铁道工程概论ppt课件

1、铁道工程概论,大连交通大学土木与安全工程学院 E-mail:haifeng- Mobile phone(2010版),第二章 铁路线路,铁路运输设备是铁路运输系统的基础。在本篇的学习中，就让我们了解、熟悉这些铁路运输基本设备。 在学习本篇前，你对铁路运输基本设备的认识如何？让我们来看看： 1、我国标准铁路两钢轨之间的距离是多少？ A. 1275mm B. 1355mm C. 1435mm D. 1550mm 2、一台常见内燃机车（东风型），牵引十节普通货物车辆，该列车共计多少个车轮？ A.44 B.46 C.88 D.92,我国铁路的标准轨距是1435mm。,从图中可

2、以看出，一台机车的轮子数为12个，从图中可以看出，一货物车辆的轮子数为8个。,铁路线路是机车车辆和列车运行的基础，而各类车站则是办理旅客运输和货物运输的生产基地；机车是牵引列车的基本动力，各种类型的车辆是运送旅客或货物的工具；铁路信号和通讯设备是保证列车运行安全和提高运输效率的重要手段。,铁路线路是机车车辆和列车运行的基础。 铁路线路是由路基、桥隧建筑物和轨道组成的一个整体工程结构。,在建筑一条铁路之前，必须进行调查研究和勘探工作，并从若干个可供比较的方案中选出一个最优方案来进行设计。 铁路建设的三个阶段： 前期工作阶段：主要进行方案研究、初测和初步设计工作。 基本建设阶段：主要进行定测、技术

3、设计和施工图设计，最后进行工程施工、验交投产。 投资效果反馈：铁路运营若干年后，有建设单位会同有关部门，对工程质量、技术指标和经济效益等考察验证，以评价设计和施工质量。,2.1.1 铁路的勘测设计,2.1 铁路线路的平纵断面,2.1.2 铁路等级及主要技术标准,铁路主要技术标准包括：正线数目、限制坡度、最小曲线半径、牵引种类、机车类型、机车交路、车站分布、到发线有效长度和闭塞类型等。这些标准是确定铁路能力大小的决定因素，一条铁路选用不同的标准对设计线的工程造价和运营质量有重大影响，同时又是确定设计线的工程标准和设备类型的依据。,铁路线路在空间的位置是用它的中心线来表示的。线路中心线是指距外轨半

4、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：,2.1.3 铁路线路的平面和纵断面,图322 线路横断面,图323 线路平面 图324 线路纵断面,线路中心线在水平面上的投影，叫做铁路线路的平面，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，表明线路的坡度变化。,2.1.3.1 铁路线路的平面及平面图,（1）曲线要素的组成 铁路线路在转向处所设的曲线为圆曲线，其基本组成要素有：曲线半径R，曲线转角，曲线长L，切线长度T，缓和曲线长度L0。,线路的平面由直线、圆曲线以及缓和曲线组成。,图1-2 线路曲线地段,1.曲线要素,（2） 曲线要

5、素的计算,直接根据数学公式可以得出： 曲线长度： 切线长度：,1）不考虑缓和曲线时,图1-3 无缓和曲线的曲线地段,2）设有缓和曲线时,图1-4 设有缓和曲线的曲线地段,在设计有缓和曲线时，涉及几个参数： 0缓和曲线角； p内移距； m切垂距,曲线长度： 切线长度：,图1-4 设有缓和曲线的曲线地段,式中： 0缓和曲线角，,p内移距，,m切垂距,2.圆曲线,小半径曲线对运营不利，这是因为： 1）限制列车运行速度，增加轮轨磨耗，降低轮轨间的粘着系数，增加列车运行阻力； 2）增加轮轨设备和维修工作量，增加轨道设备和维修工作量，增加线路长度。 其中，限制列车运行速度一项，影响到铁路线路的运营能力，也

6、是我们关注的重点。,（1）曲线半径对运营的影响,用数学公式表达：,（1）列车运行速度与曲线半径的关系,式中： V列车运行速度，km/h； h曲线外轨超高，mm； R曲线的半径，m,（2）曲线上列车最大限制速度,由公式可知，曲线半径数值一定时，影响列车运行速度的因素是曲线外轨超高度数值h。曲线外轨超高度的最大容许值，在单线铁路上一般取150mm，另外可以考虑一定量的欠超高度，但以不影响乘客的舒适度为限。则上公式(1-8)可以改写为：,3.缓和曲线,为保证列车安全，使线路平顺地由直线过渡到圆曲线或由圆曲线过渡到直线，以避免离心力的突然产生和消除，常需要在直线与圆曲线之间设置一个曲率半径变化的曲线，

7、这个曲线称为缓和曲线，如下图所示为设有缓和曲线的铁路曲线。,图 曲线设置,（1）缓和曲线的特点,缓和曲线介于直线与圆曲线之间，是一个过渡区域。 缓和曲线的特点为： 1）曲线半径从无穷大逐渐减小到圆曲线的半径R，或从圆曲线的半径R逐渐增加到无穷大； 2）运行中列车的离心力逐渐增加或逐渐降低； 3）轨距加宽值逐渐增大或逐渐减小； 4）曲线外轨超高逐渐增大或逐渐减小。 缓和曲线的特点，目的都是更好地确保列车通过曲线时的安全、平顺，以及乘客乘坐舒适。,（2）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；

