轨道设计(海滨)

1、轨道工程课程设计专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 二一五年十一月 路基上无缝线路课程设计一  概论。  普通无缝线路设计，主要指区间内的无缝线路设计，其主要内容为确定设计锁定轨温和结构设计计算。我国无缝线路的基本结构类型为温度应力式。  在普通线路上，钢轨接头是轨道的薄弱环节之一，由于接缝的存在，列车通过时发生冲击和冲动，并伴随又打击噪声，冲击力最大可达到非接头区3倍以上。接头冲击力影响列车的平稳和旅客的舒适，并促使道床破坏、线路状态恶化、钢轨及连接零件的使用寿命缩短、维修劳动费用增加。养护线路接头区的费用占样胡总经营费的35

2、%以上；钢轨因轨端损坏而抽换的数量较其他不伟大23倍；重伤钢轨60%发生在接头区。随着列车轴重、行车速度和密度的不断增长，上述缺点更加突出，更不能适应现代高速重载运输的需要。为了改善钢轨接头的工作状态，人们从20世纪30年代开始，一直致力于这方面的研究与实践，采用各种方法把钢轨焊接起来构成无缝线路。二、设计任务 (1）收集资料，综合分析。通过专业书籍及相关学术期刊的学习，了解无缝线路铺设的意义及国内外发展的现状。并对路基上无缝线路设计的基本原理、方法及步骤有较清楚的了解。 (2）通过计算，确定路基上无缝线路的允许降温幅度。 (3）通过计算，确定路基上无缝线路的允许升温幅度。 (4）通过计算，确

3、定中和轨温（即无缝线路设计锁定轨温）。 (5）通过计算，确定路基上无缝线路的伸长区长度。 (6）通过计算，确定路基上无缝线路的预留轨缝长度。 中和轨温确定是无缝线路设计的关键问题，涉及铁路轨道这门课的主要理论。该设计的目的是通过实际设计，更深入地掌握铁路轨道的基本理论（尤其是强度计算和温度力计算理论）。三、 设计参数1. 运营条件：列车运行速度为150km/h。曲线半径为1650m。采用东风4型内燃机车牵引，最高时速150km/h,轮重及轮距如下表1所示表1 机车计算参数机车型号轮轴名称轮重（kN）轮距（cm）东风4（DF4）第一转向架I112.8180II112.8180III112.884

4、0第二转向架I112.8II112.8180III112.8180其中：静弯矩；静挠度；轨枕上的静压力。速度系数：下表附加速度系数速度范围 km/h电力牵引内燃机牵引检算钢轨120<V160检算钢轨下沉及轨下基础各部件160<V2002.轨道条件钢轨扣件系统轨枕道床路基长度（m)类型（kg/m)垂直磨耗(mm)接头中间类型配置根数(根/km)类型厚度(cm)肩宽(cm)25606六孔夹板高强螺栓弹条型型1667碎石一级面碴25底碴2040砂粘土钢轨面积底宽惯性矩钢的弹性模量E断面积F允许应力钢轨支座刚度D(N/cm)D(N/cm)77.4515032172.1×105Mp

5、a77.45396339352300000700000轨枕轨枕间距长度枕端至轨中距满支撑长度有效支撑长度平均底宽MgMc602605095117.530.019.0517.30枕扣件技术性能如下: （见轨道工程- 表2-17）扣件性能弹条型扣件性能弹条型每个弹条初始扣压力/KN>8弹条变形量/mm9扣压节点静刚度/KN/m90120调轨距量/mm-4+8纵向防爬阻力/KN60调高量/mm10道横向水平力系数f如下：（见轨道工程- 表5-5）线路平面曲线半径R(m)直线800横向水平力系数f1.451.25等效道床阻力Q如下（线路容许弯曲矢度f=0.2cm）：（见轨道工程- 表7-10）碎

6、石道床、混凝土枕混凝土轨枕肩宽40cm1667 Q=84N/cm道床状态参数指标如下：（见轨道设计规范规表3.0.14）指标轨枕类型速度km/h道床横向阻力q(KN/枕)道床纵向阻力q(KN/枕)道床支承刚度(KN/mm)道床密度(g/cm3)III1601030.51001.7最高最、低及中间轨温如下：（见轨道工程- 表7-2）地区最高轨温最低轨温中间轨温石家庄62.7-26.518.1弯曲变形矢度原始弹性弯曲矢度=0.3cm原始塑性弯曲矢度=0.3cm四、设计计算书 <1>: 轨道结构静力计算东风4（DF4）轮轴重示意图如上图所示。,转向架间距离超过5m，故不考虑个转向架的相互

