二轨道几何形位PPT课件.ppt

第二章 轨道几何形位概述轨道几何形位是指轨道各部分的几何形状、相对位置和基本寸。定义：轨道几何形位是指轨道各部分的几何形状、相对位置和基本尺寸。基本要素：轨向、轨距、水平、轨底坡、前后高低。要求：轨道几何形位应与机车车辆走行部分的基本几何形位密切配合。轨道几何形位从轨道平面位置来看：轨道由直线和曲线组成，在直线和曲线之间有一条曲率渐变的缓和曲线连接。从轨道端面位置来看：轨道几何形位包括轨距、水平、外轨超高和轨底坡。从轨道纵面位置来看：轨道几何形位包括轨道的前高后低，应保持一定的平顺度。影响舒适度：影响因素有轨距、轨向、外轨超高顺坡及其变化率、缓和曲线线性等。将会影响车辆的横向和竖向的加速度，产生惯性力。影响设备使用寿命及养护费用：影响因素有轨距、轨向、外轨超高变化前后高低等。将会影响个部件的受力。轨道几何形位的影响影响行车安全：影响因素有轨距、水平、外轨超高等，超限会产生车辆掉道、爬轨和倾覆。机车车辆走行部分的构造机车的走行部分由车架、轮对、轴箱、弹簧装置、转向架及其它部件组成。车辆的走行部分是由转向架，由侧架、轴箱、弹簧悬挂装置、制动装置、轮对及其他部分组成。走行部可以引导车辆沿轨道运行，并把车辆的重量和货物载重传给钢轨，它应保证车辆以最小的阻力在轨道上运行，并顺利地通过曲线。走行部能否保持良好的状态，对于车辆的安全、平稳、高速运行有很大影响。转向架在四轴车上，四组轮对分成两部分，每两组轮对和侧架、摇枕、弹簧减振装置、轴箱油润装置等组成一个整体，称为转向架。图铸钢侧架式转向架1-轮对；2-下心盘；3-中心销；4-旁承；5-摇枕；6-侧架；7-摇枕弹簧；8-轴箱。轮对由一根车轴和两个相同的车轮组成，是机车车辆走行部分的基本部件。车轮由整体车轮和轮箍轮两种。主要是整体车轮，由踏面、轮缘、轮辋、幅板和轮毂组成。轮毂：轮和轴相互配合的部分。幅板：连接轮辋和轮箍的部分。踏面：车轮和钢轨的接触面称为踏面，主要有锥形和磨耗型踏面。锥形踏面的母线是直线，可减少轮对的滑行。磨耗性踏面是曲线形踏面，踏面曲线和刚轨顶面基本吻合，较少了轮对的磨耗，降低了接触应力。为防止车轮脱轨，在踏面内侧制成凸缘的左侧突起部分，称为轮缘。车轮位于两股钢轨内侧的竖直面，称为车轮内侧面，而另外一侧的竖直面称为外侧面。车轮内侧面和外侧面之间的距离称为车轮宽度。测量线，通过踏面上距车轮内侧一定距离的一点画一条水平线，称为踏面测量线。测量线至轮缘顶部的距离称为轮缘高度。测量线向下10mm处量得的轮缘厚度，称为轮缘厚度（d）。轮对上左右车轮内侧面之间的距离，称为轮对的轮背内侧距离（T）。轮对宽度等于T+2d。为使车轮能顺利通过半径较小的曲线，可把全部车轴分别安装在几个车架上。为防止车轮由于轮对歪斜而陷落于归到中间，安装在同一个车架或转向架上的车轴，必须保持相互之间的平行位置。同一车体最前位和最后位车轴中心间水平距离，称为全轴距。同一车架或转向架上始终保持平行的最前位和最后位车轴中心间水平距离，称为固定轴距。车辆前后两走行部分上车体支承间的距离称为车辆定距。直线轨道的几何形位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。轨距轨距是刚轨顶面下16mm范围内两股钢轨作用之间的最小距离。有宽轨距，窄轨距和标准轨距。标准轨距为1435mm。我国铁路绝大多数为标准轨距。当轮对的一个车轮轮缘紧贴在一股钢轨的作用边上时，另一个车轮轮缘与另一股钢轨作用边之间形成的一定间隙，称为游间。钢轨与轮缘间留有游间是为了轮缘能在两根钢轨间自由滚动，而不会被卡住，并减少轮轨磨耗和运行阻力。轨距轮对宽度活动量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轮轨游间的大小，对列车运行和轨道稳定有重要影响。太大和太小的游间都不利于车辆的运行。轮轨游间太大，则列车蛇行幅度就大，列车左右摇摆剧烈，对钢轨的横向力变大，加剧了轮对磨耗和轨道变形。轮轨游间太小，增加了行车阻力和轮对磨耗，严重时会产生轮对楔住导致爬轨事件，危及行车安全。我国规定游间正常值为14mm，最小值为9mm，最大值为47mm。水平、轨向水平：线路左右两股钢轨顶面的相对高差。两股钢轨顶面应位于同一平面上，使得两股钢轨的受力均匀，以保持列车平稳运行。直线地段两股钢轨的顶面应保持在同一水平，高差不允许超过4mm。