTRAN 程序设计 25 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 II 页 3 5 轨道强度检算结果汇总 27 4 铁路线路大修平面改善设计铁路线路大修平面改善设计 32 4 1 铁路线路大修平面设计的原则 32 4 2 用偏角法和矢距法整正曲线方法的原理 33 4 2 1 既有曲线的测量 33 4 2 2 渐伸线原理及其应用 8 34 4 2 3 既有曲线渐伸线长度的计算 8 39 4 2 4 设计曲线半径和缓和曲线长度的选配方法 8 42 4 2 5 计算设计曲线中点及各主要点的里程 8 44 4 2 6 设计曲线渐伸线长度的计算 46 4 2 7 计算拨距 46 4 3 线路大修平面改善设计手算结果 46 4 3 1 10 号曲线偏角法手算过程 46 4 3 2 32 号曲线矢距法手算过程 49 4 4 曲线整正 FORTRAN 程序设计 51 4 5 线路大修平面整正结果汇总 52 5 曲线地段缩短轨配置设计曲线地段缩短轨配置设计 62 5 1 概述 62 5 2 缩短轨配置的技术条件 62 5 3 钢轨缩短量的计算 62 5 4 缩短轨的数量及其配置 65 5 5 曲线缩短轨配置手算过程 65 5 6 曲线缩短轨配置 FORTRAN 程序设计 67 5 7 曲线地段缩短轨配置表 68 6 铁路线路大修纵断面改善设计铁路线路大修纵断面改善设计 76 6 1 设计的原则和技术条件 76 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 III 页 6 2 纵断面设计的基本原理和方法 77 6 3 纵断面设计的方法和步骤 82 6 4 纵断面设计过程的说明及体会 83 结结 论论 87 致致 谢谢 88 参考文献参考文献 89 附录附录 90 附录 1 计算结果 90 附件 2 轨道结构强度检算程序 96 附录 3 曲线整正计算程序 108 附录 4 曲线地段钢轨配置程序 117 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 1 页 1 绪论 1 1 铁路线路大修的基本任务 铁路线路是铁路的主要技术装备之一 是行车的基础 线路在长期的运输过程中 由 于轮轨相互作用而逐渐磨耗 使线路产生不均匀变形并不断积累 导致线路附加力作用增 大 钢轨及其轨下基础负担日益增大 承载能力不断降低 为了保证线路的安全 平稳和 不间断运输 保持线路处于经常完好状态 这就要求根据运输需要及线路设备损耗情况周 期性的 有计划的对损耗部分加以维修和更新 恢复和提高线路的强度 延长设备使用寿 命 增强线路稳定性和轨道承载力 适应铁路运输不断增长的需要 线路大修的基本任务是 根据运输需要及线路的损耗规律 周期性地 有计划地对损 耗部件进行更新和修理 恢复与增强轨道的承载能力 延长设备的使用寿命 线路大修通 常取决于钢轨伤损的发展情况 以全面更换新轨为主要标志 1 铁路线路设备大修应贯彻 运营条件匹配 轨道结构等强 修理周期合理 线路质量 均衡 的原则 坚持全面规划 适当超前于需要的方针 2 铁路线路大 中修周期由通过重量决定 一般情况按照表 1 1 规定执行 但在小半径 曲线 大坡道或隧道等集中地段 轨型和运营条件不匹配地段 煤 砂 矿建等散装货物 运输集中地段以及风砂危害地段等 铁路局可根据特殊情况作适当调整 表表 1 1 铁路线路大 中修周期表铁路线路大 中修周期表 2 轨 道 条 件 周 期 通过总量 Mt km km 轨 型轨 枕道 床中 修大 修 75kg m 无缝线路混凝土枕碎 石400 500900 75kg m 普通线路混凝土枕碎 石350 400700 60kg m 无缝线路混凝土枕碎 石300 400700 60kg m 普通线路混凝土枕或木枕碎 石300 350600 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 2 页 50kg m 无缝线路混凝土枕或木枕碎 石300550 50kg m 普通线路混凝土枕或木枕碎 石250450 43kg m 普通线路混凝土枕或木枕碎 石160250 本设计地段属国家 I 级干线单线铁路 由于国民经济的快速发展 线路客货运量和行 车速度的不断提高 致使运量与运能直接费用的矛盾日益突出 钢轨的疲劳伤损日益严重 严重危及行车的安全 因此需要进行线路大修 以改善线路的平 纵面 换铺较重型钢轨 提高线路质量 增强线路运输能力 其中外业调查的主要内容如下 3 丈量里程 选择正确的公里标作为引出基点 定出公里标和每百米处作为测点的百尺 标 以及在控制点设置的加标 在丈量的过程中 应与既有线的百里标相核对 以取得一 致为原则 必要时在公里标处设置断链 长链或短链 纵断面测量 测量正线轨顶 曲线测内股 及路肩标高 与正线相邻的站线及在同一 路基上的复线且线间距小于 5 米的 应同时测量两线的相对标高差 对于与起道有关的建 筑物均应测量其限界 曲线测量 测量既有曲线的几何形位 判定曲线的转角大小 圆顺度以及曲线和既有 建筑物的位置关系 外业勘测完成后 即可进行大修的技术设计 技术设计的主要内容包括 线路平面设 计 线路纵断面设计 轨道结构设计 跨区间无缝线路技术设计及更换道岔设计等 1 2 铁路线路大修地段的原始资料 1 大修地段位置 丰沙线 自 K55 000 至 K68 000 2 现有线路条件 1 该大修地段属于 I 级干线 限制坡度 12 最小半径为 