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轨道工程课程设计 题 目 铁路无缝线路设计 学院名称 核资源与核燃料工程学院 指导教师 李春光 班 级 铁工081班 学 号 20084630112 学生姓名 姜 浩 2011年12月 无 缝 线 路 设 计 任 务 书 一、设计要求和内容本设计是一般地段的温度应力式无缝线路轨道设计(不设计焊接长钢轨的布置)。说明书要求简明确切，计算正确，字迹端正。本设计包括下列各项内容：（一）锁定轨温的确定1、按强度条件确定容许的轨温变化幅度2、按稳定条件确定容许的轨温变化幅度（二）伸缩区长度计算及防爬设备的布置（三）缓冲区预留轨缝计算二、设计资料设计铺设温度应力式无缝线路地段为衡阳地区。（一）轨温：最高轨温：Tmax = 61.3 最低轨温：Tmin = 7.9 （二）轨道特征： 1、钢轨：60kg/m钢轨，按预期磨耗6mm计算；绶冲区钢轨采用每根25m的标准轨；2、轨枕：S2型钢筋混凝土轨枕，每公里铺设1840根；3、接头：10.9级24高强度螺栓，六孔夹板，接头螺栓扭矩按900设计，Rj采用460kN；4、扣件：W型弹条扣件；5、垫板：橡胶垫板；6、道床：碎石道碴，顶面宽3.4m。（三）机车类型东风4型内燃机车最高行驶速度：Vmax=120km/h轮重和轴距排列如下图： 轮重均为115.00kN （四）线路等级及最小曲线半径线路等级：I级线路最小曲线半径：Rmin=800m 无 缝 线 路 设 计一、按强度条件确定容许的轨温的变化幅度主要是计算钢轨在机车动力、温度力及制动力的作用下，所产生的应力，在满足钢轨强度要求的条件下，计算出钢轨容许的温度拉、压应力，并进一步转换为容许的轨温变化幅度加以控制，保证钢轨的强度条件。1.计算钢轨静弯矩确定最不利轮位：经试算确定最不利轮位，计算时用钢轨弯矩影响线系数值表，按迭加原理计算：M0=由于三个车轮的轮重和轮距相同，两端的车轮对称，只要任选1与2轮或2与3轮作为计算轮来计算弯矩的当量荷载，列表（见表31）计算，动轮1为最大，是最不利轮位。 表31计算轮项目轮位动1动2动3动1P(N)115000115000115000104362.5x(mm)018003600x02.2324.4641-0.10310.01061115000-11856.51219动2P(N)11500011500011500091287x(mm)180001800x2.23202.232-0.10311-0.1031-11856.5115000-11856.5 计算钢轨强度的D=30000N/mm，按无缝线路的要求，轨枕均匀布置，轨枕间距a=1000000/1840=543mm，由此可得k=D/a=30000/543=55.2MPa。= E值一般取为2.058MPa，60kg/m钢轨，预期磨耗6mm，J取 2879计算弯矩M0=104362.5/40.00124=21040826.612.计算钢轨动弯矩考虑各种动载系数将钢轨静荷换算成动荷载，从而计算出钢轨动弯矩。速度系数： =0.4V/100=0.4120/100=0.48偏载系数： =0.002=0.00290=0.18 取90mm横向水平力系数f： f查有关资料得R=800mm时f=1.45。 Md=(1+) f =（1+0.48+0.18）1.4521040826.61=50645269.653.计算钢轨动弯应力 d头、d底 由表6-1得新轨截面模量 轨底动弯拉应力d底=1d= =（MPa）轨头动弯压应力d头=2d= （MPa）4.制动应力 列车制动时,在列车前面的钢轨受压,后面的钢轨受拉。 采取钢轨制动应力=1000104(Pa)=10(MPa)5. 计算满足钢轨强度条件的容许轨温变化幅度 压-d头-f 拉-d底-f 查表6-5得25m长60kg/m钢轨的温度应力 =1d+t+f=135.05+51+10=196.05MPa=311.5MPa2d+t+f=174.04+51+10=235.04MPa=311.5MPa上述轨底和轨头的基本应力均小于，符合钢轨的强度检算条件。 钢轨线膨胀系数， 故强度条件允许的轨温变化幅度为：68.50二、混凝土枕强度检算1.计算k值 计算轨枕弯矩、道床应力，用 E值一般取为2.058MPa，60kg/m钢轨，预期磨耗6mm，J取 2879 2.计算 列表（见表32）计算，动轮1为最大，是最不利轮位 表32计算轮项目轮位动1动2动3动1P(N)115000115000115000106823.5x(mm)018003600x02.7545.5081-0.0667-0.0044115000-7670.5-506动2P(N)11500011500011500099659x(mm)180001800x2.75402.754-0.06671-0.0667-7670.5115000-7670.5由上表可得： 3.计算枕上动压力Rd 东风4型内燃机车，计算枕上压力时，速度系数及偏载系数为： A、曲线不考虑横向水平力系数，则 B、直线不考虑横向水平力系数，则 4.