8、R圆曲线半径，m； L0缓和曲线长度，m。,（3）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，mm Dmax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6.5代入，得到：,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:,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

9、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：,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：,在选线设计中，缓和曲线的长度可以按照下表取值：,（1）定义 转向相同的相邻两曲线称为同向曲线。 转向相反的相邻两曲线称为反向曲线。 介于两同向曲线间或两反向曲线间一般不太长的直线，称为夹直线。 设置夹直线的目的：保证行车运行平顺；确保乘客乘坐舒适感。,4.同向曲线、反向曲线、夹直线,图1-5 同向曲线与夹支线,图1-6 反向曲线与夹支线,（2）三者约束条件,1）超高的设置及其变化过程 无论同向或反

10、向曲线，曲线外轨都要设置超高，而在直线地段则不设超高。超高的变化过程是“从有到无、从无到有”。,2）超高带来的影响 超高将引起车身倾斜度和外轮竖向加速度的不断变化，使机车车辆的转向架弹簧发生振动和车身发生横向摇摆。,3）如何克服影响 为保持列车运行的平顺，保证乘客乘坐的舒适感，车身摇摆和弹簧振动应控制在容许程度之内。 A.为了控制车身摇摆的程度，一般规定，夹直线长度应能容纳23辆客车，即5070m。 B.为了控制车辆转向架弹簧振动的程度，应使第二次振动（车辆通过第二个曲线的ZH点进入第二个曲线时）发生在第一次振动（车辆通过第一个曲线HZ点进入夹直线时）消失之后。,在线路设计中，夹直线的最小长度

11、值见表,基本阻力：列车在空旷地段沿平、直轨道运行时所受到的阻力。包括车轴与轴承之间、轮轨之间以及钢轨接头对车轮的撞击阻力等。基本阻力在列车运行时总是存在的。 附加阻力：列车在线路上运行时，受到的额外阻力，如坡道阻力、曲线阻力、起动阻力等。附加阻力随列车运行条件或线路平、纵断面情况而定，阻力方向与列车运行方向相反。,5.曲线附加阻力,曲线附加阻力：当列车通过曲线时，由于惯性力的作用，外侧车轮轮缘紧压外轨，使其磨耗增大。又由于曲线外轨长于内轨，外轮在外轨上的滑行等原因，运行中的列车所受阻力比在直线上所受阻力大，两者之差称为曲线附加阻力。曲线附加阻力大小常用下公式计算：,（N/KN）,式中：r 单位

12、曲线阻力（N/KN） R 曲线半径（m） 600 据试验得出的数据。,根据可知 曲线半径愈小，曲线附加阻力愈大，还会给运营工作带来以下不利影响：,（表 区间线路最小曲线半径）,（N/KN）,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。,6.铁路线路平面图,图 线路平面图,线路纵断面由平道、坡道及设于变坡点处的竖曲线组成。,2.1.3.2 铁路线路的纵断面及纵断面图,图 坡道坡度及坡道附加阻力示意图,1.坡道的坡度及竖曲线 坡度是一段坡道两端点的高差h与水平距离L之比，用i表示，如下图所示。,关于线

13、路纵断面的名词(动画),当列车在上坡道上运行时，受到由坡道引起的阻力，称为坡道附加阻力。机车车辆的质量Q(t)的重力Qg(N)可以分解为垂直于坡道的分力N和平行于坡道的分力Wi。垂直分力N由轨道的反作用力抵消了，平行分力Wi，就成为坡道附加阻力。机车车辆的坡道附加阻力Wi可用下列公式计算：Wi QgsinQgtanQgi1000Qgi,2.坡道附加阻力,列车平均每吨质量所受到的坡度阻力称为单位坡道阻力i，其计算公式如下：,(N/KN),（1）限制坡度的选定,3.限制坡度与加力牵引坡度,1）限制坡段定义 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

14、定在机车计算速度的水平上。这就是说。这个坡度既要有一定的陡度，又要有一定的长度。,2）选定限制坡段的影响因素 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。,（2）加力牵引坡度的确定,1）加力牵引坡段的定义 在一条轶路线的全线范围内，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

15、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。,图1-7 双机牵引,2）加力牵引坡度最大值的计算 加力牵引坡度的最大值计算公式：,式中： Fj数台机车计算牵引力之和，千牛； p数台机车计算质量之和，吨； Q单机牵引地段按限制坡度计算的牵引质量，吨； W计算速度时机车单位基本阻力，牛/千牛； W计算速度时车辆平均单位基本阻力，牛/千牛； g重力加速度。,线路纵断面图是用一定的比例尺（水平方向为1:10000、垂直方向为1:1000）和规定的符号，把平面图上的线路中心线展直后投影到铅垂面上，并注有线路平面和纵断面有关资料的图。,4.铁路线路纵断面图,图3213 线路

16、纵断面图,为满足行车和线路养护维修的需要，在铁路沿线设有许多用来表明铁路建筑物及设备位置和技术状态的标志。线路标志应设在线路里程增加方向的左侧机车车辆限界以外，距钢轨头部外侧不小于2 m处。曲线标等不超过钢轨顶面的标志，为不妨碍某些特种车辆在工作状态时顺利通过，可设在距钢轨头部外侧不小于1.35m处。,2.1.3.3 线路标志,1.线路标志的作用 线路的标志是为线路的维修和养护和司机和车长等工作上的需要而设置的。,（1）公里标、半公里标 是线路的里程标。 公里标从铁路线路起点开始，每走一公里设置一个；半公里标 设于线路的半公里处。,2.线路标志的类型及设置地点,（2）曲线标 为曲线的技术参数，

