第2章-动车组总体技术-2.3动车组限界

第2章动车组总体技术授课内容2.1动车组关键技术2.2动车组技术参数2.3动车组限界2.4动车组牵引力2.5动车轻量化技术第2章

动车组总体技术2.3

动车组限界一、性能参数学习知识点2.3.1铁路限界2.3.2动车组限界2.3.3动车组限界计算1.理解设置铁路限界的意义；2.掌握铁路限界相关概念；3.掌握动车组限界校核计算；4.了解线路概要相关知识学习知识点学习目标2.3.1铁路限界第2章动车组总体技术1.设置限界的意义限界是铁路安全行车的基本保证之一，为了使机车车辆能在一定范围的路网内通行无阻，不会因车辆外形尺寸设计不当、货物装载位置不当或建筑物与地面设备的位置不当而引起不安全的行车事故，必须用限界分别对机车、车辆及建筑物等地面设备的外形尺寸加以制约。扩展阅读：GB146.1-2020标准轨距铁路限界第1部分：机车车辆限界GB146.2-2020标准轨距铁路限界第2部分：建筑限界机车车辆限界建筑限界轨面2.铁路限界定义铁路限界都是由机车车辆限界和建筑限界两者共同组成的，两者间相互制约与依存。建筑限界和机车车辆限界均指在平直铁路线上两者中心线重合时的一组尺寸约束所构成的极限轮廓。机车车辆限界（车限）是限制机车车辆横断面的最大尺寸。建筑限界（建限）是每一铁道线路必须保证留有的最小空间的横断面尺寸。2.3.1铁路限界第2章动车组总体技术车限和建限及其相互关系示意图车辆限界活限界门建筑限界机车车辆限界轨面2.3.1铁路限界第2章动车组总体技术⑴车辆制造公差。⑵载荷作用下弹簧的下沉，及弹簧性能误差。⑶磨耗或永久变形。⑷轮轨间隙、车辆自身横向间隙。⑸走行过程车辆相对线路的偏移。⑹线路在列车反复作用下可能产生的变形。⑺运输某些特殊货物时可能会超限。⑻为应付特殊情况的裕留空间。2.静偏移限界3.动偏移限界4.动态包络线限界1.无偏移限界1.无偏移限界空间利用率最低2.静偏移限界我国GB146.13.动偏移限界UIC4.动态包络线限界地铁车辆注：UIC：UnionofInternationalCar，国际铁路联盟2.3.1铁路限界第2章动车组总体技术1.定义：机车车辆限界是与线路中心线垂直的，限制机车车辆外形尺寸的极限横断面轮廓。2.限界的使用：GB146.1-2020横向：以线路中垂线为基准，限界半宽表示，判断左右两侧宽度是否超限；垂向：以轨面为基准（距轨面高350mm），判断车辆在高度方向是否超限。若一辆车在某个横截面处的总宽虽不超限，但只要某侧半宽超限即为超限。分为上部限界和下部限界（1）上部限界（车限-1A）-距轨面高350mm以上部分限界（2）下部限界-距轨面高350mm及以下部分限界车限-1B车限-1C通过驼峰车辆减速器（缓解位置）的调车机车下部限界（车限-2）机车车辆限界建筑限界轨面2.3.1铁路限界第2章动车组总体技术新造车空载状态垂直面内最大尺寸可按车限-1A的最大尺寸设计制造。（车限-1A）2.3.1铁路限界第2章动车组总体技术进入GB146.2-2020中建限-1和建限-3的机车车辆下部限界为车限-1B（①车限-1B）2.3.1铁路限界第2章动车组总体技术进入GB146.2-2020中建限-4的机车车辆下部限界为车限-1C（②车限-1C）2.3.1铁路限界第2章动车组总体技术通过驼峰车辆减速器（顶）（缓解位置）的调车机车下部限界为车限-2③车限-22.3.1铁路限界第2章动车组总体技术1)当其停放在水平直线上且在无侧向倾斜和偏移时，除电力机车升起的受电弓外，其他任何部分均应容纳在限界轮廓之内，不得超越。2)校核时应以车体或转向架处于最低可能位置来考虑：在名义载重作用下的静挠度；按厂、段修规程检修限度表中允许的心盘、销套、轮辋等的最大磨耗；按检修限度表中弹簧、车体各梁允许的最大永久变形；2.3.1铁路限界第2章动车组总体技术3)竖直高度均从轨面算起，所有横向宽度均从中垂线向两侧计算。4)新造车需在空载状态下按机车车辆上部限界(车限-1A)校核其垂直面内的最大尺寸。5)新造机车车辆下部设计制造垂直尺寸在计入静载（或整备）下的弹簧静挠度以及最大磨耗后，不应小于车限-1B或车限-1C所规定的垂直尺寸。6)通过自动化、机械化驼峰的机车车辆，其下部设计制造垂直尺寸在计入静载（或整备）下的弹簧静挠度以及最大磨耗后，不应小于车限-2所规定的垂直尺寸。