400m 2 原有线路平纵面资料包括 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 3 页 A 线路纵断面测量记录 B 线路曲线测量记录 C 桥隧位置及原状 D 站场调查记录 E 道口调查记录 3 线路上部建筑现状见表 1 2 表表 1 2 线路上部建筑现状线路上部建筑现状 钢 轨轨 枕道 床 类型 长度 m 平均 磨耗 单根失 效情况 类 型 数量 根 公里 失效 情况 种类 不洁 程度 一般 情况 50kg m12 59 mm 木枕 型 176010 碎石15 4 本地段路基土质为砂粘土 路基状态良好 5 其它 见调查记录 3 大修地段的运营条件 1 目前及今后的客货运量 目前 15 百万吨公里 公里 第五年 20 百万吨公里 公里 第十年 25 百万吨公里 公里 2 机车类型 客机 ND2 型内燃机车 构造速度 120 km h 货机 解放型内燃机车 构造速度 80 km h 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 4 页 2 轨道结构类型的确定 2 1 概述 铁路线路是铁路的主要技术装备之一 是工务部门固定资产的主要部分 是行车的基 础 目前我国铁路担负着全国 60 以上的运输任务 同时 这些线路设备在经常不断的运 输过程中 或者说在轮轨相互作用过程中在逐渐损耗 为了保证铁道线路的安全 平稳和 不间断的运输 保持线路设备经常处于完好状态 根据运输需要及线路设备损耗规律 周 期性的有计划的对损耗部分加以维修和更新 使之恢复到原来的状态或更新成新的状态 使线路设备大修的根本任务 本设计地段长 13 公里 路基土质为沙粘土 路基状态良好 路堑及路堤边坡高度在 8 米以内 包括混凝土拱桥 2 座 铪上钣桥 2 座和 1 座钢桥 跨潭口 古龙岗 扬子岭 3 座 隧道 设计地段内还有 5 个道口和 1 个车站 地表建筑比较复杂 涉及要求比较严格 本设计依据的规范有 铁路线路维修规则 铁路线路设备大修规则 铁路线路设计规 范 铁路轨道设计规范 铁路工务技术手册 线路 铁路工务技术手册 轨道 等 2 2 选择上部建筑类型 根据 铁路线路设备大修规则 第 3 3 3 条 线路大 中修时 枕下道床总厚度应根据 五年内的年计划通过总重密度和钢轨类型 按 铁路线路设备大修规则 中表 3 3 3 所列标 准选用 而该设计的五年内的年计划通过总重密度为 20 Mt 公里 公里 故选择如下的轨道 结构类型 2 钢轨类型 50kg m 轨枕类型 S 型混凝土轨枕 扣件类型 弹条 型扣件 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 5 页 道床厚度 双层 道碴 25cm 底碴 20cm 共 45cm 道床肩宽 30cm 线路大 中修清筛起道后 无垫床的碎石道床 其枕下清碴厚度不得小于 300mm 道 床总厚度不足 300mm 时 应清筛至路面 并做好排水坡 以利排水 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 6 页 3 轨道结构的强度检算 3 1 概述 轨道是一种受力十分复杂的工程结构物 机车车辆在其上通过时 将受到垂直轨面的 竖向力 垂直于钢轨轴向的横向水平力和平行于钢轨轴向的水平力等 钢轨在这些力的作用下 轨道各部分将产生各种变形和应力并逐渐失效 因此必须合 理选择相应的轨道结构 使其在预定的使用期限内 在规定的使用条件下 保持良好的状 态 确保列车按规定的轴重和速度平稳 安全和不间断地运行 为此应当正确计算轨道结 构的承载能力 使其在安全和效益两方面都得到最佳的效果 在进行轨道强度检算时 只 计算钢轨基本弯曲应力 枕上压力 道床顶面应力和路基面应力 计算时采用如下一些假 定 1 轨道及机车车辆的技术状态符合 铁路技术管理规程 和有关部门的技术标准的要 求 2 视钢轨为连续弹性基础上的等截面无限长梁 梁的下沉与基础反力之间呈线性关系 或者视钢轨为弹性点支座上等截面连续无限长梁 支座的下沉与其反力之间呈线性关系 3 用一个当量静荷载来描述车轮对轨道的作用 4 作用于钢轨上的荷载系符合力的独立作用原理 在轮载群作用下钢轨产生的应力 应变等于单个车轮作用下的应力 应变代数和 5 机车车辆对轮轨的动力影响 用荷载系数 速度系数 偏载系数 横向水平力系数 来表示 6 不考虑轨道自重 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 7 页 3 2 轨道强度检算的基本原理 4 3 3 1 轨道结构特性参数 1 钢轨的支座刚度 D 钢轨支座刚度表示钢轨支座的弹性特征 即要使支座顶面产生单位下沉所必须施加于 支座上的压力 单位为 N mm 钢轨支座弹性特征是由包括轨下的垫板 轨枕和枕下的道床 即弹簧所组成的串联来 反映的 因此支座刚度可表示为 3 1 y p DD DD D 21 21 式中 P 施加于支座上的压力 N y 支座下沉量 mm D1 垫板及轨枕弹簧刚度 对于砼枕只有垫板刚度 N mm D2 道床及路基弹簧刚度 N mm 2 钢轨基础弹性模量 u u 表示单位长度钢轨基础的弹性特征 即要使钢轨产生单位下沉时 施加于单位长度 钢轨基础上的均布压力 其单位为 MPa 3 2 D u a 式中 轨枕间距 mm a 3 道床系数 C C 表示枕下基础的弹性特征 即要使道床顶面产生单位弹性下沉时 施加于道床顶面 单位面积上的压力 其单位为 MPa