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轨道几何尺寸
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发表于 2014-2-24 18:29 | 只看该作者 |倒序浏览 |阅读模式

　　轨道几何尺寸

　　直线轨道的几何尺寸

　　轨道的几何形位按照静态与动态两种状况进行管理。静态几何形位是轨道不行车时的状况，采用道尺等工具测量。动态几何形位是行车条件下的轨道状况，采用轨道检查车测量。本书仅介绍轨道几何形位的静态作业验收标准，其余内容可参见《铁路线路维修规则》。

　　一、轨距

　　轨距是指钢轨顶面下16mm范围内两股钢轨作用边之间的最小距离。

　　因为钢轨头部外形由不同半径的复曲线所组成，钢轨底面设有轨底坡，钢轨向内倾斜，车轮轮缘与钢轨侧面接触点发生在钢轨顶面下10～16mm之间，我国《技规》规定轨距测量部位在钢轨顶面下16mm处，如图2-4所示，在此处，轨距一般不受钢轨磨耗和肥边底影响，便于轨道维修工作的实施。

　　目前世界上的铁路轨迹，分为标准轨距、宽轨距和窄轨距三种。标准轨距尺寸为1435mm。大于标准轨距的称为宽轨距，如1524mm、1600mm、1670mm等，用于俄罗斯、印度技澳大利亚、蒙古等国。小于标准轨距底称为窄轨距，如1000mm、1067mm、762mm、610mm等，日本既有线《非高速铁路》采用1067mm轨距。

　　我国铁路轨距绝大多数为标准轨距，仅在云南省境内尚保留有1000mm轨距。台湾省铁路采用1067mm轨距。也有少数地方铁路和工矿企业铁路采用窄轨距。

　　轨距用道尺测量，容许偏差值为+6mm和-2mm，即宽不能超过1441mm,窄不能小于1433mm。轨距变化应和缓平顺，其变化率：正线、发线不应超过2％（规定递减部分除外），站线和专用线不得超过3％，即在1m长度内的轨距变化值；正线、到发线不得超过2mm，站线和专用线不得超过3mm。

　　为使机车车辆能在线路上两股钢轨间顺利通过，机车车辆的轮对宽度应小于轨距。当轮对的一个车轮轮缘紧贴一股钢轨的作用边时，另一个车轮轮缘与另一股钢轨作用边之间便形成一定的间隙，这个间隙称为游间，如图2-5所示。

　　轮距和轮对宽度都规定有容许的最大值和最小值。若轨距最大值为Smax,最小值为Smin,轮对宽度最大值为qmax,最小值为qmin,则游间最大值游间最小值

　　我国机车车辆的轮对宽度q值见表2-1，轮轨游间见表2-2。

　　表2-2轮轨游间表

　　车轮名称        轮轨游间δ值(mm)

　　最大        正常        最小

　　机车轮        45        16        11

　　车辆轮        47        14        9

　　轮轨游间δ的大小，对列车运行的平稳性和轨道的稳定性有重要的影响。如δ则列车运行的蛇行幅度就大，列车左右摆动就大，作用于钢轨的横向力就大，动能损失就大，轮轨间撞击也大，加剧轮轨磨耗和轨道变形，严重时将引起撑道脱线，危及行车安全。如δ太小，则增加行车阻力和轮轨磨耗，严重时还可能楔住轮对、挤翻钢轨或导致爬轨事件，危及行车安全。

　　为了提高列车运行的平稳性和线路的稳定性，减少轮轨磨耗和动能损失，确保行车安全，需要把游间限制在一个合理的范围内。根据窝火现场测试和养护维修经验，认为减小直线轨距有利。改道时轨距按1434mm或1433mm控制，尽管轨头有少量侧磨发生，但达到轨距超限的时间得以延长，有利于提高行车平稳性，延长维修周期。随着行车速度的日益提高，目前世界上一些国家正治理于通过实验研究的办法以寻求游间δ合理取值。

　　二、水平

　　水平是指线路左右两股钢轨顶面的相对高差。在直线地段，两股钢轨顶面应置于同一水平面上，使两股钢轨所受荷载均匀，以保持列车平稳运行。水平用道尺或其它工具测量。线路维修时，两股钢轨顶面水平误差不得超过规定值。

　　《铁路线路维修规则》规定：两股钢轨顶面水平的容许偏差，正线及到发线不得大于4mm，其它站线不得大于5mm。

　　两股钢轨顶面的水平偏差值，沿线路方向的变化率不可不大。在1m距离内，这个变化不可超过1mm，否则即使两股钢轨的水平偏差不超过允许范围，也将引起机车车辆的剧烈摇晃。