7、影响。各轮载及转向架各轴间距均相同，故只需取第1转向架进行计算。取第1转向架第2轮位进行计算，其他各轮位的轮下计算截面计算值与之相同。各轮位均为最不利轮位。由钢比系数公式： 可得出刚比系数k值。又由公式： 可得出 课设已给出 。数值在此不再给予计算，详见（轨道工程-中国铁道出版社-高亮主编P166页、公式详解） <2>: 轨道强度验算1、计算 东风4（DF4)电力机车运行速度，查表知：检算钢轨应力 验算钢轨下沉及轨下基础各部件 曲线半径R=1100m，取其违背平衡欠超高最大值为h=75mm,故偏载系数为 = 0.002h=0.00275=0.15曲线半径R=1650m,查

8、遍，f=1.45则有： 2、钢轨强度检算60kg/m钢轨，当垂直磨耗为6mm时，截面模量=396,故： （Mpa) (Mpa)制动附加应力取;温度应力取；钢轨允许应力 。 检算钢轨强度： 轨底：,满足要求。轨头：,满足要求。 3、 轨枕检算a、轨下截面正弯矩检算：根据轨下截面正弯矩检算公式： 式中：-轨枕设计系数，取1.0； -荷载作用点至枕端距离，取； e- 一股钢轨下轨枕的全支撑长度，取e=95cm - 轨底宽，取15cm-轨下截面允许弯矩，与轨枕类型相关，对型混凝土轨枕可取。 <,满足要求。 B、轨枕跨中截面负弯矩检算根据轨枕跨中截面负弯矩检算公式： 式中：-轨枕长度； -中间截面

9、允许负弯矩，对III型混凝土枕取14kN.m。 <,满足要求。4、 道床顶面应力检算 根据道床顶面压应力检算公式有： 式中：-轨枕平均底宽，取30cm； -有效支承长度，取117.5cm； -应力分布不均匀系数，取1.6； -道床允许承压应力，对碎石道床取其为 。 5、路基基床表面压应力检算 根据路基基床表面压应力检算公式有： 道床厚度，故有： < 式中-压力扩散角，一般取 。 <3> : 锁定轨温1、 根据强度条件确定允许的降温幅度 无缝线路应该具有足够的强度，以保证在动弯盈利、温度应力及其他附加应 力共同作用下不被破坏，能够正常工作。因此，要求钢轨承受的各

10、种应力总和不超过规定的容许值，即式中 钢轨最大动弯力，（MPa）；钢轨温度应力，（MPa）；钢轨承受的附加应力，（MPa）如桥上的伸缩应力和挠曲应力、无缝道岔基本轨附加应力、列车制动等引起的附加应力等；本设计只考虑路基上由制动引起的附加应力，可取；钢轨允许应力，它等于刚轨的屈服强度除以安全系数K， 。 2、根据稳定条件确定允许的升温幅度塑性原始弯曲半径m R=1650m式中： -弹性原始弯曲矢度，通常取为4m； -塑性原始弯曲矢度，取3mm。 变形曲率 -圆曲线同塑性原始弯曲的合成曲率； -塑性原始弯曲半径。式中： Q-等效道床阻力； -变形曲线矢度； -弹性原始弯曲矢度； -变形曲线弦长；

11、式中：E-钢轨弹性模量。 -变形曲线矢度，取2mm； Q-等效道床阻力，取8.4N/mm； -弹性原始弯曲矢度， 取3mm； 设计锁定轨温的确定 式中： -铺轨地区的历史最高温，历史最低温； -设计锁定轨温修正值，可根据当地具体情况取 0-5 本设计取5锁定轨温上限：锁定轨温下限： 绘制轨温图 <4>: 伸缩区长度1、根据铁路轨道设计规范（TB100822005）中11.10.1伸缩区长度的计算方法，计算伸缩区长度可按下面公式进行计算： 式中：-钢轨温度拉力或压力的最大值钢轨最大温度压力 为设计锁定轨温上限；为设计锁定轨温下限； - 接头阻力（N），取490kN。 -有砟道床路基上一股钢轨下线路的纵向阻力，30.5KN/枕 由计算伸缩区长度为46.91m。2.算长轨和缓冲轨间预留缝a1和缓冲轨与缓冲轨间的预留缝a2 （如下图）长钢轨与短钢轨间预留轨缝的计算根设计要求，预留轨缝的计算：式中：-锁定轨温。冬季 长轨条端部伸缩量 标准轨端部伸缩量 按冬季轨缝不超过构造轨缝的条件，可算得预留轨缝上限为； 夏季长轨条端部伸缩量标准轨端部伸缩量按夏季轨缝不顶严的条件，可计算其下限为： -从锁定轨温到当地最低轨温时，长轨，短轨一端的缩短量； 则