mm 3 3 0 q C y 式中 q 作用于道床顶面单位面积上的压力 MPa 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 8 页 y0 轨枕底面平均下沉量 mm 0p yay yp 轨下断面的轨底下沉量 mm 轨枕挠度系数 a 3 3 2轨道结构静力计算 1 轨道结构静力计算理论 1 弹性点支承梁理论 它是将钢轨视为支承在离散弹性点上的等截面无限长的梁 力学模型如图 3 1 a 所示 2 连续弹性支承梁理论 它是将钢轨视为支承在连续弹性基础上的等截面无限长 梁 力学模型如图 3 1 b 所示 O a b a 弹性点支承梁模型 b 连续弹性支承梁模型 图 3 1 支承梁模型 用 点支承法 计算钢轨弯矩比用 连续支承法 的结果要大 5 10 而且在计算钢 轨挠度或轨枕压力时则要小 1 2 随着刚度的增加其差值将稍有增加 但这两种计算方 法的精度均满足工程计算的要求 从力学模型来看 点支承 法更适合于刚度较大的混凝 土枕线路 但 连续支承 法计算简便 已被工程广泛的采用 2 连续支承法计算公式 根据均匀连续弹性基础理论和力的独立作用的原理 可得静止车轮作用下钢轨静挠度 y0 钢轨静弯矩 M0及枕上静压力 R0的计算式为 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 9 页 即 3 4 0 2 ii k yP 3 5 iiu p k M 4 1 0 3 6 ii p ka R 2 0 式中 u 钢轨的基础弹性模量 MPa 轨枕间距 mm a Pi 作用在钢轨上的各机车车轮静重 N k 钢轨基础弹性模量与钢轨抗弯刚度的相对比值 也称刚比系数 3 7 4 4 u k EJ 式中 J 钢轨对水平轴的惯性距 mm4 E 钢轨的弹性模量 MPa E 2 1 105MPa i i 连续弹性基础上等截面无限长梁的弯矩 M 和挠度 y 的影响系数 3 8 cossin kx uekxkx 3 9 cossin kx uekxkx 不同轮位距计算截面的距离 x 各不相同 因而各有不同的 i i 3 点支承法计算公式 根据连续弹性支承梁理论和力的独立理论作用原理 可得静止车轮系作用下的 y0 M0 及 R0 的计算公式 即 3 10 0 1 ii yP D 3 11 0ii MaPu 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 10 页 3 12 0ii RP 式中 i i 分别为弹性点支座上无限长梁的弯矩 支座下沉影响系数 其他符号的含 义及单位同前 3 3 3轨道结构动力计算 1 轨道动荷载参数 1 速度系数 列车在轨道上运行时 由于轮轨之间的动力效应 在垂直方向施加于轨道上的附加动 力影响 用速度系数 来表示 即车轮垂直当量静荷载最大可能值 Pd P0 1 根据我国 实测资料 不同的牵引种类 不同的检算轨道部件的 如表 3 1 所示 表 3 1 速度系数 值 5 检算部位 牵引种类 钢 轨轨枕 道床 内燃机车 0 4V 1000 3V 100 电力机车 0 6V 1000 4V 100 蒸汽机车 0 8V 1000 6V 100 注 此表适用于 120 km h 及以下的速度 V 的单位为 km h 2 偏载系数 列车通过曲线时 由于存在未被平衡的超高 产生偏载 使外轨或内轨轮载增加 其 增加值与静轮载的比值称为偏载系数 用 表示 3 13 100 PPP 式中 P1 外轨 或内轨 上的轮载 P0 静轮载 根据列车在有超高的轨道上运行时的静力平衡条件 可得 的表达式为 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 11 页 3 14 2 1 2H h S 取我国机车重心高度 H 2300 mm S1 1500 mm 代入上式 则偏载系数可简化为 3 15 0 002 h 3 横向水平力系数 f 由于轮轨之间的横向水平力及垂直力均有偏心 使轨头和轨底边缘相对于其中心处的 应力有所增加 在计算时 这一增加值采用来表示 根据实测资料 不同的曲线半径有f 不同的 其最大可能值如表 3 2 所示 f 表 3 2 横向水平力系数 6 f 曲 线 半 经 R m 直 线 300400500600R 800 1 252 001 801 701 601 45 注 此表适用于各类型蒸汽机车 东风 东风 2 4 东方红 东风 8 以及韶山 6Y2 6G 等 电力机车 2 轨道结构动力计算 在列车动荷载作用下钢轨的动挠度 yd 动弯矩 Md及枕上的动压力 Rd的计算式为 3 16 0 1 d yy 3 17 0 1 d MMf 3 18 0 1 d RR 3 3 4轨道强度检算方法 列车在直线和曲线上运行时有不同的动弯应力 在直线上时 3 19 0 1 dzz MMf 在曲线上时 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 12 页 3 20 0 1 dqq MMf 又因为 按最不利荷载考虑及 有 zq ff zq 0 3 21 dqdz MM 故只需要检算曲线段的轨道应力 1 钢轨应力检算 1 钢轨动弯应力计算 轨底边缘动弯应力计算式为 3 22 0 1 d gd gg MMf WW 轨头边缘动弯应力计算式为 3 23 0 1 d jd jj MMf WW 式中 分别表示轨底和轨头边缘动弯应力的最大可能值 MPa gd jd Wg Wj 