　　实践中有二种性质不同的钢轨水平偏差，对行车的危害程度也不相同。一种偏差称为水平差，这就是在一段规定的距离内，一股钢轨的顶面始终比另一股高，高差值超过容许偏差值。另一种称为三角坑，其含义是在一段规定的距离内，先是左股钢轨高于右股，后是右股高于左股，高差值超过容许偏差值，而且两个最大水平误差点之间的距离，不足18m。

　　在一般情况下，超过允许限值的水平差，只是引起车辆摇晃和两股钢轨的不均匀受力，并导致钢轨不均匀磨耗。但如果在延长不足18m的距离内出现水平差超过4mm的三角坑，将使同一转向架的四个车轮中，只有三个正常压紧钢轨，另一个形成减载或悬空。如果恰好在这个车轮上出现较大的横向力，就有可能是浮起的车轮只能以它的轮缘贴紧钢轨，在最不利的情况下甚至可能爬上钢轨，引起脱轨事故。因此，一旦发现必须立即消除.

　　三、轨向

　　轨向是指轨道中心线在水平面上的平顺性。严格地说，经过运营的直线轨道并非直线，而是由许多波长10～20m的曲线所组成，因其曲度很小，故通常不易察觉。若直线不直则必然引起列车的蛇行运动。在行驶快速列车的线路上，线路方向对行车的平稳性具有特别重要的影响。相对轨距来说，轨道方向往往是行车平稳性的控制性因素。只要方向偏差保持在容许范围以内，轨距变化对车辆振动的影响就处于从属地位。

　　在无缝线路地段，若轨道方向不良，还可能在高温季节引发胀轨跑道事件（轨道发生明显得不规则横向位移），严重威胁行车安全。

　　《铁路线路维修规则》规定：直线方向必须目视平顺，用10m弦测量，正线上正矢不超过4mm；站线及专用线，不得超过5mm。

　　四、前后高低

　　轨道沿线路方向的竖向平顺性称为前后高低。新铺或经过大修后的线路，即使其轨面是平顺的，但是经过一段时间列车运行后，由于路基状态、捣固坚实程度、扣件松紧、枕木腐朽和钢轨磨耗的不一致性，就会产生不均匀下沉，造成轨面前后高低不平，即在有些地段（往往在钢轨街头附近）下沉较多，出现坑洼，这种不平顺，称为静态不平顺；有些地段，从表面上看，轨面是平顺的，但实际上轨底与铁垫板或轨枕之间存在间隙（间隙超过2mm时称为吊板），或轨枕底与道碴之间存在空隙（空隙超过2mm时称为空板或暗坑），或轨道基础弹性的不均匀（路基填筑的不均匀，道床弹性的不均匀等），当列车通过时，这些地段的轨道下沉不一致，也会产生不平顺，之中不平顺称为动态不平顺，随着高速铁路的发展，动态不平顺已广泛收到关注。

　　轨道前后高低不平顺，危害甚大。列车通过这些地方时，冲击动力增加，加速道床边形，从而耕进一步扩大不平顺，加剧机车车辆对轨道的破坏，形成一个恶性循环过程。

　　一般地说，前后高低不平顺的破坏作用同不平顺（坑洼）的长度成反比，二同它的深度则成正比。

　　当车轮通过这些不平顺时，动压力增加。根据试验，连续三个空吊板可以使钢轨受力增加一倍以上。一般来说，长度在4m以下地不平顺，将引起机车车辆对轨道产生较大的破坏作用，从而加速道床变形。因此，养路工区决不能允许这种不平顺存在，一旦发现，应在紧急补修中加以消除。

　　钢轨不平顺

　　长度在100~200mm范围内的不平顺，主要起因于钢轨波浪形磨耗，焊接接头低塌，或轨面擦伤等。通过该处的车轮，形成对轨道的冲击作用，行车速度愈高，冲击愈大。例如，根据沪宁线混凝土轨枕道床板结地段的一个试验，将钢轨人为地打磨成如图所示的不平顺（模拟焊接接头打塌后的形状）。列车以90km/h的速度通过时，一个动轮产生的冲击力达到300kN左右，接近于3倍静轮重。但是，对于这种不平顺，往往容易忽视，轨道检查车也不能完全反映出来。