17、在上面标明曲线的有关要素(曲线长度、缓和曲线长度、曲半径、超高、加宽)。该标设置于圆曲线的中部，示意图如下：,该标设置于圆曲线的中部，示意图如下：,（3）坡度标 表示该坡道的坡度大小及坡段长度，并用箭头表示上坡和下坡。 坡度标设在变坡点处。,（4）桥梁标 设在桥梁中心里程（或桥头）处，标明桥梁编号和中心里程。,（5）管界标 设在铁路局、工务段、领工区、养路工区、供电段、电力段的管辖地段的分界点处，两侧标明所向的单位名称。,铁路路基是轨道的基础，承受并传递轨道的重量及列车的动载荷。,2.1.4 铁路路基,1.铁路路基特点： 1)是铁路线路的重要组成部分，在整个铁道工程中占有很大比重； 2)铁路路

18、基采用天然土、石构筑，暴露于大自然中，不断受到侵蚀、破坏。,图1-44 铁路路基,2.铁路路基设计要求： 1)慎重对待，从设计、施工、运营做全面考虑，并通过技术经济比较进行调整； 2)路基应该具有坚固、稳定、耐久，可以抵抗各种自然因素的影响。,本节学习要求 1、从路基横断面入手，学习掌握各种铁路路基横断面； 2、重点掌握铁路路基的组成； 3、关于铁路路基稳定性的学习。,通常，把垂直于线路中心线的路基横截面称为路基横断面，简称路基断面。按照路基所处的地势情况与横断面的形状，路基断面可以分为6类：,2.1.4.1 路基的断面形式,1、路堤 路基设计标高高于地面标高，用土、石填筑而成的路基。,图1-

19、45 路堤断面简图,2、路堑 路基设计标高低于地面标高，通过挖掘而形成的路基。,图1-47 路堑实物图,图1-46 路堑断面简图,3、不填不挖路基 路基设计标高与地面标高相同，轨道直接铺设在经过处理的天然地面上。,图1-49 半路堤断面简图,图1-48 不填不挖路基断面简图,4、半路堤 在山岳地区，通过部分填筑而形成的路基。,5、半路堑 在山岳地区，通过部分挖掘而形成的路基。,图1-50 半路堑断面简图,图1-51 半路堑实物图,6、半路堤半路堑 经过填、挖两部分构成的路基。,图1-52 半路堤半路堑断面简图,1、什么是路基？路基断面又是指什么？,本节习题,2、请画一半路堤半路堑地段的铁路线路

20、结构简图。,2.1.4.2 路基的组成,1.路基本体 铁路路基本体主要包括：路基顶面、路肩和路基边坡。,路基是由路基本体和路基附属设施两部分组成。,图1-53 铁路路基组成,（1）路基顶面 路基顶面即路基的顶部，是铺设轨道的工作面。 根据路基顶面形状，路基顶面的形状，分为有路拱、无路拱两种形式。（见图1-54a、b） 路基顶面的宽度是指从路基一侧的路肩边缘到另一侧路肩边缘之间的距离。（见图1-55）,图1-54b 无路拱路基断面,图1-54a 有路拱路基断面,图1-55 路基顶面宽度示意图,2.路肩与路基边坡 路肩：路基顶面两侧无道床覆盖的部分。 路基边坡：路肩边缘以外的斜坡。,图1-56 路

21、基路肩与边坡示意图,路肩的作用： 1）抵抗路基核心部分在受压力时向外发生挤动、变形，加强路基的稳定性； 2）防止道渣滚落于路基坡面，保持道床完整； 3）便于设置必要的线路、信号标志； 4）供铁路现场作业人员行走，便于进行工作。,3.路基附属设施,图1-57 排水沟,路基附属设施的作用：保证路基的强度与稳定。,（1）排水设施 1）地面排水设施汇集地表雨水，引到路基以外。 例如：排水沟（见图1-57）、截水沟等。 2）地下排水设施截断、疏导地下水，排出路基。,图1-58 路基边坡度冲刷防护,（2）防护设施 1）路基边坡度坡面防护增强路基边坡的抗风化能力。 例如：植被防护、砌石防护等。 （2）路基边

22、坡度冲刷防护用于滨河、河滩、水库地段防护。 例如：植被防护、抛石防护等。 路基边坡防护见图1-58。,图1-59 挡土墙,（3）加固工程通过修建加固结构物或其它措施，使路基获得稳定。 例如：挡土墙（图1-59）、扶壁、挡棚（图1-60）等。,图1-60 山体挡棚,1、路基本体主要是由哪几部分组成的？试画图说明。,2、路基的附属设施可以分为几类，举例说明。,本节习题,2.1.5 桥隧建筑物,桥梁，在铁路架空的部位承托轨道。 桥梁由上部结构（桥跨）和下部结构（桥墩、桥台、墩台基础）组成。轨道传来的力，通过桥墩、墩台、基础，传递至基底面上。,图1-61 内昆线金沙江大桥,隧道，铁路穿越山岭所开凿的地