分别为钢轨底和轨头对水平中性轴的截面模量 mm3 2 钢轨强度检算 轨底 3 24 ggdtf 轨头 3 25 jjdtf 式中 分别为轨底拉应力和轨头压应力 MPa g j 附加应力 取为 9 8MPa f 温度应力 MPa t 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 13 页 钢轨允许应力 s K 其中 钢轨钢材屈服强度 MPa s K 安全系数 取为 1 35 则 MPa 3 26 405 1 35300 s K 2 轨枕强度检算 1 木枕顶面承压应力 3 27 d ss R F 式中 木枕横纹承压动应力 MPa s F 轨底或垫板与木枕的接触面积 cm2 Rd 钢轨动压力 N 木枕横纹允许承压应力 对松木取 1 4MPa 杉木取 10 4MPa 桦木取 s 3 9MPa 桉木取 4 2MPa 混凝土枕抗压强度大 一般不检算其承压应力 2 混凝土轨枕弯矩 计算轨枕弯矩时 通常把它视为支承在弹性基础上的短梁 分别取最不利支承图式 检算轨下截面正弯矩 Mg 采用图 3 2 所示的道床支承方式 是假定轨枕中间部分完全掏 空 可得 Mg的检算公式 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 14 页 a q e b e l 1 R b d 1 dR 图 3 2 轨下截面正弯矩计算图示 3 28 2 1 28 gsdg ab MKRM e 式中 荷载作用点至枕端距离 取 50cm 1 a 1 a e 一股钢轨下 轨枕的全支承长度 取 e 95cm 轨下衬垫宽度 一般取轨底宽 cm b 轨枕设计系数 暂定为 1 s K 轨下截面允许弯矩 与轨枕类型有关 型枕可取为 11 9kN m 型轨 g M 枕可取为 13 3 kN m 检算中间截面副弯矩 Mc时 采用图 3 3 所示的道床支承方式 即轨枕中部位部分支承 到床支承反力取全支承时的 3 4 Rd 1 d b R 1 l e b e q a 3 4q 图 3 3 跨中截面负弯矩计算图示 Mc的检算公式为 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 15 页 3 29 22 11 34812 4 32 csdc lea eal MKRM le 式中 轨枕长度 cm l 中间截面允许负弯矩 与轨枕类型有关 型枕可取为 8 8kN m 型轨 c M 枕可取为 10 5kN m 7 可由轨下断面和中间断面为开裂极限弯矩除以相应的安全系数求得 c M g M 木枕有足够的抗弯刚度 一般不进行此项检算 3 道床顶面压应力检算 计算道床顶面时 假定枕下道床支承反力分布如图 3 4 所示 因而 按此可求得道床 顶面平均应力和最大压应力的计算公式 并应满足以下要求 3 30 d b R b e 3 31 max bbb m 式中 分别为道床顶面平均动压应力和最大动压应力 MPa b max b b 轨枕底面平均支承宽度 mm 混凝土枕取 275mm 7 Rd 作用于轨枕上的钢轨动压力 e 一股钢轨下轨枕有效支承长度 mm 取 1175mm 7 m 枕底宽度道床反力分布不均匀系数 m 1 6 7 道床顶面允许压应力 MPa 碎石道床 0 5MPa 4 b b 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 16 页 dRdRdR S1 l b 图 3 4 枕下道床反力分布图 4 路基表面压应力检算 道床顶面压应力在道床内按扩散角向下传递如图 3 5 所示 b h h h h h 1 2 e MN OO A CD B 1A 1C1D 1B 2A 2C2D 2B II IIII C D C D C D 11 2 2 c d b dc a 1a c 1d 1 1b c1d1 a2b2 c2 2c d2 2d m n dRdR 图 3 5 道床顶面压应力分布图 因而 不同道床厚度的基床表面压应力按下式检算 1 道床厚度 0 h h1时 3 32 8 d h R m be 2 当 h1 h h2时 3 33 8 2 d hh R htg b max b 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 17 页 式中 基床表面动压应力 MPa h h 道床厚度 mm 3 34 8 1 2 2 2 hb ctg he ctg A A 道床压力扩散角 对碎石道床取 35 8 基床表面允许压应力 MPa 新建线路 0 13MPa 既有线路 h h 0 15MPa 4 h 有关式中的 b e Rd及 m 等符号的意义同前 3 3 5轨道强度计算中主要参数的取值 1 与钢轨有关参数的取值如表 3 3 所示 表 3 3 与钢轨相关的参数取值 9 钢 轨 参 数 钢轨支点弹性系数 D N mm 轨底宽 mm 横截面 积 cm2 惯性矩 J cm4 轨头截 面矩 Wj cm3 轨底截面 矩 Wg cm3 容许应力 MPa 检算 钢轨 检算轨枕 道床及路 基 13265 8018272302753002200042000 2 与轨枕有关参数的取值如表 3 4 所示 表 3 4 与轨枕相关的参数取值 9 枕轨间距 mm 长度 mm 一股钢轨下 支承长度 mm 枕轨间距 mm 底宽 b mm 950 I 型混凝土枕 5442500 1175 型混凝土枕 275500 3 与机车有关参数的取值如图 3 6 所示 