　　经过维修或大修的轨道，要求目视平顺，前后高低偏差用10mm量测的最大矢度不应超过4mm。

　　五、轨底坡

　　由于车轮踏面与钢轨顶面主要接触部分是1/20的斜坡，为了使钢轨轴心受力，钢轨也应有一个向内的倾斜度，因此轨底与轨道平面之间应形成一个横向坡度，称之为轨底坡。

　　钢轨设置轨底坡，可使其轮轨接触集中于轨顶中部，提高钢轨的横向稳定能力，减轻轨头不均匀磨耗。分析研究指出，轨头中部塑性变形底积累比之两侧较为缓慢，故而设置轨底坡也有利于减小轨头塑性变形，延长使用寿命。

　　我国铁路在1965年以前，轨底坡设定为1/20。但在机车车辆的动力作用下，轨道发生弹性挤开，轨枕产生挠曲和弹性压缩，加上垫板与轨枕不密贴，道钉的扣压力不足等原因，实际轨底坡与原设计轨底坡有较大的出入。另外车轮踏面经过一段时间的磨耗后原来1/20的斜面也接近1/40的坡度。所以1965年以后，我国铁路的轨底坡统一改为1/40。

　　曲线地段的外轨设有超高，轨枕处于倾斜状态。当其倾斜到一定程度时，内轨钢轨中心线将偏离垂直线而外傾，在车轮荷载作用下有可能推翻钢轨。因此，在曲线地段应视其外轨超高值而加大内轨的轨底坡。调整的范围见表2-3。

　　应当说明，以上所述轨底坡的大小是钢轨在不受列车荷载作用情况下的理论值。在复杂的列车动荷载作用下，轨道各部件将产生不同程度的弹性和塑性变形，静态条件下设置的1/40轨底坡在列车动荷载作用下不一定保持1/40。轨底坡设置是否正确，可根据钢轨顶面上由车轮碾磨形成的光带位置来看。如光带偏离轨顶中心向内，说明轨底坡不足；如光带偏离轨顶中心向外，说明轨底坡过大；如光带居中，说明轨底坡合适。线路养护工作中，可根据光带位置调整轨底坡的大小。

　　内股钢轨轨底楔型或枕木砍削倾斜度

　　外缘超高(mm)        轨枕面最大倾斜        铁垫板或承轨槽面倾斜度

　　0        1/20        1/40

　　0～75        1:20        1:20        0        1:40

　　80～125        1:12        1:12        1:30        1:17

　　曲线轨道几何尺寸

　　概述

　　机车车辆进入曲线轨道时，仍然存在保持其原有形式方向的惯性，只是受到外轨的引导作用方才沿着曲线轨道行驶。在小半径曲线，为使机车车辆顺利通过曲线而不致被楔住或挤开轨道，减小轮轨间的横向作用力，以减少轮轨磨耗，轨距要适当加宽。加宽轨距，系将曲线轨道内轨向曲线中心方向移动，曲线外轨的位置则保持与轨道中心半个桂剧的距离不变。曲线轨道的加宽值与机车车辆转向架在曲线上的几何位置有关。

　　一、转向架的内接形式

　　由于轮轨游间的存在，机车车辆的车架或转向架通过曲线轨道时，可以占有不同的几何位置，即可以有不同的内接形式。随着轨距大小的不同，机车车辆在曲线上可呈现以下四种内接形式：

　　1.斜接。机车车辆车架或转向架的外侧最前位车轮轮缘与外轨作用边接触，内侧最后位车轮轮缘与内轨作用边接触，如图所示。

　　2.自由内接。机车车辆车架或转向架的外侧最前位车轮轮缘与外轨作用边接触其它各轮轮缘无接触地在轨道上自由行驶，如图所示。

　　3.楔形内接。机车车辆车架或转向架的最前位和最后位外侧车轮轮缘同时与外轨作用边接触，内侧中间车轮的轮缘与内轨作用边接触，所示。

　　机车通过曲线的内接形式

　　4.正常强制内接。为避免机车车辆以楔形内接形式通过曲线，对楔形内接所需轨距增加，此时转向架在曲线上所处的位置称为正常强制内接。

　　二、曲线轨距加宽的确定原则

　　已如上述，机车车辆通过曲线的内接形式，随着轮轨游间大小而定。根据运营经验以自由内接最为有利，但机车车辆的固定轴距长短不一，不能全部满足自由内接通过。为此，确定轨距加宽必须满足如下原则：