23、下通道。 其底部承托着轨道，四周承受着围岩的压力。 隧道也可以代替桥梁，从河道、海峡下穿过，即水下隧道。,图1-62 内昆线安边2号隧道,涵洞，设置在路基下的过水建筑物。 承受通过路基传来的动力载荷，以及路基土体的土压力。,图1-63 涵洞,本节学习要求： 1、了解铁路桥梁、隧道、涵洞的功用； 2、了解铁路桥梁、隧道、涵洞的基本技术构造。,2.1.5.1 铁路桥梁,桥梁简介 1.桥梁的作用与分类 作用：供铁路线路跨越水流、山谷或其它建筑物的设施。 （1）跨越河流跨河桥。 （2）跨越山谷跨谷桥。 （3）跨越铁路、公路跨线桥。 （4）跨越市区、工业区、农作物区旱桥。,图1-64 跨河桥(陇海线渭河

24、桥),图1-65 跨谷桥(南昆线八渡3号大桥),图1-66 跨线桥,图1-67 旱桥(西康线),图1-68 跨河桥组成部分简单图,2.桥梁结构 我们以跨河桥为例，其组成部分为：桥跨、桥墩、桥台、墩台基础。,图1-69 连续梁桥,3.桥梁分类 桥梁的型式很多，根据桥梁受力情况，分为5类：梁桥、拱桥、刚架桥、悬桥和组合体系桥等。,（1）梁桥 梁桥在竖向载荷作用下只产生竖向反力。桥跨为梁，只受桡受剪，不受到轴向力。梁桥又分简支梁桥、连续梁桥（见图1-69）、悬臂梁桥。,图1-70 实体拱拱桥,（2）拱桥 拱桥在竖向载荷下有竖向反力和横向反力，无铰拱桥还产生支座弯矩。桥跨为拱，以受压为主，也受桡受剪。

25、拱桥可以分为实体拱拱桥和桁拱拱桥。,图1-71 斜腿刚架桥,（3）刚架桥 刚架桥的特点是桥跨与墩台以刚性连接成一体，在竖向载荷的作用下有竖向反力和水平反力，无铰刚架还有支撑弯矩。刚架以受桡为主，也受剪和轴向力。从造型上刚架桥可以分为门形刚架桥和斜腿刚架桥。,图1-72 悬桥,（4）悬桥（见图1-72） 悬桥以缆索跨过塔顶，锚定于河岸上作为承重结构，在缆索上悬挂吊杆，吊起桥面系。缆索受拉。,图1-73 斜拉桥,（5）组合体系桥 组合体系桥是由不同体系组合而成的桥梁。例如：系杆拱桥是由梁与拱的组合体系；斜拉桥是（见图1-73）梁与索的组合体系。,2.1.5.2 隧道,在崇山峻岭间修建铁路，为了保证

26、现代化铁路的顺直、平缓，需要开凿隧道让铁路穿过。我国是一个多山的国家，铁路线上隧道长度的比重将会越来越大。,1.隧道的基本组成,隧道是修筑在地层内的建筑物，铁路隧道结构由主体建筑物和附属建筑物组成。 主体建筑物洞门、洞身衬砌。作用是保持隧道的稳定，保证列车的安全运行。 附属建筑物避车洞、防排水设施、通风设施。为隧道安全、养护与维修隧道的需要而设置。,图1-75大瑶山隧道洞门,图1-76 秦岭隧道的洞身衬砌,隧道洞口的安全（动画）,问题：如何防止仰坡塌方，落石堵塞洞口？,2.隧道的衬砌结构,衬砌是用于支持隧道四周围岩，防止其塌落的设施。 隧道衬砌材料应该具有足够的强度、耐久性；特殊地段还要求抗冻

27、、抗渗、抗侵蚀性。,2.4.2.3 隧道洞门,隧道洞门的学习内容主要是考虑洞口位置的选择： 结合地形、地质、水文地质情况，施工及运营条件，洞口有关工程全面考虑。,3.铁路隧道附属建筑物,（1）避车洞及其作用 小避车洞保证隧道内维修人员的安全。 大避车洞存放工具材料。 隧道两侧，每隔60m设置一小洞，每隔300m设置一大洞。,（2）隧道通风设备 隧道的通风是隧道设计的重点内容。 原因之一是当蒸汽机车、内燃机车通过隧道时，排出有害气体。如果隧道通风不良，将危害旅客和铁路工作人员的健康。 隧道通风有两种形式：自然通风；机械通风。,（3）防排水设施 我国的隧道防排水技术，采用以“排”为主，“截、堵、排

28、”的综合治水方法。 “截”截断地表水、地下水流入隧道的通道。 “堵”在洞身衬砌内设置防水层，防止地下水渗入隧道。 “排”将洞身衬砌后的积水引入隧道，通过隧道内的水沟排出。,2.1.5.3 涵洞,涵洞设在路堤下面的填土中，是用以通过水流的一种建筑物。,2.2 轨 道,在路基、桥隧建筑物修成之后，就可以在上面铺设轨道。轨道由钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备和道岔等主要部件组成。它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，并把它传布给路基或桥隧建筑物。,动画,2.2.1 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