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 18 页 195215 420 195215 98 1 98 1 98 1 98 1 98 1 98 1 图 3 6 a ND2 型机车轮重和轴距图 轴距单位为 cm 轴载单位为 kN 274 3147 3303 0147 3147 3 37 9 97 5 97 3 99 6 97 5 74 6 图 3 6 b 解放型机车轮重和轴距图 轴距单位为 cm 轴载单位为 kN 3 3轨道强度检算手算过程 3 3 1计算资料 1 与轨道有关的计算资料 钢轨资料见表 3 3 轨枕资料见表 3 4 2 ND2 型内燃机车 解放型蒸汽机车的有关资料 ND2 型内燃机车 解放型蒸汽机车的轮重 轴距见图 3 6 3 3 2轨道结构静力计算 ND2 型内燃机车 手算以 连续支承法 计算钢轨静弯矩 M0 静挠度 y0和枕上静压力 R0 1 计算刚比系数 k 当N mm 时 22000D MPa 22000 40 441 544 D u a mm 1 44 54 40 441 0 0012741 44 2 1 101827 10 u k EJ 当N mm 时 42000D 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 19 页 MPa 42000 77 206 544 D u a mm 1 44 54 77 206 0 0014976 44 2 1 101827 10 u k EJ 2 计算 M0 y0和 R0 ND2 型内燃机车 轮分别放在计算截面引起的和见表 3 5 引起P P 最大的是 轮 引起最大的是 轮 P P N mm 0 11 9115417885959 44 0 0012741 MPu k mm 0 0 0014976 942640 9142 22 77 206 k yP u N 0 0 0014976 544 9426438398 22 ka RP 3 计算 Md yd Rd 内燃机车 V 120km h 检算钢轨 0 4 0 48 100 V 检算轨枕 道床 0 3 0 36 100 V 取 偏载系数75mmh 0 0020 15h 直线地段 1 25f 0 1 17885959 1 0 480 15 1 25 d MMf N mm36442641 曲线地段 最小半径为 400m 1 8f 0 1 17885959 1 0 480 15 1 8 d MMf N mm52477403 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 20 页 mm 0 1 0 9142 1 0 360 15 1 3804 d yy N 0 1 38398 1 0 360 15 57981 d RR 4 轨道强度检算 轨头 MPa 52477403 229 47 230000 d jd j M W 轨底 MPa 52477403 190 83 275000 d jd g M W 钢轨温度应力MPa 制动应力MPa 60 t 9 8 f 轨头 MPa MPa229 47609 8299 27 jjdtf 300 轨底 MPa MPa190 83609 8260 63 ggdtf 300 满足要求 5 混凝土轨枕弯矩检算 正弯矩 N mm 2 2 1 500132 1579816672392 282 9508 gsd ab MKR e kN m 满足要求 13 3 g M gg MM 负弯矩 22 11 34812 4 32 csd lea eal MKR le 22 3 25004 9508 500 950 12 500 2500 157981 4 3 25002 950 N mm5489690 kN m 满足要求 10 5 g M cc MM 6 道床顶面压力检算 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 21 页 MPa 57981 0 1794 275 1175 d b R b e MPamax1 6 0 017940 2870 bb m 碎石道床MPa 满足要求 0 5 b M max bb MM 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 22 页 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 23 页 7 路基基床表面压应力检算 0 1 0 2 275 35196 4mm 22 1175 35839 0mm 22 b hctgctg e hctgctg 现道床厚度 故450mmh 12 hhh 57981 0 0783MPa 22 1175 450 45035 d h o R e htgtg 既有线 满足要求 0 15MPa r rr 3 3 3轨道结构静力计算 解放型蒸汽机车 手算以 连续支承法 计算钢轨静弯矩 M0 静挠度 y0和枕上静压力 R0 1 计算刚比系数 k 当时 22000N mmD 22000 40 441MPa 544 D u a 1 44 54 40 441 0 0012741mm 44 2 1 101827 10 u k EJ 当时 42000N mmD 42000 77 206MPa 544 D u a 1 44 54 77 206 0 0014976mm 44 2 1 101827 10 u k EJ 2 