轨向：轨道中心线在水平面上的平顺性。线路方向对行车的平稳性具有重要的影响。轨道方向往往是行车平稳性的控制因素。在铁路线路维修规则中对水平和轨向有明确的规定。前后高低、轨底坡前后高低：沿线路方向的竖直平顺性称为前后高低。轮对通过不平顺时，动压力将会增大，这将对轨道产生很大的破换作用，加速道床的变形。轨底坡：轨底和轨道平面之间形成的一个横向坡度。轨底坡的使用使得轮轨接触集中于钢轨顶部，钢轨的轴线受力，提高了钢轨的横向稳定性，降低了钢轨的不均与磨损。设置轨底坡的目的是为了钢轨能适应车辆的圆锥形踏面(车轮踏面接触轨头的主要部分为1:20的圆锥面)，使车轮压力集中于钢轨中轴线，减少轨头偏心磨耗。轨道几何形位的正确与否直接影响着机车车辆的安全运行、乘客的舒适度、设备的使用寿命和养护费用。曲线轨距加宽机车车辆进入曲线轨道时，仍然存在保持着原有行驶方向的惯性，只是受到了外轨的牵引作用才沿着曲线轨道行驶。在小半径曲线时，为使得机车车辆顺利通过曲线而不被楔住或挤开轨道，减小轮轨之间的横向作用力，减少轮轨的磨耗，轨距要适当加宽。也就是将曲线轨道内轨向曲线中心方向移动，而外轨保持与轨道中心半个轨距距离不变。曲线加宽的原因转向架的内接形式斜接。机车车辆车架或者转向架外侧最前位车轮轮缘与外轨接触，内侧最后车轮轮缘与内轨作用边接触。自由内接。机车车辆车架或者转向架外侧最前位车轮轮缘与外轨接触，其它轮缘在轨道上自由接触。楔形内接。机车车辆车架或者转向架外侧最前位和最后位同时与外轨接触，内侧中间车轮的轮缘与内轨作用边接触。正常强制内接。对楔形内接的轨距增加最小游间的一半。曲线轨距加宽的确定原则保证大多数的车辆能以自由内接形式通过曲线。保证固定轴距较长的机车通过曲线时不出现楔形内接，允许以正常强制内接形式通过。保证车轮不掉道，即最大的轨距不超过允许的限度。铁路车辆的轮对固定于转向架上，车辆在曲线上运行时，转向架对于车体可以转动，而转向架上的车轴是平行的不能作相互转动。二轴转向架在曲线上运行时，通常是前一轮对的外轮缘紧靠外轨，若其后一轮对内轮缘也正好与内轨接触,此时要求的轨距是:Sfqmax+f0Sf-自由内接所需轨距；qmax-最大轮对宽；f0-外矢距，其值为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。曲线轨道外轨超高列车在曲线上运行时，由于离心力的作用使曲线外轨受到较大的压力，因而造成外轨比内轨磨耗大，出现两根钢轨磨耗不均匀的现象。同时，旅客受到离心力的作用也感到不舒适，如果离心力过大还可能导致列车倾覆。因此，为了消除这些不良影响，通常是将曲线上的外轨抬高，使机车车辆向内倾斜，以抵消离心力的作用。外轨超高的作用和设置方法定义：外轨超高是指曲线外轨顶面和内轨顶面水平高差。作用：使得机车车辆的自身重力产生一个向心的水平分力，以抵消惯性离心力的作用，使得内外两股钢轨受力均匀和垂直磨耗均等，满足旅客的舒适度，提高线路的稳定性和安全感。设置方法：外轨提高法和线路中心高度不变法。外轨提高方法是保持内轨保持标高不变而只是提高外轨的，应用地广泛。线路中心高度不变方法是内轨和外轨均抬高一半值而保证线路中心标高不变。外轨超高的计算方法车体做曲线运动时产生的离心力：轨道对车体的作用力和重力的合力形成向心力得到外轨超高h代如数据得考虑各次列车的平均速度，那么得到平均速度取用每昼夜通过该曲线列车牵引重量的加权平均速度。在新线上设置超高时，因尚未运营无法测得到平均速度值，因此一般采用设计文件中规定的最高行驶速度的80作为平均速度进行计算，故：外轨未被平衡的超高当列车以任意速度通过曲线时，离心力为设置外轨超高而产生的重力分力为当离心力与设置超高产生的重力分力相等，两股轨道承受相同的载荷。当离心力大于设置超高产生的重力分力，外轨承受偏载，说明设置的超高不足（欠超高）。当离心力小于设置超高产生的重力分力，内轨承受偏载，说明设置的超高过大（过超高）。欠超高和过超高统称为未被平衡的超高。未被平衡的超高使得内外轨道承受偏载，危机行车安全，应予以限制。对实设曲线来说，超高h是定值。当列车以vmax（或vmin）通过时，将产生最大的欠超高hQmax（或hGmax）为式中，右边的符号表示欠超高。同理可得最大的过超高式中:hQmax（hGmax）-最大欠（过）超高；amax-最大离心加速度；amin-最小离心加速度；ap-以平均速度通过曲线时的平均离心加速度；amax(amax)、amax(amax)-最大未被平衡的离心加速度和向心加速度。