　　1.保证占列车大多数的车辆能以自由内接形式通过曲线；

　　2.保证固定轴距较长的机车通过曲线时，不出现楔形内接，但允许以正常强制内接形式通过；

　　3.保证车轮不掉道，即最大轨距不超过容许限度。

　　三、根据车辆条件确定轨距加宽

　　我国绝大部分的车辆转向架是两轴转向架。当两轴转向架以自由内接形式通过曲线时，前轴外轮轮缘与外轨的作用边接触，后轴占据曲线垂直半径的位置。则自由内接形式所需最小轨距为：

　　式中Sf--自由内接所需轨距；

　　qmax--最大轮对宽；

　　f0--外矢距，其值为

　　其中L--转向架固定轴距，

　　R--曲线半径。

　　以S0表示直线轨距，则曲线轨距加宽值e应为：

　　现以我国目前主型客车"202"型转向架为例计算如下：

　　设R=350m,L=2.4m,qmax=1424m

　　则mm

　　由以上计算可见，曲线半径为350m及以上的曲线，轨距不需加宽。

　　四、根据机车条件检算轨距加宽

　　在行驶的列车中，机车数量比车辆少得多，应次允许机车按较自由内接所需轨距为小的"正常强制内接"通过曲线。

　　假设一个车轴没有横动量的四轴机车车架，在轨道中处于楔形内接形态。

　　车架处于楔形内接时的轨距应为：

　　式中qmax--最大轮对宽度；

　　f0--前后两端车轴的外轮在外轨处所形成的矢距，其值为：

　　其中

　　L1--第一轴至第二轴距离，

　　L2--第二轴至第三轴距离，

　　L3--第三轴至第四轴距离；

　　fi--中间两个车轴的内轮在内轨处形成的矢距，其值为：

　　其中Li1--第二轴至与车架纵轴垂直的曲线半径之间的距离，可由下式计算：

　　当机车处于正常强制内接时，正常强制内接轨距S'w等于。

　　式中dmin--车辆车轮最小轮缘厚度，其值为22mm；

　　五、曲线轨道的最大允许轨距

　　曲线轨道的最大轨距，应切实保障行车安全，不使其掉道。在最不利情况下，当轮对的一个车轮轮缘紧贴一股钢轨时，另一个撤论踏面与钢轨的接触点即为车轮踏面的变坡点。

　　Tmin--车轮最小轮背内侧距离；

　　εr--车辆车轴弯曲时轮背内侧距离缩小量，用2mm；

　　a--轮背至轮踏面斜度为1：20与1：10变坡点的距离，用100mm；

　　因轨距的容许偏差不得超过6mm，所以曲线轨道最大容许轨距应为1450mm，即最大允许加宽15mm。

　　r--钢轨顶面圆角宽度，用12mm；

　　εs--钢轨弹性挤开量，用2mm。

　　将上述采用的数值代入得：mm。

　　《铁路线路维修规则》规定：新建、改建及线路大修或成段更换轨枕地段，按表2-4规定的标准进行曲线轨距加宽。未按该标准调整前的线路可维持原标准。曲线轨距加宽递减率一般不得大于1‰，特殊条件下，不得大于2‰。

　　曲线轨距加宽

　　曲线半径(m)        加宽值(mm)        轨距(mm)

　　R≥350        0        1435

　　350>R≥300        5        1440

　　R<300        15        1450

　　一、缓和曲线的作用及其几何特征

　　行驶于曲线轨道的机车车辆，出现一些与直线运行显著不同的受力特征。如曲线运行的离心力，外轨超高不连续形成的冲击力等。为使上述诸力不致突然产生和消失，以保持列车曲线运行的平稳性，需要在直线与圆曲线轨道之间设置一段曲率半径和外轨超高度均逐渐变化的曲线，称为缓和曲线。当缓和曲线连接设有轨距加宽的圆曲线时，缓和曲线的轨距是呈线性变化的。概括起来，缓和曲线具有以下几何特征：

　　1.缓和曲线连接直线和半径为R的圆曲线，其曲率由零至1/R逐渐变化。

　　2.缓和曲线的外轨超高，由直线上的零值逐渐增至圆曲线的超高度，与圆曲线超高相连接。

　　3.缓和曲线连接半径小于350m的圆曲线时，在整个缓和曲线长度内，轨距加宽呈线性递增，由零至圆曲线加宽值。

　　因此，缓和曲线是一条曲率和超高均逐渐变化的空间曲线。

　　式中δmin--直线轨道的最小游间。

澳大利亚, 俄罗斯, 云南省, 日本, 蒙古
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