计算 M0 y0和 R0 解放型内燃机车 轮分别放在计算截面引起的和见附件 1 表 3 P P 6 引起最大的是 轮 引起最大的是 轮 P P 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 24 页 0 0 0 11 78154153351139N mm 44 0 0012741 0 0014976 1027790 9968mm 22 77 206 0 0014976 544 10277941867N 22 MPu k k yP u ka RP 3 计算 Md yd Rd 内燃机车 V 80km h 检算钢轨 0 8 0 64 100 V 检算轨枕 道床 0 6 0 48 100 V 取 偏载系数75mmh 0 0020 15h 直线地段 1 25f 0 1 15335139 1 0 640 15 1 25 34312374N mm d MMf 曲线地段 最小半径为 400m 1 8f 0 1 17885959 1 0 640 15 1 8 49409818N mm d MMf 0 1 0 9968 1 0 480 15 1 6248mm d yy 0 1 41867 1 0 480 15 68243N d RR 4 轨道强度检算 轨头 49409818 214 83MPa 230000 d jd j M W 轨底 49409818 179 67MPa 275000 d jd g M W 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 25 页 钢轨温度应力 制动应力 60MPa t 9 8MPa f 轨头 214 83609 8284 63MPa 300MPa jjdtf 轨底 179 67609 8249 47MPa 300MPa ggdtf 满足要求 5 混凝土轨枕弯矩检算 正弯矩 2 2 1 500132 1682437853333N mm 282 9508 gsd ab MKR e 满足要求 13 3kN m g M gg MM 负弯矩 22 11 22 34812 4 32 3 25004 9508 500 950 12 500 2500 168243 4 3 25002 950 6461305N mm csd lea eal MKR le 满足要求 10 5kN m g M cc MM 6 道床顶面压力检算 68245 0 2112MPa 275 1175 d b R b e max1 6 0 21120 3379MPa bb m 碎石道床 满足要求 0 5MPa b M max bb MM 7 路基基床表面压应力检算 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 26 页 0 1 0 2 275 35196 4mm 22 1175 35839 0mm 22 b hctgctg e hctgctg 现道床厚度 故450mmh 12 hhh 68243 0 1362MPa 22 1175 450 45035 d h o R e htgtg 既有线 满足要求 0 15MPa r rr 选择的轨道结构类型符合要求 3 4轨道强度检算 FORTRAN 程序设计 本程序主要应用于列车荷载为 ND2 型内燃机车和解放型蒸汽机车的轨道强度计算 在 程序中 ND2 型内燃机车和解放型蒸汽机车的轮重 轴距等参数为已知常量 不需要在程序 运行时对这些参数输入数值 程序结果以后缀名为 txt 的文本文档输出 如果要计算其 他机车类型 只需将程序中的列车荷载参数修改为需要计算的机车类型即可 图 3 7 为轨道强度检算程序框图 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 27 页 程序开始 机车的轴重 轴距参数为已知常量 输入计算车论数 m 计算结果保存在一个数组中 输入输出的文件名 XXX txt 输出结果 图 3 7 轨道结构强度程序图 程序中有以下一些变量 lj lz 机车的轮距和轮重 k 钢轨基础弹性模量与钢轨弯曲 弯曲刚度的相对比值 x 某轮位到计算截面的距离 u 连续弹性基础上等截面无限长梁的 弯矩 M 和挠度 y 影响系数 m0 y0 r0 钢轨静弯矩 钢轨静挠度 枕上静压力 a b f 速度系数 偏载系数 横向水平力系数 md yd rd 钢轨动弯矩 钢轨动挠度 枕上动压力 qt qd 轨头压应力 轨底压应力 mg mc 轨枕轨下断面正动弯矩 轨枕中 间断面负弯矩 qb qr 道床顶面压力 路基基床表面压应力 m 根据计算模型需要计算 的车轮数 其中需要输入的变量只有 m 其他变量在程序中都为已知变量 本程序的难点在于计算荷载当量时 如何运用循环方式计算出最大的荷载当量 本程 序主要应用了 do 循环加 if 选择结构 来保证得出最大荷载当量 详见附录 1 轨道结构强 度检算程序 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 28 页 3 5轨道强度检算结果汇总 1 ND2 型机车轨道结构静力及动力计算结果 表 3 7 ND2 型机车当量荷载计算表 k 1 27410 10 3mm 1 ii P 计算轮计算值P N x m kx iPi i N Pi i N 98100 000 00000 00001 000098100 0000 98100 001 95002 4845 0 1169 11470 8900 