7）在按5）、6）确定新造车下部设计制造垂直尺寸时，不需另计入其动载下的弹簧动挠度。2.3.2动车组限界第2章动车组总体技术动车组限界是铁路限界中机车车辆限界的一个重要的组成部分，其制定和制定原则在国内外铁路运输部门都是具有十分重要的地位。国际上动车组总体设计方面的主要标准有UIC505-1《国际联运用机车(动车)的动态限界》、UIC505-2OI《国际联运用客车和其他客运车辆的动态限界》《日本既有线路和新干线的车辆限界》、《ICE技术任务书》以及UIC567《客车的一般规定》等。2020年，我国发布了《标准轨距铁路限界第1部分：机车车辆限界》(GB146.1-2020)标准，规定了高速铁路动车组限界轮廓和机车车辆外形轮廓在设计时应满足安全运行的要求，同时也是动车组外形设计的依据。2.3.2动车组限界第2章动车组总体技术CRH系列动车组受电弓结构限界的制订参照国家标准GB146.2-2020的限界规定2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术车辆偏移量的计算当车辆通过曲线时，其端部偏向曲线外侧，而中部偏向曲线内侧，偏移量的大小与车辆长度、车辆定距、转向架固定轴距以及曲线半径有关。（1）车辆在曲线上的偏移情况：2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术（1）二轴车在曲线上的静偏移量（横向）假设：轮对和钢轨之间没有间隙；车体和轮对在水平面内无相对位移。2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术充分利用限界，则2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术对于有两个转向架的四轴车，转向架心盘处也要向曲线内侧偏移。四轴车在曲线上的偏移状况·········（2）·········（3）式中：——车体长度的数值，mm；——转向架中心距的数值，mm；——转向架轴距的数值，mm；——计算曲线半径的数值，mm。·········（1）——转向架中部偏移量的数值，mm；2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术车体端部和中部的偏移量可表示为：2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术当两列车运行在同一曲线区段上时，内侧曲线上车辆的端部与外侧曲线上车辆的中部相距最近，它们是否会相碰，可作校核性计算车体与转向架在曲线处的相对位置2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术③两车的最小间隙为：①外侧车辆车体中部的偏移量②内侧车辆车体端部的偏移量——复线在曲线处的线间距，mm；——车体宽度，mm；第2章动车组总体技术(1)曲线上车限和建限之间应留更大空间；(2)影响车辆在曲线上静偏移量的因素：①曲线半径R和超高h；②车体长度L;③车辆定距l；④转向架固定轴距S。2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术(3)校核车体宽度是否超限计算曲线半径R=300m计算车辆（定义：在确定机车车辆最大宽度缩减量时所采用的具有给定车体长度和转向架中心距的名义车辆。）见下表计算车辆种类车体长度L（m）车辆定距l（m）L/l在计算曲线上的静偏移量中部（mm）端部（mm）113.229.351.41436.4236.39226181.444135146.7注：①第1种用于不符合GB146.2-2020的标准轨距铁路线路运行的车辆；②第2种用于符合GB146.2-2020的标准轨距铁路线路运行的车辆。2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术当其车体长度和转向架中心距不大于计算车辆的相应尺寸并且符合计算车辆的车体长度与转向架中心距的比例时，不需要缩减其最大容许宽度（3400mm）。当其车体长度或转向架中心距不满足（3）要求（大于计算车辆的相应尺寸或虽不大于但不符合计算车辆的车体长度与转向架中心距的比例）时，应相应地缩减其最大容许宽度，并按以下方法计算。