29、化铁路和自动闭塞区段，作为轨道电路使用。,2.2.1.1 钢轨的功用,要充分发挥的这四点功用，钢轨应该具备哪些特点？,思考题目,2.2.1.2 钢轨的特点与钢轨断面,钢轨的作用是直接承受车轮的巨大压力并引导车轮的运行方向，因而它应当具备足够的强度、稳定性和耐磨性。 为了使钢轨具有最佳的抗弯性能，钢轨的断面形状采用“工”字形，如下图所示，由轨头、轨腰和轨底组成。,1.钢轨特点：四个“度” 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。,2.钢轨断面,(1)断面形状 钢轨断面的造型统一为“工”字形,钢轨断

30、面图,(2)断面特点,轨底较宽有利于保证钢轨稳定,钢轨断面的组成(动画),钢轨的作用是直接承受车轮的巨大压力并引导车轮的运行方向，因而它应当具备足够的强度、稳定性和耐磨性。 为了使钢轨具有最佳的抗弯性能，钢轨的断面形状采用“工”字形，如下图所示，由轨头、轨腰和轨底组成。,钢轨断面图,在我国，钢轨的类型或强度以每米长度的大致质量（公斤数）表示，现行的标准钢轨类型有：75公斤米、60公斤米、50公斤米。 钢轨的长度长一些好，可以减少接头的数置，列车运行平稳并可节省接头零件和线路的维修费用，但是由于加工条件和运输条件的限制，一根钢轨的轧制长度是有限的。目前我国钢轨的标准长度有25米和12.5米两种，

31、对于75公斤米钢轨只有25米长一种。此外，还有专供曲线地段铺设内轨用的标准缩短轨若干种。,2.2.1.3 钢轨长度、钢轨接头、轨缝,1.钢轨长度 我国制造的标准钢轨，长度有25米与12.5米两种。 2.钢轨接头 普通轨道的接头，通常用螺栓、夹板等连接。 3.轨缝 铺轨时，需要在钢轨接头处预留轨缝。轨缝要求： (1)高温时，钢轨膨胀不会导致轨道挤压变形； (2)低温时，钢轨收缩不会导致接头拉压变形。 轨缝作用：适应钢轨热胀冷缩的需要。,思考题目： 钢轨接头如何应付钢轨的热胀冷缩,4.轨缝计算公式,轨缝的计算通常使用经验公式：,式中： 计算轨缝尺寸（毫米）； tmax最高钢轨温度（当地历年最高气温

32、加20摄氏度）； t铺轨时的钢轨温度（摄氏度）； L钢轨长度（米）； c阻力限制的钢轨伸缩量（毫米）（12.5米钢轨取12 毫米，25米钢轨取34毫米）,本节习题,1、钢轨的功用是什么？ A.在电气化铁路和自动闭塞区段，作为轨道电路使用。 B.承受车轮的作用力并传布于轨枕； C.支承和引导车轮； D.为车轮滚动提供阻力较小的表面； E.承受车轮的作用力并传布于轨枕与道床；,2、根据钢轨的功用，推断钢轨应具备的特点。,3、计算： 某地铺轨，选用12.5米钢轨，铺轨时测得轨温为41度，当地最高气温为44度，求应该预留的轨缝大小。,2.2.2 轨枕,2.2.2.1 轨枕的功用、特点,根据下图，试推测

33、轨枕的功用。并说明轨枕应具备的特点。,1.功用 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。,2.特点 坚固耐久、具有弹性、造价合理、制造维修方便。 可以认为，轨枕是介于钢轨与道床之间，承受来自钢轨的各向压力，并将压力弹性地均布于道床的设施。,2.2.2.2 轨枕的分类,轨枕按照制作材料分，主要有钢筋混凝土枕和木枕两种。我国铁路所使用的主要是预应力混凝土枕。,木枕,钢筋混凝土轨枕,思考题,铁路线路在不同地段，选用的轨枕是不相同的。例如，在桥梁、隧道、道岔处使用的轨枕就同一般线路上使用的轨枕有区别。 因此，木枕和混凝土枕，根据不同场合的用途，可以分

34、为：（提示：5选3） A. 普通枕 B.一般枕 C.岔枕 D.桥枕 E.隧枕,2.2.2.3 轨枕的布置,1.每千米配置轨枕数 每千米配置的轨枕根数，由运量、行车速度、线路等级条件决定。力求在最经济条件下，保证轨道具有足够的强度与稳定性。,我国铁路规定： (1)木枕轨道，每千米轨枕数最多为1920根，最少为1440根； (2)混凝土枕轨道，每千米轨枕数最多为1840根，最少为1440根。,图1-17 配置轨枕数示意图,符合右下侧条件(蓝字表示)之一的地段，轨道应该加强，即每千米的轨枕数需要增加,2.轨枕间距的计算,图1-18 轨枕间距示意图,到目前为止，你对轨枕的了解有多少普通轨道上，轨枕间的

35、距离一样不？,普通轨道上，钢轨接头处车轮的冲击动荷载大，接头轨枕间距（c）应该比中间轨枕间距（a）小一些。而且，从c向a过渡时，应该有一个过渡轨枕间距（b），以适应荷载的变化。三者大小为：abc。,c一般是给定的：木枕为440mm，混凝土枕为540mm。由上图可知：,式中： L每节钢轨长度（含一个轨缝宽度8mm） n每节钢轨下轨枕根数,1、轨枕的功用是什么？它应该具备什么特点？,3、计算： 某一地区修建地方铁路，钢轨选用25m标准轨，轨枕选用混凝土枕。在一般地段，要求每千米轨枕数为1600根。现有一长1100m的隧道，计算在该隧道内铺轨需要的轨枕数目,并求出轨枕的三个间距a、b、c。,2、轨枕

