《轨道工程》课程设计任务书及算例解读

1、轨道工程课程设计普通无缝线路结构设计任务书一、课程设计性质、任务与目的轨道工程课程设计是土木工程专业的一门实践性课程；本课程设计主 要训练学生综合运用所学基础知识的能力， 培养学生用定性分析方法对问题进行 综合分析和评价。本课程设计是在学过轨道的基础知识后，对“轨道强度计 算” 、“无缝线路轨道设计” 、“轨道结构组成”等知识的拓宽与综合应用。通 过作业，使学生在巩固所学轨道结构组成、 轨道强度计算的基本方法， 熟悉并运 用课堂所学内容，从而加深对所学内容的理解， 提高综合分析和解决问题的能力。熟练掌握普通无缝线路设计步骤， 了解无缝线路的特点及受力特征。 通过对 普通无缝线路的设计，达到对整

2、个轨道体系的全面的认识。二、设计要求1独立完成，有独特见解。2文字清晰，条理清楚，步骤完整。 3文面、图面整洁，装订整齐。三、设计资料1. 轨温：(0) 兰州地区 ;(1) 石家庄地区 ;(2) 西宁地区 ;(3) 西安地区 (4) 合肥地区 ;(5) 郑州地区 ;(6) 长沙地区。按自己对应的学号的倒数第二位选取相应地区的轨温。2. 轨道条件(1) 钢轨：为60kg/m的钢轨、按预期垂磨6mm计算；缓冲区钢轨采用每根 长25m的标准轨；轨钢容许应力：(T s = 36500X 104Pa；(2) 轨枕：混凝土U型轨枕，每公里铺设 1840根，a=544mm(3) 扣件：接头扣件为巾24mm

3、10.9级螺栓，六孔夹板；中间扣件为弹条U型扣件，橡胶垫板；道床：碎石道碴，顶宽3.3m,曲线外侧加宽0.05m。道碴为一级道碴，道 碴厚30cm,底碴厚20cm,道床厚度h= 30+ 20/2= 40 cm,3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：FU= 600m4行驶机车最咼仃驶速度：V ma=120km/h;=0.012283/cm钢轨支座弹性刚度：检算钢轨D = 300kN/cm ;轮重和轴距排列如表1所示。(共有10种前五种为内燃机车，后五种是电 力机车，分别按学号的最后一位选取自己的机车的类型)表1机车计算资料类型轮轴轮重(kN)轮距(cm)构造速度(km/h

4、)内 燃 机 车ND第一转向架I105120195n105215出105420第二转向架I105215n105195出105ND第一转向架I115120205n115195出115930第二转向架I115195n115205出115东方红4第一转向架I115120180n115210出115787第二转向架I115轮重(kN)轮距(cm)构造速度(km/h)210n 115180川 115I 108.5255第一转向架n 108.5180108.5NY820120I 108.5180108.5第二转向架255108.5115115255第一转向架180115NY7870120115180第二转

5、向架n 115255川 115230类型轮轴轮重(kN)轮距(cm)构造速度(km/h)n115180出115870I115180第二转向架n115255出115表2钢轨截面特性表垂直磨耗(mm)项目钢轨类型(kg/m)7560500断面积f( cm2)95.0677.4565.8对水平轴惯性矩j x( cm2)449032172037对竖直轴惯性矩J y ( cm2)661524377轨底截面系数W 1 (cm5)509396287轨头截面系数W 2 (cm )4323392516对水平轴惯性矩Jx ( cm?)28791827对竖直轴惯性矩J y ( cm2)498360轨底截面系数W 1

6、 (cm )375275轨头截面系数W 2 (cm5)2912309对水平轴惯性矩J x ( cm2)26901702轨底截面系数W 1 (cm )363264轨头截面系数W 2 (cm )264216表3速度系数|二牵引种类速度系数。计算轨底弯曲应力用计算轨道下沉及轨下基础 各部件的荷载及应用内燃0.4 V1000.3V100电力0.6V1000.45V100表4钢轨强度钢种屈服极限Mpa强度极限MpaU 74,U74CU410785轨道特征单根轨枕的道床纵向阻力R（N）一股钢轨下单位道床纵向阻力r （ N/mm1840 根 /km1760 根 /Km木枕线路70006.46.1混凝土枕线路