特种机车车辆参照本方法计算。在机车车辆设计时应符合以下规定：2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术机车车辆中部和端部最大偏移量按式（1）、式（2）计算：·········（1）·········（2）式中：——机车车辆中部最大偏移量的数值，单位为毫米(mm)；——机车车辆端部最大偏移量的数值，单位为毫米(mm)；——车体长度的数值，单位为米(m)；——转向架中心距的数值，单位为米(m)；——转向架轴距的数值，单位为米(m)；——计算曲线半径的数值，R=300，单位为米(m)。2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术机车车辆中部和端部最大容许宽度缩减量按式(3)、式(4)计算：··（3）··（4）机车车辆距轨面某一高度处最大容许宽度按式(5)计算：··（5）2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术例1：已知：车体长度L=25500mm，车辆定距l=18000mm，转向架固定轴距b=2400mm，车体宽度为3104mm。试校核该车宽是否满足限界要求。解：①车体中部最大偏移量为：137.4mm＞135mm；②车体端部最大偏移量为：133.5mm＜146.7mm；③3104/2+(137.4-135)=1554.4＜1700mm。没有超限。计算车辆种类车体长度L（m）车辆定距l（m）L/l在计算曲线上的静偏移量中部（mm）端部（mm）113.229.351.41436.4236.39226181.444135146.72.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术

解：(1)根据题意得：L=25500mm，l=18000mm，S=2400mm，R=300000mm（固定）(2)车体端部、中部偏移量分别为（采用第2种计算车辆）(3)车体最大允许宽度当车体中部、端部偏移量均小于计算车辆在计算曲线上的偏移量时，车体最大宽度为1700×2=3400mm（固定），当车体中部、端部偏移量任意一个大于计算车辆在计算曲线上的偏移量时，车体最大宽度必须修正，即车体半宽减去车体中部和端部偏移量超偏最大值：(4)结论车体设计宽度3104mm小于最大宽度3395.2mm，没有超限。2.3.3动车组限界计算第2章动车组总体技术1.何谓限界？包括哪几种类型？2.车辆限界的目的是什么？复习思考题1.已知：车体长度L=25000mm，车辆定距l=17500mm，转向架固定轴距b=2500mm，车体宽度为3300mm。试校核该车宽是否满足限界要求。2.某站厂，一列25型车停在半径是200m的曲线上，曲线外侧、线间距4.6m的另一股道上，一组编挂有D10型长大车的货车正在通过（D10

使用二台321型转向架）。试问D10

与25型车的最小间距。作业题两车位置图第2章动车组总体技术第2章动车组总体技术作业题2：

D10型车的参数：25型车的参数：第2章动车组总体技术线路构造概要自学内容线路是铁路列车运行的基础。铁路线路是由路基、轨道和桥、隧建筑物组成的一个整体工程。根据铁路在路网中的作用、性质和远期客货运量，铁路划分为三级：Ⅰ级：骨干网，远期年客货运量≥15Mt；Ⅱ级：骨干网或辅助网，远期年客货运量7.5～15Mt；Ⅲ级：地方网，远期年客货运量＜7.5Mt。第2章动车组总体技术1.线路的基本结构

线路包括：轨道、路基和桥隧建筑物。第2章动车组总体技术1.线路的基本结构钢轨轨道的组成及作用防爬设备轨枕道床联结零件道岔作用：轨道起着机车车辆运行的导向作用，直接承受由车轮传来的巨大压力，并把它传递给路基或桥隧建筑物。第2章动车组总体技术（一）钢轨

1）支承和引导车轮；2）为车轮滚动提供阻力较小的表面；3）承受车轮的作用力并传布于轨枕；4）在电气化铁路和自动闭塞区段，作为轨道电路使用。1.钢轨的功用2.钢轨的特点钢轨的作用要求它应当具备足够的刚度、韧度、硬度、顶面粗糙等特点。

刚度——抵抗由动荷载引起的挠曲变形；韧度——防止动荷载引起钢轨折断；

硬度——防止被车轮压陷或磨损太快；

顶面粗糙度——有利于机车的牵引力、制动力的实现。39第2章动车组总体技术（一）钢轨

在我国，钢轨的类型以每米长度的大致质量的kg整数（kg/m）表示，现行的标准钢轨类型有：75kg/m

、60kg/m

、50kg/m

等。3、钢轨类型及长度我国标准钢轨长度为12.5m及25m两种。

为使钢轨接头对接，曲线内股应使用厂制缩短轨。12.5m标准轨的缩短量为40mm，80mm，120mm三种；25m标准轨的缩短量为40mm，80mm，160mm三种。第2章动车组总体技术（一）钢轨5、轨缝