根据我国铁路实践经验，未被平衡的离心加速度的容许值a为0.40.5，困难情况下为0.6。我国铁路线路维修规则规定：未被平衡欠超高，一般应不大于75mm，困难情况下应不大于90mm；未被平衡过超高不得大于50mm。曲线轨道上的超高限速在既定的超高条件下，通过任何一条曲线时列车的最高限速是受到未被平衡的超高度的限制的，在未被平衡的超高度h时，最高行车速度为：前面介绍的曲线超高的计算公式容许的欠超高（mm）同理，通过该曲线的最低速度为容许的过超高（mm）当曲线半径较小时，按最大超高度150mm计算，曲线上的超高限速与曲线半径的关系如下：hQY=75mm时，hQY=90mm时，一般情况下，曲线上的超高限速按下式计算：例：若已知通过某一曲线的列车的牵引重量的加权平均速度为65km/h，该曲线的曲线半径为350m。1.试计算该曲线的外轨超高度。2.若该曲线的容许欠超高和过超高分别为90mm和50mm,试计算该曲线3.上最大和最小超高限速。1.解：外轨超高的计算公式：将加权平均速度代入得：2.解：曲线上的最大行车速度为：将容许欠超高度代入得：曲线上的最小行车速度为：将容许过超高度代入得：缓和曲线定义：为保持列车曲线运行时的平稳性，需要在直线和圆曲线之间设置一段曲率半径和外轨超高度均逐渐变化的一段线，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。缓和曲线的特征特征：1.缓和曲线连接直线和半径为R的圆曲线，其曲率半径由零至1/R逐渐变化。2.缓和曲线的外轨超高，由直线上的零值变化到圆曲线上的超高度，与圆曲线超高连接。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。缓和曲线的几何条件1.为了保持连续点的几何连续性，缓和曲线在平面上的形状应当是：在始点处，横坐标x0,纵坐标y0,倾角0;在终点处，横坐标x=x0，纵坐标y=y0，倾角0。缓和曲线的线形应满足以下条件：2.列车进入缓和曲线，车体受到离心力J的作用，为保持列车运行的平稳性，应使离心力不突然产生和消失，即在缓和曲线始点处，J0,在缓和曲线终点处=R。3.缓和曲线上任何一点的曲率盈余外轨超高相吻合。在纵断面上，外轨超高顺坡的形式有两种形式。一种形式是，如图所示；另一种形式是曲线形。列车经过直线顺坡的缓和曲线始点和终点时，对外轨都会产生冲击。在行车速度不高，超高顺破相对平缓时，列车对外轨的冲击不大，可以采用直线形顺坡，即可满足曲率与超高相配合的要求。当行车速度较高，为了消除列车对外轨的冲击，应采用曲线形超高顺坡。其几何特征是缓和曲线始点及终点处的超高顺坡倾角r=0，即在始点和终点处应有：式中h-外轨超高度，其值为：l-曲线上任何一点至缓和曲线起点的距离。对某一特定曲线，平均速度vp可视为常数。则可见缓和曲线上各点超高为曲率K的线性函数。因此，在缓和曲线始、终点处应有：4.列车在缓和曲线上运动时，其车轴与水平面倾斜角不断变化，亦即车体发生测滚。要使钢轨对车体傾转的作用力不突然产生和消失，在缓和曲线始、终点处应使傾转的角加速度为零。式中h EK由此因为所以由图可知缓和曲线方程式我国铁路常用的缓和曲线属于三次抛物线型，其方程式为：式中：y缓和曲线上任意点的纵坐标，m；X缓和曲线L任意点的横坐标，m；R圆曲线半径，m；L0缓和曲线长度，m。缓和曲线的设置缓和曲线应有足够的长度，在这个长度内，需完成曲线的外超高顺坡过程。同时，应该满足以下两点运营要求：1）车轮的轮缘不致爬上内轨外轨超高的坡度限制为：式中:Kmin机车或车辆最小轮缘高，mmDmax机车或车辆最大固定轴距,mm当以轮缘最小高度28mm及最大固定轴距6.5m代入，得到：2）保证乘客乘座舒适当列车从直线段进入缓和曲线范围内运行时，外侧车轮在外轨上逐渐升高；当列车从圆曲线段进入缓和曲线范围内运行时，外侧车轮在外轨上逐渐降低。如果升降速度过快，会引起乘客的不舒适感设。设以f（mm/s)表示外侧表示外侧车轮升降速度，则存在如下关系式：在实际取值中,i0一般不大于2，以保证车轮轮缘无爬上内轨危险。此时计算出缓和曲线长L0为:通常规定，在一般地段，f=32mm/s；在困难地段，f=40mm/s。可以反推出：