7、100009.18.7UyiM n , U7 iMn SiCu456883表5道床纵向阻力5 线路条件原始弹性弯曲矢度：fe=0.3cm ;原始塑性弯曲矢度：fp= 0.3cm；线路容许弯曲矢度：f= 0.2cm；原始弯曲半波长：I。= 400cm等效道床阻力：CH 87N/ cm；钢轨对竖直轴的惯性矩：Jy = 524cm4轨道框架换算系数：B = 2。6铁路线路修理规则中的有关无缝线路的一些规定第1条 允许速度为120km/ h（不含）160km/h的线路应铺设跨区间或全 区间无缝线路，允许速度大于160 km/h的线路应铺设跨区间无缝线路。第2条 温度应力式无缝线路，一般由固定区、伸缩区

8、、缓冲区三部分构 成。固定区长度不得短于 50 m。伸缩区长度应根据年轨温差幅值、道床纵向阻 力、钢轨接头阻力等参数计算确定，一般为 50100m缓冲区一般由24节标 准轨（含厂制缩短轨）组成，普通绝缘接头为4节，采用胶接绝缘接头时，可将胶 接绝缘钢轨插在2节或4节标准轨中间。缓冲区钢轨接头必须使用不低于10.9级的螺栓，螺栓扭矩应保持在 7001100N- m。绝缘接头轨缝不得小于 6mm第3条无缝线路必须有足够的强度和稳定性。铺设无缝线路应采用标准轨 道结构，根据各地轨温幅度并按 铺设无缝线路允许温差表（附录六）所列允许 温升 tu和允许温降 td计算中和轨温，确定设计锁定轨温。特殊情况需

9、加 强轨道结构时，应根据行车条件和线路平纵断面情况进行强度、稳定性及缓冲区 轨缝检算。中和轨温按下式计算：tsfTmaxTmin ：td _ ：tu 2 2式中Atd， tu允许温降和允许温升（附录六）;Tmax，Tmin-当地历史最咼、最低轨温; tk中和轨温修正值，取05C第4条 曲线半径小于400 m或当地最大轨温幅度超过 铺设无缝线路允许 温差表)(附录六)中允许铺设无缝线路最大轨温幅度时，应作特殊设计。长大坡道、制动地段及行驶重载列车区段铺设无缝线路时，可采取加强措施。第5条桥上铺设无缝线路应满足下列要求：一、位于无缝线路固定区的跨度不大于 32m的简支梁桥。二、 当地最大轨温变化幅

10、度、桥长及其采用轨枕、扣件符合表5的规定。三、 无缝线路在桥梁两端路基上每端锁定长度均不应小于100m不在上述规定之列的桥梁，应对钢轨、墩台的受力状态、冬季钢轨折断时断 缝的大小进行检算。若各项检算结果未超过允许值则可铺设。桥梁有浅基、孔径不足、偏心超限、载重等级不足或支座、墩台病害等，铺 设无缝线路前必须进行严格检算。表5桥上扣件相关规定钢轨类型(kg / m)最大轨温幅度(C )允许桥梁长度(m)扣件类型与扭矩钢梁桥和混凝土梁无 碴桥混凝土梁有碴桥5060 70 300钢梁桥：K型扣件 混凝土梁无碴桥：WJ2型扣件扣件扭矩：6080N -m加强桥头线路的锁定YJ 一 1型扣件扭矩：6080

11、N - m弹条1型、弹条n型扣件扭矩： 与线路上相同加强桥头线路的锁定71 80 24081 90 20091 100 1606060 70 22071 80 20081 90 16091 10020006=521752 m(6) 钢轨动弯应力计算0.4V。.口“朋100100 h=75mm3 =0.002 h=0.002 X 75=0.15 f= 1.6轨底动弯应力 5 :Md52175 =139.lMPa375轨头动弯应力 5：MdW2= 55=179.3 MPa291(7) 钢轨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。 米取钢轨制动应力 5= 10MPa(8) 容许的轨

12、温变化幅度计算根据强度条件，计算容许的轨温变化幅度，其条件式为:od+ 5+ 5三sd而5=2.5t (MPa)所以，轨底容许的降温变化幅度为：轾丄 轾t降Ss- S1- Sf2.5365- 139.1- 102.5=86.3 C轨头容许的升温变化幅度为:Ss- S2- St2.5=365- 179.3- 10= 70.3 C2.502 稳定压力计算 (1)线路条件原始弹性弯曲矢度：f0e=0.3cm ；原始塑性弯曲矢度：fp= 0.3cm ;线路容许弯曲矢度:f= 0.2cm；原始弯曲半波长：|0 = 400cm ；等效道床阻力：Q = 87N/cm ; 钢轨对竖直铀的惯性矩：Jy = 49

