轨道工程第二章钢轨

.第二章轨道，了解轨道，本章内容，2.1轨道的功能和类型2.2轨道截面设计原则，以及中国主要轨道截面几何2.3轨道材料和机械指标2.4轨道尺寸允许偏差和平整度要求2.5轨道损伤2.6轨道接头。2.1轨道的功能和类型，轨道是铁路轨道的主要组成部分。其功能在于滚动机车及车辆的车轮，承受车轮的巨大压力，并通过拖鞋传递。导轨必须为车轮提供连续、平滑、阻力最小的滚动表面。在电气化铁路或自动闭塞区域，轨道也可以用作轨道电路。2.1.1轨道的功能：1)提供车轮连续、光滑、阻力最小的滚动表面，使机车前进。2)轨道要承受来自车轮的巨大垂直压力，以分散形式传递到拖鞋。3)为轨道电路提供导体。2.1.2轨道的类型，轨道类型以每米长度轨道质量千克数表示。我国铁路使用的轨道有75kg/m、60kg/m、50kg/m、43kg/m、38kg/m等多种。我国目前的钢轨长度为12.5米和25米。世界各国的轨道长度也各不相同。我国用于新建客运专线的固定长度导轨的长度为50米或100米，2.2轨道截面设计原则和中国主要轨道截面形式，2.2.1截面。轨道横截面是I型截面。轨道子轨头、轨腰和轨底三部分。轨头必须具有足够的表面面积和厚度，以延迟轨头压力制动和磨损。导轨腰部主要支撑剪切力，可以为导轨提供更大的垂直刚度。钢轨底部要有一定的宽度，以分配压力和保持稳定性。导轨头必须大而厚，具有适合车轮踏面的形状，改善轮轨接触条件，提高对压力陷阱的阻力，同时具有足够的支持区域，以应对磨损。轨道顶面是隆起的圆弧，以便在宽度足够的同时，来自车轮的压力进一步集中在轨道中心轴上。圆弧的半径不应太小，可以将压力集中在轨道的中心轴上，但是车轮/轨道之间的接触区域太小，接触应力不会太大。在我国铁路中，较轻的轨道顶面一般由半径300mm的圆弧组成。重轨顶面由三个半径为80mm300mm80mm或80mm500mm80mm的复合圆弧组成。导轨腰部必须具有足够的厚度和高度，并且具有较大的承载力和弯曲能力。连接导轨的腰部和导轨的头部和底部，必须确保夹板有足够的支撑面，并且截面的变化不要太突然，以免发生过度的应力集中。为此，可以在我国CHN60标准轨道上使用半径25mm和8mm复合曲线在轨道和轨道头部之间连接复合曲线。轨道腰部和轨道下面之间的连接曲线，通常使用单个曲线，半径为14-20mm。导轨底部直接从轨枕顶面支撑，必须有足够的宽度和厚度，保持导轨稳定，并具有必要的刚度和防腐能力。2.2.2轨道高度轨道的高度必须使轨道具有足够的惯性矩和截面系数以承受车轮的垂直压力，并且轨道必须由横向水平力充分稳定。大小实验式：轨道标头宽度b=0.34M 51.70(mm)轨道腰围厚度t=0.16M 7.08(mm)轨道高度H=1.92M 54.16(mm)轨道楼板宽度B=1.25M 69.25(mm)，2.3轨道的材料和机械指标，2.3.1轨道的材料轨道的材料表示轨道的化学成分和金属组织(金属组织的化学成分、晶体结构和物理特性相同的构成，包括固溶体、金属化合物和纯物质)。为了提高钢轨的可靠性，钢轨材料的纯度高，化学成分必须合理。钢轨的质量问题主要是钢轨内部夹杂，缺陷引起的疲劳损失。