第2章轨道几何形位.ppt

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 ZY 直圆点YZ 圆直点 西南交通大学 11 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 12 2 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 13 2 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 减少列车由直线进入圆曲线的冲动 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 14 2 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 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 级铁路大于3 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 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 22 3 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 23 3 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 26 2 游间 当一侧轮缘紧贴钢轨时 轮缘外侧与轨头内侧间的距离 S q S T 2d min Smin qmax Smin Tmax 2dmax 1433 1356 2 34 9 mm max 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 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 29 3 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 33 3 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 4mm 西南交通大学 34 3 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 35 3 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chords 4mm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 轮缘挤压外轨产生摩擦阻力 外轨移动轨距变宽引起脱线2 影响轨距加宽值的因素 曲线半径 轮缘厚度 固定轴距 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 42 1 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 min 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 43 4 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 44 5 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 45 f的计算如图 2 f0 L L 2R f0 略去等式右边的f 则有 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 47 6 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 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 49 7 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 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 51 1 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 52 1 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 53 2 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 55 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 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 56 2 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 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 57 b 不计列车质量均方根速度 注 h是理论超高要经过运营实践调整 现场多用实测方法获得Vp 规定最大超高 双线150mm 单线125mm 注 此公式适用于旅客列车数量较大的线路 c 新线设计采用的速度Vp 0 8Vmax式中 Vmax 新线设计最高行车速度 km h 故 西南交通大学 58 3 曲线最大限制速度 受超高限制 h 未被平衡的超高hsh 需要的超高hp 平均超高 由Vp决定 若 h为正 称为欠超高 h为负 称为过超高 根据 西南交通大学 59 故 曲线最大容许速度一般情况 特殊情况 若R 2500m 列车最高速度可达200km h以上 5000m曲线半径 300km h以上 我国规定 h 欠超高 75mm一般情况90mm特殊情况 西南交通大学 60 例题1 某铁路线路 曲线半径900m 运行货物列车 速度60km h 每天10列 和旅客列车 100km h 每天40列 试问 1 该曲线地段轨距需要加宽么 2 综合考虑客货列车的速度 曲线外轨超高设计多少合适 3 根据2的结果给出货物列车的过超高和旅客列车的欠超高 西南交通大学 61 四 缓和曲线1 缓和曲线作用 离心力过渡 超高过渡 曲线加宽过渡 式中 c 缓和曲线半径变更率c l 缓和曲线起点至任意点半径长度l 缓和曲线上任意点半径 2 缓和曲线形式 3次抛物线方程式 西南交通大学 62 4 缓和曲线范围内外轨超高顺坡形式 直线型 在变坡点产生冲击 适用于低速行车 曲线形 顺坡倾角为0 适用于高速行车 直线型 曲线形 3 缓和曲线范围内轨距的加宽1 加宽在缓和曲线范围内逐渐完成2 加宽递减率 1 西南交通大学 63 5 缓和曲线长度的确定1 主要考虑因素a 保证行车安全 不致使车轮脱轨b 限制外轮升降速度 不至于使旅客不舒适 2 缓和曲线长度计算 按外轨超高递减坡度确定原则 悬空的内轮不能爬上钢轨 西南交通大学 64 若 h i0已知 Kmin 最小轮缘高度 mm Lmax 最大固定轴距 mm i0 超高顺坡坡度 不超过2 L0 缓和曲线长度 m h 超高 mm 西南交通大学 65 3 缓和曲线长度计算 按旅客舒适度计算原则 车轮上升 下降 速度不能太快 式中 f 车轮上升速度L0 缓和曲线长度h 超高 西南交通大学 66 规定 既有线一般地段f 28mm s有 L0 10h Vmax困难地段f 40mm s有 L0 7h Vmax 式中 h单位为m Vmax是实际最高速度单位km h新线一般地段f 32mm s