98100 004 10005 22380 0073719 4559 98100 008 300010 57500 00001 2646 98100 0010 450013 31430 00000 0086 轮 位 98100 0012 400015 79880 0000 0 0122 87349 8200 98100 001 95002 4845 0 1169 11470 8900 98100 000 00000 00001 000098100 0000 98100 002 15002 7393 0 0848 8314 3780 98100 006 35008 0905 0 0004 36 2680 98100 008 500010 82980 00001 5953 轮 位 98100 0010 450013 31430 00000 0086 78280 0700 98100 004 10005 22380 0073719 4559 98100 002 15002 7393 0 0848 8314 3750 98100 000 00000 00001 000098100 0000 98100 004 20005 35120 0066650 8745 98100 006 35008 0905 0 0004 36 2680 轮 位 98100 008 300010 57500 00001 2646 91120 9500 当量最大值为 91120 9500N ii P 表 3 8 ND2 型机车当量荷载计算表 k 1 49760 10 3 mm 1 ii P 计算轮计算值P N x m kx iPi i N Pi i N 轮 981000019810094279 98 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 29 页 981001 952 9203 0 0408 3999 42 981004 16 14020 0018179 0786 981008 312 430100 3352 9810010 4515 64990 0 0147 位 9810012 418 570200 0006 981001 952 9203 0 0408 3999 42 9810000198100 981002 153 2198 0 043 4214 66 981006 359 5098 0 0001 7 8626 981008 512 729600 3339 轮 位 9810010 4515 64990 0 0147 89878 39 981004 16 14020 0018179 0786 981002 153 2198 0 043 4214 66 9810000198100 981004 26 28990 0019183 1879 981006 359 5098 0 0001 7 8626 轮 位 981008 312 430100 3352 94240 09 当量最大值为 94279 9800N ii P 2 解放型机车轨道结构静力及动力计算结果 表 3 9 解放型机车当量荷载计算表 k 1 27410 10 3mm 1 ii P 计算轮计算值P N x m kx iPi i N Pi i N 3790000137900 975002 7433 4949 0 018 1752 83 973004 2165 37160 0065634 3116 996005 6897 2484 0 0002 17 9157 975007 1629 1251 0 0001 13 2787 轮 位 7460010 19212 985600 0866 36750 38 379002 7433 4949 0 018 681 357 9750000197500 973001 4731 8767 0 1921 18690 1 轮 位 996002 9463 7535 0 0057 569 836 78043 78 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 30 页 975004 4195 63020 005490 3574 746007 4499 4908 0 0001 5 2518 379004 2165 37160 0065247 0751 975001 4731 8767 0 1921 18728 6 9730000197300 996001 4731 8767 0 1921 19131 9 975002 9463 7535 0 0057 557 821 轮 位 746005 9767 614 0 0004 27 0097 59101 76 379005 6897 2484 0 0002 6 8173 975002 9463 7535 0 0057 557 821 973001 4731 8767 0 1921 18690 1 9960000199600 975001 4731 8767 0 1921 18728 6 轮 位 746004 5035 73730 0044330 3796 61947 05 379007 1629 1251 0 0001 5 1617 975004 4195 63020 005490 3574 973002 9463 7535 0 0057 556 677 996001 4731 8767 0 1921 19131 9 9750000197500 轮 位 746003 033 8605 0 002 147 