普通轨道为适应钢轨热胀冷缩的需要，钢轨接头处必须留有一定的缝隙。预留轨缝不应太小，以免高温时钢轨伸长而无伸长余地；轨缝也不应太大，以免低温时钢轨缩短，缝隙过大，严重影响运行。第2章动车组总体技术（二）轨枕

1)承受钢轨的垂直力、水平力。2)传递这二力给道床和路基。3)保持钢轨方向、位置、轨距。1、轨枕的功用

坚固耐久、具有弹性、造价合理、制造维修方便。2、轨枕的特点第2章动车组总体技术（三）钢轨联结零件两节钢轨的末端，用接头联结零件联结。接头联结零件1、接头联结零件可以分为：木枕联结扣件和混凝土枕联结扣件。2、中间联结扣件把钢轨与轨枕牢固地联结起来，以确保钢轨位置稳定。我国木枕轨道地段中间联结方式主要有混合式和分开式。第2章动车组总体技术（四）道床

道床铺设在路基面上的石碴（道碴）垫层，介于轨枕与路基之间，是轨道的重要组成部分。1、道床的功用与材料选择道床断面

1）承受来自轨枕的压力，均匀的传递到路基；2）固定轨枕的位置，阻止轨枕纵向或横向移动，保持轨道的稳定；3）提供轨道弹性，缓和机车车辆轮对对钢轨的冲击；4）提供良好的排水性能，减少路基病害；便于轨道养护维修作业。碎石道床示意图

以碎石、矿渣、沙子等为材质构成的碎石道床，满足以上几点要求，价廉物美，是我国目前使用最广泛的道床类型。

第2章动车组总体技术（四）道床1）质地坚硬，耐压、耐磨，具有弹性；2）排水性能好，吸水度小；3）不易风化、侵蚀。2、道床应具备的性能道床断面为梯形，主要有三个要素：1）道床厚度（h）:足够的厚度，确保轨道稳定。2）顶面宽度（b）：一般为3米。3）边坡坡度（i）道床纵断面示意图3、道床断面第2章动车组总体技术（五）防爬设备

列车运行时，车轮作用于钢轨上除产生竖直力和横向力外，还产生一个纵向水平推力，能引起钢轨的纵向移动，有时甚至带动轨枕沿着线路方向一起移动，此种现象称为轨道的爬行。通过安装防爬设备来加强接头扣件、中间扣件的扣紧力以防止爬行。防止爬行的措施在曲线地段，由于列车横向力的作用，很容易引起轨距扩大。预防方法是采用轨距拉杆进行加固。

在直线地段，由于列车纵向力的作用，轨枕可能被拉斜。预防方法是将防爬器与防爬支撑配合使用。第2章动车组总体技术（六）轨距从轨道横断面上来看，轨道的几何形位包括轨距、水平和轨底坡。在线路同一断面处左右两股钢轨顶面的高度差，简称“水平”。直线部分高差不能超过4mm。在直线上钢轨不是竖直铺设，而要向内倾斜1:40的坡度，称为轨底坡。轨距示意图第2章动车组总体技术（六）轨距

两根钢轨轨头内侧之间的距离称为轨距。我国规定，轨距应在钢轨头部内侧顶面下16mm处测量。我国铁路主要采用1435mm的标准轨距，世界各国铁路也普遍采用1435mm的轨距。轨距宽于1435mm的称为宽轨铁路，如俄罗斯采用1524mm的宽轨铁路；轨距窄于1435mm的称为窄轨铁路，我国云南省曾有从昆明至河口的1000mm的窄轨铁路。在机车车辆不断运行的情况下，轨距可能产生一定的误差，我国规定标准轨距的误差宽不得超过6mm，窄不得超过2mm。为保证机车车辆顺利通过小半径曲线，曲线轨距应考虑加宽。第2章动车组总体技术（七）道岔