13、8cm4;轨道框架换算系数：3= 2。(2)温度压力计算有塑性原始弯曲圆曲线的合成曲率为：111=十rRR012600 108 0.32(400)= 3.17 10/cm有关数据计算：3 nEJY= 2X9.87 21X106 X524= 2.06 氷ONcm43 =0.129二验算变形曲线长度I :|2 Q订 BEJy2 JI +RiEJy)2eJy二 2 4 (ffoe)QRi=右 20.6 x 3.17 x 105 +J(20.6x 3.17)2 x107 +102 _720.6 1010 0.5 870.129=20.43 104cm2I =452.0cm因计算得I =452.0cm，

14、与400cm相差较大，再设I =452.0cm，重新计算fe：oe =|24000 3oe2 =20.43 1042 = 0.383 cm400将fe=0.383cm代入，验算变形曲线长度I :丄 120.3.1102013.17)2“010+2010109583 佃I2870.1294=21.01 10 cm因计算得I =458.3cm,与452cm还有一定误差，再设10=458.3cm，重新计算 仏：oe =|2 | 2嬰=21.01104.383 4 =0.394 cm20.43 04将fe=0.394cm代入，验算变形曲线长度I :I2 = 1：870.6 3.17 105.(20.6

15、 3.17)2 1010 26 10594 870.1294=21.08 X0 cmI =459.1cml =459.1cm 与上面的 l0=458.3cm 相接近，因此将 I 2= 21.08 Xl04cm, f0e=0.394cm 代入下式，求温度压力 Pn。EJyJfoe) . 43Q|2I二oeJ220.6 1010(0.2 0.394)40.129 87 21.08 104 542025706 N0.2 0.394 0.129 3.17 10 21.08 10421.08 104(3)容许温度压力计算采取安全系数： K = 1.25 容许温度压力PJI Pn2025706 ,_P -

16、1620564 NK 1.25（4）容许的升温变化幅度计算根据稳定性条件，计算容许的升温变化幅度。钢轨断面积F= 77.45cm2容许的增温变化幅度为：轾P1635643“ 焦臌t升2 = 2创250F= 2 250? 77.45=8 臌切=70.3（强度条件允许温升）所以 |t升 =41.3 锁定轨温计算由强度和稳定条件确定锁定轨温铺轨下限锁定轨温（受稳定条件限制）：tsf（下）=Tmax-轾七升=62.6- 41.8= 20.8 铺轨上限锁定轨温（受强度条件限制）：tsf （上） = Tmin + 轾 t降 = - 22.8 + 86.3 = 63.5 故20.8C tsf63.5 C（2

17、）确定的锁定轨温式中用:规范中规定锁定轨温的取值为tsf上皿3工一，tk2 262.6 (-22.8) 86.3 -41.8= 十2 2 ts , tc允许温升和允许温降；T max, T min当地历史最咼、最低轨温;_ 5 =42.6 一 5 tk中和轨温修正值，取 05 Co但考虑到为了便于施工， 一般应保证设计锁定轨温较中间轨温的上浮一个值,本设计米f般应保证设计锁定轨温较中间轨温的上浮值，取为35 Co故分析得出其范围为 2325 C由于取为25 C时其施工锁定轨温为 2030 C,其下限超出上述条件确定出的下限，故取为26C，其施工锁定轨温为2131 Co（3）确定铺轨锁定轨温的范

18、围根据上述条件确定的的锁定轨温为26 C是合理的锁定轨温，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：设计锁定轨温tsf=26 C41. 6CCy1 CA53.8=1041.7kN 最大温度压力 Ptmax压：Ptmax 压=250 -F max 升=250X77.45 X41.6=805.48kN温度拉力引起的伸缩区长度ls1 :siRmax 拉-Ph1041.7- 57091=51.84 m805.48 - 57091=25.88 m温度压力引起的伸缩区长度ls2 :R max压-PH ls2=-r为安全起见，伸缩区长度采用ls = 75m。防爬器的布置一根轨

19、枕上中间扣件的阻力Pc= 16kN ;一根轨枕的道床纵向阻力Rs= 10kN ;从上述可看出，中间扣件阻力大于道床纵向阻力，可不需要在伸缩区布置防爬器，但中间扣件扭力矩应经常保持在80120N- m范围内，中间扣件阻力才能达到上述要求。5.缓冲区预留轨缝计算(1)长轨一端的伸缩量长轨一端的伸长量 入长伸滋申%x压-PH)2 =(805480- 570000)2 ?io 1.9mm2EFr2创21 10 仓疗7.45 91长轨一端的缩短量入长缩l长缩二(R max拉Ph)22EFr2(1041703- 570000)2 创21 104 仓 77.45 917.5 mm标准轨一端的伸长量 入短伸I短伸=r -Io8121 104 100 77.4510(805480 -570000)25009125002IL2_8=1.4mm标准轨一端的缩短量入短缩:1短