轨道工程二钢轨PPT课件

第二章钢轨，了解钢轨，钢轨的功能和类型，2.1钢轨，2.2钢轨断面设计原则和中国主要钢轨断面形状，2.3钢轨材料和机械指标，2.4钢轨允许偏差和平整度，2.5钢轨损坏，2.6钢轨接头，5.2.1钢轨功能和类型，钢轨是钢轨的主要组成部分。它的功能是引导机车车辆的车轮向前移动，承受车轮的巨大压力，并将其传递给枕木。铁轨必须为车轮提供连续、平滑且阻力最小的滚动表面。在电气化铁路或自动闭塞区段，钢轨也可用作轨道电路。(1)为车轮提供连续、平滑且阻力最小的滚动表面，以引导车辆前进。2)钢轨应承受车轮的巨大垂直压力，并以分散的形式传递给轨枕。3)为轨道电路提供导体。铁轨的类型用每米铁轨质量的千克数来表示。我国铁路使用的钢轨有75公斤/米、60公斤/米、50公斤/米、43公斤/米和38公斤/米。目前，中国铁路的固定长度分别为12.5米和25米。各国铁路的固定长度各不相同。我国新建客运专线使用的定长钢轨长度为50m或100米。9、2.2钢轨断面设计原则和我国主要钢轨断面形状，2.2.1断面，10，并且轨道横截面为工字形。钢轨分为轨头、轨腰和轨底。轨头应具有足够的表面积和厚度，以延迟轨头挤压和磨损；轨腰主要承受剪切力，使钢轨具有较大的垂直刚度。轨底应有一定的宽度，以分散压力和保持稳定。轨头应大而厚，并具有适合车轮踏面的形状，以改善轮轨接触条件，提高抗凹陷能力，同时具有足够的磨损支撑面积。虽然轨道的顶面具有足够的宽度，但是为了使车轮传递的压力更集中在轨道的中心轴线上，顶面具有凸起的圆弧形状。圆弧的半径不能太小。虽然压力可以集中在轨道的中心轴上，但是由于车轮和轨道之间的接触面积太小，所以不会引起太大的接触应力。我国铁路轻轨顶面通常由半径为300毫米的圆弧组成，重轨顶面由半径分别为80毫米300毫米80毫米和80毫米500毫米80毫米的三个复合圆弧组成。轨腰必须有足够的厚度和高度，并有较大的承载力和抗弯能力。对于轨腰与轨头和轨底之间的连接，必须确保夹板有足够的支撑面，并且横截面的变化不要太突然，以免应力过度集中。因此，复杂的曲线可用于轨腰和轨头之间的连接。例如，中国的CHN60标准轨采用半径为25毫米和8毫米的复杂曲线进行连接。轨腰与轨底的连接曲线一般采用半径为14 20 mm的单曲线，轨底直接支撑在轨枕顶面上。为了保持钢轨的稳定性，钢轨应具有足够的宽度和厚度以及必要的刚度和耐腐蚀性。钢轨的高度应确保钢轨具有足够的惯性矩和横截面系数来承受车轮的垂直压力，并确保钢轨在横向水平力的作用下具有足够的稳定性。尺寸经验公式：轨顶面宽度b=0.34M米51.70(mm)轨腰厚度t=0.16M米7.08(mm)轨身高度H=1.92M米54.16(mm)轨底宽度B=1.25M米69.25(mm)M为每米钢轨质量(kg)。16、2.3钢轨材料及其力学指标。2.3.1钢轨材料钢轨材料是指钢轨的化学成分及其金相组织(指在金属结构中具有相同化学成分、晶体结构和物理性能的成分，包括固溶体、金属化合物和纯物质)。钢轨高可靠性的前提是钢轨材料具有高纯度和合理的化学成分。钢轨的质量问题主要是由于钢轨内部夹杂物和缺陷造成的疲劳损伤。