36、按照其材质可以分为哪两类？这两类轨枕各自的优缺点是什么，以及改进措施是什么？,2.2.3.1 联结零件,联结零件分为接头联结零件和中间联结零件。 接头联结零件： 两节钢轨的末端，用接头联结零件联结。先用两块鱼尾板夹住钢轨，然后用螺栓拧紧。为防止螺栓松动，在螺帽与鱼尾板之间，加有弹簧垫圈。,接头联结零件,钢轨的接头连接 动画,2.2.3.2 中间联结扣件,中间联结扣件的作用： 把钢轨与轨枕牢固地联结起来，以确保钢轨位置稳定。 根据轨枕的性质，中间联结扣件可以分为：木枕联结扣件和混凝土枕联结扣件。 从分类上我们可以推测，不同的轨枕，存在不同的联结方式。,图1-19 钢轨与轨枕的联结,1.木枕扣件及

37、木枕联结方式 目前，我国木枕轨道地段中间联结方式主要有混合式和分开式。 （1）混合式（见图1-20） 目前大量采用的联结方式是混合式。混合式是先用道钉把垫板与木枕扣紧，然后再用道钉将钢轨、垫板和木枕三者同时联结。混合式扣件零件少，安装成本低，但扣紧力不如分开式。,钢轨与木枕的混合式连接（动画）,图1-20 钢轨与木枕的混合式联结,（2）分开式（见图1-21） 分开式是将垫板分别与轨枕和钢轨单独扣紧。 分开式扣压力大，能有效防止钢轨的横、纵向位移，同时便于安装与更换，但成本高。在特殊线路与桥上线路使用。,图1-21 钢轨与木枕的分开式联结,2.混凝土枕联结扣件及混凝土枕联结方式 由于混凝土枕重量

38、大、刚度大，因而混凝土枕扣件的性能也比木枕扣件好。,图1-21 钢轨与混凝土枕联结,主要表现为： 1、扣压力足。当钢轨弯曲、转动时，不会导致钢轨沿垫板发生纵向移动。 2、适当的弹性。混凝土枕的弹性比木枕差许多，其弹性主要由扣件提供。 3、具有绝缘性能。,2.2.4 道床,道床介于轨枕与路基之间，是轨道的重要组成部分。道床是铺设在路基面上的石碴（道碴）垫层。主要作用是支承轨枕，把从轨枕上部的压力均匀地传递给路基；并固定轨枕的位置，阻止轨枕纵向或横向移动；缓和机车车辆轮对对钢轨的冲击。,道床断面,图1-23 道床示意简图,2.2.4.1 道床的功用与材料选择,1.道床的功用：,1）承受来自轨枕的压

39、力，均匀的传递到路基； 2）提供轨道的横、纵向力，保持轨道的稳定； 3）提供轨道弹性，减缓、吸收轮轨的冲击、振动； 4）提供良好的排水性能，减少路基病害； 5）便于轨道养护维修作业。,图1-24 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5点要求，价廉物美，是我国目前使用最广泛的道床类型。,2.道床应具备的性能,图1-24 碎石道床示意图,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。,2.2.4.2 道床断面,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，有利于减小基面应力，降低发生永久变形的可能，确保轨道稳

40、定。 2）顶面宽度（b）：一般为3米。 3）边坡坡度（i）,图1-25 道床纵断面示意图,1、道床的的功用有： A. 承受来自钢轨的压力，均匀的传递到路基； B.提供轨道的横、纵向力，保持轨道的稳定； C.提供轨道弹性，减缓、吸收轮轨的冲击、振动； D.提供良好的排水性能，减少路基病害； E.便于轨道养护维修作业,本节习题,2、根据道床功用，描述其应该具备的性能。 A.质地坚硬，耐压、耐磨； B.耐高温，抗热性好； C.不易风化、侵蚀； D.排水性能好，吸水度小； E.具有良好弹性。,2.2.5 防爬设备,1.爬行的定义 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

41、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。,1.防止爬行的措施 防止爬行，需要加强接头扣件、中间扣件的扣紧力。扣紧力的加强，是通过安装防爬设备实现的。 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。,图1-26 石质防爬器,（a）穿销式防爬器,（b）防爬器的安装,（c）防爬器,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。,图1-27 轨距拉杆,1、由于列车制动、转向，以及温度变化是轨道发生爬行的原因，请分析容易发生爬行的地段： A.道岔地段 B.隧道地段 C.