551 78149 02 3790010 19212 985600 044 975007 4499 4908 0 0001 6 8639 973005 9767 614 0 0004 35 2285 996004 5035 73730 0044441 0966 975003 033 8605 0 002 192 845 轮 位 7460000174600 74806 20 当量最大值为 78149 0200N ii P 表 3 10 解放型机车当量荷载计算表 k 1 49760 10 3mm 1 ii P 计算轮计算值P N x m kx iPi i N Pi i N 3790000137900 轮 975002 7434 1079 0 0229 2230 11 35852 13 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 31 页 973004 2166 31390 0019181 5344 996005 6898 519803 3505 975007 16210 72580 2 6355 位 7460010 19215 26350 0 0083 379002 7434 1079 0 0229 866 885 9750000197500 973001 4732 2060 02332268 352 996002 9464 4119 0 0152 1511 8 975004 4196 61790 0017165 851 轮 位 746007 44911 15560 0 8828 97554 63 379004 2166 31390 001970 7107 975001 4732 2060 02332273 014 9730000197300 996001 4732 2060 02332321 972 975002 9464 4119 0 0152 1479 93 轮 位 746005 9768 9497 0 0001 4 1805 100481 60 379005 6898 519801 2749 975002 9464 4119 0 0152 1479 93 973001 4732 2060 02332268 352 9960000199600 975001 4732 2060 02332273 014 轮 位 746004 5036 74370 0016117 8066 102780 50 379007 16210 72580 1 0245 975004 4196 61790 0017165 851 973002 9464 4119 0 0152 1476 89 996001 4732 2060 02332321 972 9750000197500 轮 位 746003 034 5377 0 0124 924 586 97585 32 3790010 19215 26350 0 0042 975007 44911 15560 1 1538 973005 9768 9497 0 0001 5 4526 996004 5036 74370 0016157 286 975003 034 5377 0 0124 1208 41 轮 位 7460000174600 73542 27 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 32 页 当量最大值为 102780 5000N ii P 3 轨道强度检算 表 3 11 静态及动态计算结果 力 机车 静反力 N 动反力 N 静弯矩 N m 动弯矩 N m 静位移 m 动位移 m ND2 型384055799117879524580 00091440 0013807 解放型418676322015334449900 00099680 0015052 表 3 12 轨道强度检算结果 项 目 轨底总应 力 MPa 轨头总应 力 MPa 混凝土轨枕 正弯矩 N m 混凝土轨枕负 弯矩 N m 道床顶面 压力 MPa 路基顶面 压力 MPa 计算值260 56297 886673 55305490 64700 287150 07832 ND2 型 容许值30030013300105000 50 15 计算值233 40265 417275 25805985 69800 313040 08538 解放型 容许值30030013300105000 50 15 所以 选择的轨道结构类型符合要求 北京航空航天大学毕业设计 论文 第 33 页 4 铁路线路大修平面改善设计 4 1铁路线路大修平面设计的原则 铁路线路大修平面改善设计 主要是矫正既有线路平面的位置 平面设计应以原线路 设计标准为依据 并应遵循以下原则和基本的技术条件 1 设计曲线时应采用单曲线 仅在困难地段允许保留复曲线 但复曲线的两个圆曲线 间 应设缓和曲线连接 其长度由计算决定 且不应短于 20m 如条件困难不能设 缓和曲线时 两个连续圆曲线的曲率差应不大于 1 2000 且每个圆曲线的长度不得 短于 50m 10 2 直线与圆曲线间采用缓和曲线连接 其长度 m 应不短于 9 超高度 m 容许 最高行车速度 km h 特别困难地段也不应短于 7 超高度 m 容许最高行车 速度 km h 计算结果取 10 m 的整数倍 如原线路的缓和曲线标准较高时 应不 低于原线路标准 3 两缓和曲线间的圆曲线长度应不短于 20m 在特别困难地段 可减至 14m 10 4 两曲线间的夹直线的长度 应不低于原线路的标准 5 两线路中