轨枕弯矩计算 轨下截面正弯矩 枕中截面负弯矩 对于S-2型轨枕轨的轨底宽，代入上式：A、曲线地段 ( 显然，轨枕中不支承时产生的负弯矩比中部不支承时的负弯矩大32，符合要求。B、直线地段 ( 显然，轨枕中不支承时产生的负弯矩比中部不支承时的负弯矩大32，符合要求。三、稳定性检算无缝线路稳定性计算，首先求使线路产生横向位移2mm的温度力，考虑一定的安全系数后，进一步计算容许的温度压力，并把这个压力转换为容许的轨温增温幅度加以控制，保证线路的稳定条件。（一）计算温度压力1、线路条件：轨道原始弹性弯曲矢度：f=3mm轨道原始塑性弯曲矢度：f=3mm轨道容许横向变形量： f =2mm道床等效阻力Q：按道床肩宽40cm查取P60钢轨的惯性矩IY=524cm轨道原始不平衡长度：l0=4m有塑性原始弯曲的圆曲线的合成曲率：有关数据计算：等效道床阴力Q=91N/cm，轨道框架换算系数=2。2、温度压力计算 =424.2cm因计算得=424.2cm，与400cm相差较大，再设=424.2cm，重新计算 ，将=0.337 cm代入，验算变形曲线长度:=427.6cm因计算得=427.6cm与424.2cm相近，将，=0.337cm代入下式，求温度压力PN。（二）计算容许温度压力P=PN/KK=1.25 （安全系数） 求出容许温度压力（3） 计算稳定条件容许的最大增温轨变化幅度 根据稳定性条件，计算容许的轨温变化幅度 钢轨断面积F77.45cm 容许的增温变化幅度为: 四、锁定轨温的确定（一）根据强度条件和稳定条件确定锁定轨温容许锁定轨温的的上下限 铺轨上限锁定轨温:受强度条件限制t上=Tmint拉 铺轨下限锁定轨温:受稳定条件限制t下=Tmaxt稳（2） 由使轨头、轨底应力相等条件确定锁定轨温 由钢轨轨头、轨底应力相等条件计算所得的锁定轨温，是最合理的锁定轨温，而且在由强度和稳定条件计算所得的锁定轨温范围之内，所以，最后选定锁定轨温为: 故设计锁定轨温为27(偏高值1)。 （三）确定铺设锁定轨温范围Tm=T锁50CTn=T锁50C由接头、轨底应力相等条件确定的锁定轨温，在由强度和稳定条件所确定的轨温范围之内，满足强度和稳定条件，故锁定轨温范围为2232。五、伸缩区长度的计算及防爬设备的布置（一）伸缩区长度的计算 接头阻力=460kN； 道床纵向阻力p=91N/cm； 最大降温幅度max：max=TmTmin=32+7.9=39.9 最大增温幅度max：max= TmaxTn=61.3-22=39.3 最大温度拉力max：max=2.48Fmax=2.4877.4539.9=766最大温度压力max：max=2.48Fmax=2.4877.4539.3=756 温度拉力引起的伸缩区长度温度压力引起的伸缩区长度 一般取50100m，宜取为标准轨长的整数倍，为安全起见，伸缩区长度采用=50m。 （2） 防爬设备的布置 在无缝线路伸缩区上，因为钢轨要产生伸缩，必须有足够的接头阻力和道床阻力与长钢轨中的温度应力平衡，如果接头阻力和道床阻力较小，就会造成较长的伸缩区长度，增加了无缝线路养护难度。为充分发挥道床阻力的作用，在无缝线路结构设计时，要保证扣件的阻力大于道床阻力。如扣件阻力不足，则需要安装防爬器以增大钢轨与轨枕之间的阻力。即： 表-1扣件阻力表 KN扣件类型型弹条型弹条型弹条防爬器K型螺母扭矩80Nm9.09.316.015.07.5螺母扭矩150Nm12.015.0表-2 道床纵向阻力表线路特征单枕的道床纵向阻力/KN一股钢轨下道床纵向阻力/ N/cm1667根/m1760根/m1840根/m木枕线路7.06164混凝土枕线路型10.08791型12.510911518.3152160查上表知：型弹条扣件阻力16.0KN,防爬器阻力15.0KN，一根轨枕能提供的道床阻力为12.5KN.因,恒成立。故不需安装防爬器。缓冲区设置的防爬器理应与伸缩区相同。目前采用弹条扣件的混凝土轨枕，由于扣件的阻力较大，一般也可不设防爬器。（三）缓冲区预留轨缝计算1、计算长轨一端伸缩量长轨的伸长量长轨的缩短量2、计算短轨的一端伸缩量 短轨的伸长量 短轨的缩短量 3、计算长轨与短轨间预留轨缝: 满足夏季轨缝不顶严格，冬季不超过构造轨缝条件： 构造轨缝； 3.0+1.9， ，取。4、计算短轨与短轨间预留轨缝办理，即： ，取。六、检算温度压力峰（1）温度压力峰距轨端的最大距离：（2）最大压力峰值小于按稳定条件求得的容许温度压力P=1872278N。（3）最大压力峰:=+ =460000+913308=761000N通过检算，求得最大压峰761000N=761000P/2=936139N，所以线路是安全的。七、参考文献（1）铁路轨道与修理 2008年版 铁路职业教育铁道部规划教材（2）铁路设计 1996年版 西南交通大学出版社（3）铁路线路修理规则 2006年版（4）铁路线路设计规范 2006年版（5）铁路无缝线路 广钟岩主编（6）线路大修 王其昌主编（7）铁路工程设计技术手册 线路 铁道出版社（8）铁路工程制图图形符号标准 tB/t10058-98八、本次设计的体会这次课程设计历时一周左右，通过课程设计，我发现了自己很多不足的地方，知识上的漏洞还很多，看到了自己的实践经验还是很缺乏的，理论联系实际的能力还急需提高。课程设计是培养学生综合运