提高钢轨材料纯度是降低钢轨疲劳损失、提高钢轨可靠性和延长寿命的有效方法之一。钢轨的主要成分是碳和铁。C-抗拉强度Mn-强度和韧性si-密度增加有害成分：p-冷脆性s-热脆性，2.3.2轨道的机械性能强度极限b、屈服极限s、疲劳极限r、延伸率s、截面收缩率、冲击韧性k和布氏硬度指数HB等。这些指标对钢轨的承载能力、磨损、刹车、破损和其他伤害有很大影响。布氏硬度(HB)是恒定载荷(通常为3000千克)，将一定大小(直径通常为10mm)的淬火槽推入材料表面，并保持一段时间后，载荷与压痕面积的比率为千克力/mm2(N/mm2)的布氏硬度值(HB)布氏硬度测量在8-650hb范围内更准确、更可靠。但是，普通HB仅适用于450N/mm2(MPa)以下的金属材质，不适用于刚性钢或薄板。在钢管标准中，布氏硬度使用最广泛，通常以压痕直径d直观地表示该材料的硬度。2.4轨道大小允许偏差和平面度要求，确保2.4.1列车运行的稳定性需要轨道几何位置稳定性，轨道头轮/轨道接触带位置和宽度稳定性等，这需要高精度外形规格和高平面度轨道。2.4.2钢轨焊接接头是无缝线路钢轨单独不规则性的来源之一。钢轨焊接材料、金相、硬度、韧性等与钢轨母材的差异、焊接设备的详细程度、工人的技术熟练程度等因素都会导致钢轨焊接接头的钢轨面不均匀。钢轨焊接接头分为接触焊接、气动焊接和铝热焊接三种类型。为了保证高速列车的高速、平稳运行，减少轮轨之间的动力作用，对钢轨焊接接头的焊接质量、平整度等要求更高。因此，钢轨焊接接头也是钢轨表面不平整的控制部分。2.5轨道损坏，常见损坏类型：1，轨道接头螺栓孔裂纹和焊接接头裂纹2，轨道头核心损坏3，轨道头剥离4，轨道磨损，2.5.1钢轨接头螺栓孔裂纹和焊接接头裂纹一般线中钢轨接头不可避免。通常，为了安装接头螺栓，在导轨腰部和轴附近钻孔。钢轨腰部钻孔导致强度减弱，钢轨在应力传递过程中在螺栓孔周围产生应力集中，同时车轮通过接头时受到冲击，螺栓孔周围的应力集中现象更加严重。图2-5钢轨接头螺栓孔裂纹图2-6钢轨焊接接头断裂，在轮轨冲击载荷下，螺栓孔周围发生了肉眼看不到的45度倾斜微裂纹，在列车载荷下裂纹变得更大，裂纹发生在焊接材料和导轨主人之间，由于焊缝连接处的导轨磨损和母材之间的不匹配，导致钢轨表面不规则性，由于轮轨冲击载荷增加，焊接接头导轨的破坏。2.5.2轨头核心损伤、轨头核心损伤是行车威胁的最大弱点之一，列车荷载的反复作用导致轨头内部出现非常复杂的应力分布和应力状态，使小裂纹水平延伸到核损伤周围的钢不足以承受车轮载荷作用的应力。铁轨突然陡破。图2-7导轨头部核心损坏，原因：内部原因：钢轨制造过程中钢轨的非金属夹杂物或小气泡。外因：列车负载下发生了巨大的接触应力，破坏了轨道接触疲劳。措施：提高钢轨纯度，减少钢轨非金属夹杂；提高轨道的接触疲劳强度。提高导轨结构的弹性，降低轮轨冲击载荷。图2-8轨道头部圆角中的45个细斜裂纹也是图2-9轨道表面的剥离块，2.5.3轨道头部剥离，2.5.3轨头剥离，轨头剥离是当今重载铁路运输中经常发生的轨道损坏，主要发生在轨头内部圆角。这主要是因为在轨头内部圆角中，轮/轨接触应力很大，轨道表面的剪切应力导致了剪切疲劳，发生裂纹后轨道表面发生了碎片。