因此，提高钢轨材料的纯度是降低钢轨疲劳损伤、提高钢轨可靠性和延长使用寿命的有效途径之一碳-抗拉强度锰-强度和韧性硅-增加密度的有害成分：磷-冷脆硫-热脆。19、2.3.2钢轨的机械性能强度极限b、屈服极限s、疲劳极限r、延伸率s、断面收缩率、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、磨耗、压碎、断裂等损伤有很大影响。将一定尺寸(直径10毫米)的硬化钢球以一定的载荷(一般为3000公斤)压入材料表面，并保持一段时间。卸载后，载荷与压痕面积的比值为布氏硬度值(HB)，单位为千克力/平方毫米(N/平方毫米)。布氏硬度测量准确可靠，布氏硬度范围为8650HB。然而，血红蛋白通常仅适用于低于450牛顿/平方毫米(兆帕)的金属材料，不适用于较硬的钢或较薄的板。在钢管标准中，布氏硬度使用最广泛。压痕直径D常用来表示材料的硬度，直观方便。嘿。嘿。21，2.4钢轨尺寸允许偏差和直线度要求，2.4.1为确保列车运行的稳定性，要求轨道几何形状和位置的稳定性，轨头轮轨接触光带的位置和宽度的稳定性，而要实现这一点，钢轨的整体尺寸精度高和直线度高是必不可少的。钢轨焊接接头是无缝线路个体不规则性的来源之一。钢轨与钢轨母材的焊接材料、金相组织、硬度和韧性的差异、焊接设备的精度以及操作人员的技术熟练程度都会导致钢轨焊接接头处的钢轨表面不平整。钢轨焊接接头有三种类型：接触焊、气压焊和铝热焊。为了保证高速列车的高速平稳运行，减少轮轨间的动力作用，对钢轨焊接接头的焊接质量和直线度提出了更高的要求。因此，钢轨焊接接头也是钢轨表面不平直的控制部分。24，2.5钢轨损伤，常见损伤类型：1、钢轨接头螺栓孔裂纹和焊接接头裂纹2、轨头铁芯损伤3、轨头剥落4、钢轨磨损，25、2.5.1钢轨接头螺栓孔裂纹和焊接接头裂纹在普通线路上是不可避免的。通常在轨腰和轴附近钻孔以安装连接螺栓。由于钻了轨腰，钢轨的强度减弱了。在钢轨的应力传递过程中，应力集中发生在螺栓孔周围。同时，由于车轮通过接头时的冲击，螺栓孔周围的应力集中更加严重。图2-5钢轨接头螺栓孔裂纹图2-6钢轨焊接接头裂纹。26，在轮轨冲击载荷下，螺栓孔周围产生肉眼看不见的45度斜向微裂纹。在列车载荷下，裂纹进一步扩展并产生裂纹。由于焊接材料和轨底材料之间的不一致性，焊缝和轨底材料处的钢轨磨损导致轨面不平整，这增加了轮轨冲击载荷，从而导致焊接接头轨断裂。27、2.5.2轨头核损伤是对交通最危险的损伤之一。在列车荷载的反复作用下，轨头内部出现极其复杂的应力分布和应力状态，导致小裂纹横向扩展，形成核损伤，直至核损伤周围的钢筋强度不足以抵抗车轮荷载下的应力，钢轨突然断裂。图2-7轨头核心损伤，28，原因：内部原因：制造过程中钢轨中的非金属夹杂物或微气泡。外因：在列车荷载的作用下，会产生巨大的接触应力，造成钢轨接触疲劳损伤。措施：提高钢轨的纯净度，减少钢轨中的非金属夹杂物；提高钢轨的接触疲劳强度；提高轨道结构的弹性，降低轮轨冲击载荷。29，图2-8 45轨头圆角处的轻微倾斜裂纹图2-9轨面剥离，2.5.3轨头剥离。