42、长大下坡道 D.曲线地段 E. 车站到发线,本节习题,2.3 道岔,什么是道岔？ 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。,道岔的分类及功用： 1、线路的连接设备 引导铁路机车车辆由一条线路进入另一条线路。,2、线路的交叉设备 引导机车车辆由一条线路跨越另一条线路。,图1-29 线路连接道岔,图1-30 线路交叉道岔,3、连接与交叉设备 既可以引导铁路机车车辆由一条线路进入另一条线路，也能够引导机

43、车车辆由一条线路跨越另一条线路。,图1-31 线路连接、交叉道岔,本节学习内容与知识要点：,1.我国最常见的道岔是普通单开道岔，简称单开道岔，属于第1类道岔，即线路的连接设备。 单开道岔构造相对简单，具有一定的代表性，是本章的学习重点。 2.在了解和掌握单开道岔的基本特征之后，我们需要了解其它类型的道岔； 3.道岔是轨道的三大薄弱环节之一，限制列车运行速度。最后，我们学习提高列车过岔速度的措施。,2.3.1 单开道岔构造,2.3.1.1 单开道岔的概述,单开道岔是最简单、最常用的一种道岔。,普通单式道岔的组成 1基本轨；2尖轨；3翼轨；4护轨,1.单开道岔的组成 （1）三大组成部分：转辙器部分

44、；辙叉及护轨部分；连接部分。,（2）7个组成部件： 转辙器部分的基本轨、尖轨； 辙叉及护轨部分的翼轨、护轨、岔心； 连接部分的直轨、导曲线轨。,图1-33 单开道岔结构与名称,转辙器：包括两根尖轨和两根基本轨，是引导机车车辆转线的部分。 连接部分：包括两根直轨和两根导曲线轨。它是将转辙器和翼轨联结起来的部分。 辙叉及护轨：辙叉设在两条钢轨的交叉处，其作用是使运行在一条钢轨上的列车车轮的轮缘能越过另一条钢轨。,1.单开道岔各组成部分的功能,思考题,图1-34 单开道岔组成部分一,请指出道岔的组成部分及组成部件。（见图1-34、1-35、1-36）,图1-35 单开道岔组成部分一,2.3.1.2

45、单开道岔的转辙器部分,1.转辙器部分的功用与组成 功用：引导机车车辆的行驶方向。 组成：两根基本轨、两根尖轨、各种联结零件、道岔转换设备。,图1-37 单开道岔的转辙器部分,2.基本轨（图1-37中图示B） 基本轨是用12.5米或25米标准轨经过适当加工制成。主线基本轨为直线。侧线基本轨为折线或曲线型,图1-37 单开道岔的转辙器部分,3.尖轨（图1-37中图示A） 尖轨是转辙器部分最重要的组成部件。通过转辙机械的作用，两根尖轨往复摆动，从而引导机车车辆进入主线或侧线行驶。,2.3.1.3 辙叉与护轨部分,辙叉与护轨部分由主轨、护轨、翼轨、岔心四个部件构成。其中，翼轨和岔心是辙叉的主要构成部分

46、。（见图1-38）,图1-38 辙叉与护轨部分组成示意图,辙叉构造及基本术语（动画）,从两翼轨最窄处到辙叉心实际尖端之间，存在着一段轨线中断的空隙，叫做辙叉的有害空间。当机车车辆通过辙叉有害空间时，轮缘有走错辙叉槽而引起脱轨的可能，因此，必须设置护轨，对车轮的运行方向实行强制性的引导。,2.护轨 正确地引导机车车辆轮对的走向，防止其撞击辙叉叉心，使列车平顺、安全地通过有害空间。（见图1-39）,图1-39 道岔护轨,可动心轨辙叉的心轨与尖轨同时扳动（如图），心轨尖端总是同一根翼轨密贴而同另一根翼轨分离，这样就不存在有害空间。使行车平稳而安全，消除了列车直向过岔速度的限制。,可动心轨撤叉,3.活

47、动心轨辙叉,1、单开道岔的组成部分有： A.岔心部分 B.转辙器部分 C. 基本轨部分D.辙叉及护轨部分 E. 连接部分 2、什么是有害空间？对铁路行车有何影响？可以采取什么措施减少有害空间的影响？,本节习题,2.3.2 其他类型道岔与交叉设备,除了单开道岔以外，还有对称双开道岔、三开道岔、交分道岔和菱形交叉。,双开道岔的特点是同道岔相衔接的两条线路各自向两侧分岔；它的优点是（与单开道岔相比）：,辙叉号码相同时，其导曲线半径较大；辙叉号码相同时，其道岔全长较短。 由于对称道岔的这些优点，常被使用在驼峰编组场的头部或尾部，即工业企业 的厂内线，组织不停车会车的双线插入段。,双开道岔,1.单式对称

48、道岔 又称为对称道岔，是单开道岔的一种特殊形式。整个道岔对称于主线的中线或辙叉角的中分线，列车通过时无直向及侧向之分。,图1-41 单式对称道岔(重庆站),三开道岔的特点是同道岔相衔接的有三条线路，每副三开道岔都 有四根尖轨。 优点：长度较短； 缺点：（尖轨削弱较多，转辙器使用寿命短；两普通辙叉在主线内方无法设置护轨，机车车辆沿主线不 能高速运行。,双开、三开道岔,2.三开道岔,3.交分道岔 交分道岔有单式、复式之分。 复式交分道岔相当于两组对向铺设的单开道岔，实现不平行股道的交叉。 交分道岔具有道岔长度短，开通进路多以及两个主要行车方向均为直线等优点。,图1-42 交分道岔,将一个单开道岔纳

49、入另一个单开道岔内，就成为交分道岔。它代替了两个单开道岔的作用，且占地长度较短，特别是连接几条平行线路时，比单开道岔连接的长度缩短更为显著。,一组交分道岔存在四个“有害空间”，正线上由于列车运行速度较高，使用交分道岔其安全性就较差，也不好养护，故尽量不用。为消除“有害空间”可采用活动心轨钝角辙叉的交分道岔。,交分道岔,三开道岔和交分道岔的共同特点是将一个道岔套到另一个道岔内，既减少用地，又起到两幅道岔的作用，故这类道岔称为复式道岔，而单开道岔和双开道岔，则称为单式道岔。,除了各种道岔外，在线路上还有一种交叉设备。常用的菱有两个锐角辙叉和两个钝角撤叉。但交叉没有转辙器，所以它和道岔不同，机车车辆