在剥离的早期阶段，轨道表面出现了规则的45度的细斜裂纹，裂纹方向与行驶方向相反。裂纹区域达到一定程度时，裂纹线层在列车车轮滚动下产生塑性变形，最终破裂，在轨道表面形成凹痕。2.5.4轨道磨损轨道磨损分割轨道顶部垂直磨损，轨头侧面磨损和波形磨损。垂直磨损与轮/轨之间的垂直力和轮/轨之间的蠕变、摩擦及其他因素有关，随着线路通过总质量的增加，垂直磨损也相应增加。侧面磨损主要发生在曲线轨道的外部轨道上。钢轨侧磨缩小了钢轨头部宽度，钢轨在侧磨过程中对钢轨头部下钢材发生塑性变形，产生裂纹，严重的情况下形成核损伤等疾病。图2-10导轨侧铣和测量图2-11导轨侧铣和导轨头侧核损坏，中国对钢轨磨损轻微受伤和严重受伤，波动磨损表示钢轨运行后轨道表面有一定的周期性磨损和塑性变形。波密通常发生在曲线扇区，列车制动区波密发生的概率和磨损速度更大。图2-12滑轨的波形磨损，根据2.5.5钢轨探伤、钢轨探伤设备的工作原理，分为电磁探伤和超声波探伤两类。超声波探伤：如果发生将超声波射入轨道的核损伤、裂纹或其他伤害，在钢和空气的界面受到干扰，产生反射波，通过电子设备接收并显示，就会发现轨道内部存在的伤疤。2.6轨道接头是两个固定长度轨道之间用夹板连接的连续轨道线，称为轨道接头。2.6.1接头连接零件导轨接头的连接零件由夹板、螺栓、螺母和弹簧垫圈组成。接头夹板的作用是夹紧导轨。接头夹板有两种：灯支承和弧支承，(a)灯支承，(b)弧支承，2.6.2接头导轨接合口在普通线路的导轨接合处保留导轨接合口，使导轨变热和变冷。轨道接缝大小根据铁道部签发的铁路线路维修规则的保留轨道接缝公式计算。0=L(tz-t0)对于0.5g表达式，是轨道线膨胀系数(0.0118 mm/m .)。l是轨道长度。Tz是区域中间轨道温度。T0是调整导轨接合口的导轨温度。g是滑轨的配置滑轨接缝(18mm)。2.6.3接头放置轨道接头可分为与拖鞋相关的轴承垫形式两种。有悬空铁路和悬空轨道接头的铁路。(a)悬空(b)单枕垫(c)双枕垫，可以基于两个轨道接头位置的相对和错误的相位接触的缺点是车轮交替冲击接头(轨道状态不好的话，加剧车辆摇晃)。美国铁路多采用相位可拆卸轨道接头，我们铁路采用相对轨道接头。(a)相对轨道接头(b)相轨道接头，2.6.4接头类型可分为一般接头、轮廓接头、导电接头、绝缘粘合接头、伸缩接头和焊接接头，具体取决于导轨接头的功能。轨道形状接头用于连接两种不同类型的轨道，用于钻连接到轨道端点的导电线，以减少轨道电路的电流损失，因为轨道表面和夹板表面生锈了，连接器电阻很大。钢轨头部钻孔影响钢轨的疲劳强度，因此目前导电接头通常用喷焊连接导电线。绝缘连接器用于自动切断部分切断分区两端的导轨接头，以切断电流。(a)位于导轨粘合接头(b)线上的导轨粘合接头，轨道伸缩调节器(也称为伸缩接头)、轨道伸缩接头包括基本轨道和尖轨、锐利轨道固定、基本轨道向轨道外拉伸，使基本轨道在基本伸展时保持不变。2.6.5轨道连接不规则、有力的轨道连接是轨道结构的薄弱部分之一，连接保持轨道的几何位置，但在一定程度上破坏了轨道结构的连续性，这主要表现在轨道连接的轨道狭缝、台阶和折叠三个方面。(a)接头折弯角度(b)接头折弯角度、步长和轨道缝、由于轨道