机车车辆在运行过程中，常常需要由一条线路转入另一条线路，或跨越其它线路。在就需要设置线路的连接与交叉设备，即道岔。

道岔是铁路轨道的重要组成部分。由于道岔数量多、使用寿命短、限制列车速度、行车安全性低，与曲线、接头并称为轨道的三大薄弱环节。第2章动车组总体技术二、线路纵断面构造铁路线路在空间的位置是用它的中心线来表示的。第2章动车组总体技术1.铁路线路的平面和纵断面线路中心线是指距外轨半个轨距的铅垂线AB与两路肩边缘水平连线CD交点O的纵向连线。如下图所示：LL/2ABDCO第2章动车组总体技术1.铁路线路的平面和纵断面

线路中心线在水平面上的投影，叫做铁路线路的平面(俯视)，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（侧视），表明线路的坡度变化。线路纵断面线路平面第2章动车组总体技术2.限制坡度、加力牵引坡度及动能坡度（1）限制坡度限制坡度是这样一种坡度：在这个坡度上，一台机车牵引列车连续上坡运行时，列车运行速度最终能够稳定在机车计算速度的水平上。又陡又长限制坡度的选定，需要考虑以下问题：首先，要确保列车运行速度不能过低。其次，需考虑：铁路等级、地形条件、牵引种类、运输要求、邻线牵引定数。线路级别一般路段困难路段Ⅰ级6‰12‰Ⅱ级6‰15‰Ⅲ级15‰20‰第2章动车组总体技术2.限制坡度、加力牵引坡度及动能坡度（2）加力牵引坡度在一条铁路线的全线范围内，地形是不相同的。有一般地段，有困难地段，还可能有特殊困难地段(如跨越山岭地段)。在特殊困难地段，线路纵断面的设计有两个方案：

A.可以修建隧道穿过山岭；

B.也可以利用高坡(坡度值大于限制坡度数值的坡段)跨越山岭。在这个坡段上，列车必须以双机牵引或多机牵引。这种坡段称为加力牵引坡段。例如，我国京张铁路的关沟段和宝成铁路的宝凤段，都采用了加力牵引坡段。第2章动车组总体技术2.限制坡度、加力牵引坡度及动能坡度（3）动能坡度

机车牵引按限制坡度计算的列车质量，利用列车的牵引力和积累的动能，以不低于机车的计算速度所闯过的、大于限制坡度的坡度称动能坡度。变坡点与坡段长度到发线有效长度1050850750650550坡段长度500400350300250相连坡段的连接①减小车钩上下错动，避免脱钩；②减小车辆的垂向加速度，保证舒适性。线路级别竖曲线半径Ⅰ级10000mⅡ级10000mⅢ级5000m驼峰构造：编组站为了加快货物列车的分解与编组，人工设置一个土堆。第2章动车组总体技术

用一定的比例尺，把线路中心线及其两侧的地面情况投影到水平面上，就是铁路线路平面图。线路平面图和纵断面图是铁路勘测设计、施工和运营的重要文件。线路平面图三、线路平面构造第2章动车组总体技术三、线路平面构造直线：直线沿平面向前延伸时分为有缝线路和无缝线路两种。曲线：区间线路最小曲线半径对于客运专线（如秦沈客运专线）来说，区间线路的最小曲线半径为2800m，不得低于2200m。缓和曲线：由于直线与圆曲线的线路构造不完全相同，为了保证行车的安全与平顺，在直线与圆曲线之间设置一段缓和曲线。道岔是一种使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备，线路平面构造包括：直线、曲线、缓和曲线和道岔第2章动车组总体技术三、线路平面构造两股钢轨顶部应在同一水平面上。①有缝线路：12.5m和25m②无缝线路:用普通钢轨焊接而成。提高车辆运行的平稳性，减少了对线路的破坏。线路的平面由直线、曲线（圆曲线及缓和曲线）组成。1.直线第2章动车组总体技术（1）外轨超高平衡离心力使内外两股钢轨受力均匀，垂直磨耗均等旅客不因离心加速度而感到不适HGF外轨超高2.曲线将外轨抬高一定程度。曲线：区间线路最小曲线半径对于客运专线（如秦沈客运专线）来说，区间线路的最小曲线半径为2800m，不得低于2200m。第2章动车组总体技术2.曲线为防止轮对被轨道楔住或