50、只能在原来的线路上通过交叉后继续前进，而不能转线。,菱形交叉,2.3.3 过岔速度及提高过岔速度的措施,列车在通过道岔时的过岔速度，是控制列车行车速度的重要因素之一。列车的过岔速度，包括侧向通过速度和直向通过速度。,2.3.3.1 侧向通过速度,对于单开道岔而言，侧向过岔速度包括转辙器、导曲线、辙叉、岔后连接线路这四部分的通过速度。 长期的实践表明，侧向过岔速度主要由转辙器部位和导曲线部位的通过速度决定。,1-43 单开道岔组成部分示意图,1.影响侧向过岔速度的因素 导曲线没有设置超高和缓和曲线，且半径较小，列车未被平衡的离心加速度大。,什么是超高？ 列车通过曲线时，需要提供向心力F保证列车受

51、力基本均衡。可通过设置外轨道超高来提供向心力F，平衡列车受力。道岔的导曲线部分没有设置超高，因此导致列车未被平衡的离心力大，影响列车侧向过岔速度。,图1 向心力,图2 外轨超高提供向心力,2.基本参数的确定 目前，在道岔设计中，采用三个参数： 1）动能损失（） 2）未被平衡的离心加速度（） 3）未被平衡的离心加速度增量（）,3.提高侧向过岔速度的途径 1）增大导曲线半径、减小车轮对道岔各部位的冲击角。 2）加强道岔结构。,2.3.3.2 直向过岔速度,1.影响直向过岔速度的因素 1）道岔平面冲击角的影响。 2）道岔平面几何不平顺的影响。,2.直向过岔速度的范围 根据我国运营实践并结合一定的理论

52、分析，依据道岔的结构状况，直向过岔速度限制为同等级区间线路容许速度的80%90%。,3.提高直向过岔速度的途径 1）使用可动心轨，消灭有害空间； 2）采用长护轨，减小冲击角； 3）使用弹性跟端，提高道岔弹性； 4）采用特种断面的钢轨； 5）增设轨底坡； 6）保证轨距（1435mm）均匀； 7）提高轨道技术含量，采用无缝线路； 8）采用新型轨下基础。,2.3.3.3 道岔号数及列车过岔速度,道岔因其辙叉角的不同，有不同的道岔号（N），道岔号数表明了道岔各部分的主要尺寸。对于道岔号我们习惯用辙叉角（）的余切值来表示，如上图，即：,式中： N道岔号数 FE撤叉根端长 AE撤叉跟端支距,现场检测道岔号

53、数的最简单方法是用脚量法，即先在辙叉心轨顶面上找出一脚长的宽度处，然后由此向前量至辙叉理论尖端处是几脚，就是几号道岔。,道岔号测量法,道岔是线路提高速度的主要控制因素之一。列车通过道岔的速度分为直向过岔速度与侧向过岔速度两种。,辙叉角越小，N值越大，导曲线半径也就越大，侧线过岔速度越高。,目前我国铁路上大多使用9、12、18号三个型号道岔，它们所允许的侧向通过速度分别为30、45、80公里/小时。,常用道岔有关尺寸及侧向允许速度,2.3.4 轨道的几何形位,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。从轨道横断面上来看，轨道的几何形位包括轨距、水平、外轨超高和轨底坡。轨道的两股钢

54、轨之间应保持一定的距离，位保证机车车辆顺利通过小半径曲线，曲线轨距应考虑加宽。两股钢轨的顶面应置于同一水平差。从轨道的纵断面上看，轨道的几何形位包括轨道的前后高低。钢轨顶面在纵向上应保持一定的平顺度，为行车平稳创造条件。,2.3.4.1 直线部分的轨距和水平,1.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。我国云南省尚有从昆明至河口的1000mm的窄轨铁路

55、。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。,轨距应大于轮对宽度(轮对的两轮缘外侧距)。轮对的轮缘与钢轨之间应留有一定的活动间隙，称为游间。,轨距 轮对宽度 活动量,式中，S为轨距(mm)；q为轮对宽度(mm),轮对与钢轨的相互位置,轨距示意图,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。但游间过大又会增加车辆运行时的横向摆动，即车辆蛇行运动幅度。我国规定游间正常值为14 mm，最小值为9 mm，最大值为47 mm。,2.水平 在线路同一断面处左右两股钢轨顶面的高度差，简称“

56、水平”。 轨距和水平均用道尺来测量。通常每6.25m检查一处，即每节12.5m钢轨的接头及中间各检查一处。 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。,3.轨底坡 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。轨底坡的设置是利用钢轨垫板做成1:40的坡度，钢轨安置在垫板上而形成内倾度。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。,2.2.4.2 曲线部分的轨距和水平,1.轨距加宽 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，其最外两根车轴之间的距离称为固定轴距。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:,Sgmax+ f,说明：f是以2倍的固定轴距作为弦在外轨圆上的外矢距。,轨距加宽原因示意图,2.外