30、2.5.3轨头剥离轨头剥离是当今重载铁路运输中常见的钢轨损伤，主要发生在轨头的内圆角处。主要原因是轨头内侧圆角处的轮轨接触应力较大，轨面以下几毫米处的剪应力导致钢轨的剪切疲劳。裂缝产生后，即剥离初期，钢轨表面呈规则的45度微倾斜裂纹，方向与行车方向相反。当裂纹区域达到一定程度时，裂纹的顶层会在车轮的滚动下产生塑性变形，最终断裂并在钢轨表面出现凹坑。32、2.5.4钢轨磨耗分为垂直磨耗、轨头侧磨耗和波浪磨耗。垂直磨损与轮轨间的垂直力、轮轨间的爬行和摩擦等有关。随着通过管线的总质量的增加，垂直磨损也相应增加。侧面磨损主要发生在曲线钢轨的外侧。钢轨的侧磨缩小了轨头的宽度。钢轨侧磨过程中，轨头下侧的钢材会产生塑性变形、裂纹甚至核损伤。图2-10轨侧磨损和测量图2-11轨侧磨损和头侧铁芯损伤。34，中国将钢轨磨损分为轻伤和重伤。波浪磨损是指钢轨投入运行后，钢轨表面有规律地发生周期性磨损和塑性变形。波磨一般发生在曲线段，波磨在列车制动段发生的概率和磨损率都很大。图2-12钢轨的波纹磨损。36、2.5.5钢轨探伤，根据钢轨探伤设备的工作原理，分为电磁探伤和超声波探伤。超声波探伤：当超声波被注入钢轨的核损伤、裂纹或其他损伤时，它们在钢与空气的界面处被阻挡，产生反射波，电子仪器可以接收和显示这些反射波，从而发现钢轨内部的伤痕。37，2.6钢轨接头，位于两个固定长度的钢轨之间，通过夹板连接形成连续的轨道，称为钢轨接头。2.6.1接头连接件钢轨接头的连接件由夹板、螺栓、螺母和弹簧垫圈组成。接头夹板的功能是夹紧导轨。接头夹板分为斜坡支撑型和弧形支撑型，(一)斜坡支撑型，(二)弧形支撑型，39、2.6.2钢轨接头为使钢轨受热膨胀，受冻收缩，应在普通线路的钢轨接头处预留钢轨接头。轨缝尺寸根据铁道部铁路线路维修规则预留轨缝公式计算：0=L(TZ-T0)0.5G，其中为钢轨线性膨胀系数(0.0118mm/m)；l是钢轨长度；Tz是本地中间轨道温度；T0是调整轨缝时的轨温；g是钢轨的结构钢轨间隙(18毫米)。40、2.6.3接头布置钢轨接头在轨枕垫方面可分为两种类型：悬挂式和垫式。中国铁路使用悬挂式钢轨接头。悬挂式(b)单枕垫式(c)双枕垫式。根据两个轨道接头的位置，41可分为相对型和相位交错型，其缺点是车轮交替冲击接头，如果轨道状况不好，车辆的振动将会加剧。美国铁路大多使用交错钢轨接头，而中国铁路使用相对钢轨接头。相对钢轨接头(b)相位交错钢轨接头。42、2.6.4根据钢轨接头的功能，接头类型可分为普通接头、异形接头、导电接头、绝缘胶接接头、伸缩接头和焊接接头。异形钢轨接头用于连接两种不同类型的钢轨。43岁。钢轨表面和夹板表面生锈导致接头阻力大。为了减少轨道电路的电流损耗，在轨道末端钻孔以连接导线。由于在轨头上钻孔会影响钢轨的疲劳强度，所以目前的导电接头通常采用喷焊来连接导线。绝缘接头用于自动闭塞区段闭塞区段两端的轨道接头上，以阻断电流。(a)钢轨胶接接头(b)铺设在线路上的钢轨胶接接头。45、伸缩接头也称为钢轨伸缩调节器。钢轨伸缩接头分为基本钢轨和尖轨。尖轨是固定的，基本轨向轨的外侧扩展和收缩，从而确保轨距在基本扩展期间保持不变。