铁路轨道及铁路道岔建模数据及仿真

1、目录一. 铁路轨道1-10二. 铁路道岔11-20三. 总结21铁路轨道一. 铁路线路列车运行的基础。由轨道，路基和桥梁隧道建筑物（桥梁、隧道和涵洞）等组成的一个整体工程结构。二. 轨道的组成及类型1. 铁路轨道是线路的上部建筑，包括钢轨、轨枕、道岔、道床、联接零件和防爬设备。 2. 类型：划分轨道类型和制定轨道标准的主要依据是轨道通过的总重密度。是在铁路运营线路上，某一运营区段平均1km线路在一年内通过线路的所有质量，其单位为Mt.km/km，它是表征轨道承受荷载情况的重要指标，也是铁路运营繁忙程度的主要指标。正线轨道类型；站线轨道类型；线路大修采用的轨道标准每种类型的钢轨种类、轨枕配置根数

2、和道床厚度，均应根据运量、最高行车速度等主要运营条件确定，每千米设置的轨枕的根数。三. 直线轨道几何尺寸1. 轨距轨距是钢轨踏面下16mm范围内两股钢轨工作边之间的最小距离。因为钢轨头部顶面是复曲线，钢轨在轨枕上又以向内倾斜1/40的坡度放置，车轮轮缘踏面外形也有一定的斜度。车轮轮缘和钢轨的理论侧面接触点是在钢轨顶面的10-16mm间。铁路铁轨目前分为3种：标准轨距、宽轨距、窄轨距。标准为1435mm。图1、直线轨距测量轨距的大小由机车车辆的轮对宽度来决定的，轮对是机车车辆的基本走行部分，由轮轴和两个车轮组成。轨道和轮缘间也存在这游间。2. 直线轨道的其他直线尺寸水平：轨道上左右两股之间钢轨顶

3、面的高差。高低：钢轨的纵向平顺情况。轨向：线路中心线在水平面上的投影，即在直线上轨道是否顺直，在曲线上轨道是否圆顺。轨底坡：由于车轮的踏面设计成锥形，踏面上有2个坡度，经常与轨道接触的是1:20的坡段，1:10的坡段只是在小半径曲线上才与钢轨接触。因此在直线铁轨的铺设上不应该水平铺设应该设置一个角度，人为的使两股钢轨顶面想铁路中心线倾斜。四. 钢轨钢轨是轨道的主要组成部件，其引导机车车辆的车轮前进，承受来至车轮的各种力并且传递到轨下基础，并为车轮滚动提供连续平顺和阻力最小的表面。钢轨的种类类型与运量、容许速度和轴重相适应。决定钢轨质量的主要因素：钢轨质量必须与机车车辆的轴重相适应；与行车速度有

4、关系，提高行车速度和质量必须提高钢轨的质量；与通过年总通过量密度有关。分类的标准是以每米大致质量的kg整数表示，我国有75、60、50、43kg/m，其中60和50kg/m钢轨已成为我国铁轨的主要钢轨。钢轨的重量愈大，力学性能愈好，力学性能愈好，在相同的条件下，使用寿命愈长。1. 常用直线钢轨尺寸钢轨的断面形状采用具有最佳弯曲性能的工字形断面，由轨头，轨腰和轨底三部分组成。钢轨的头部顶面宽，轨腰厚，轨身高及轨底宽是钢轨的4个主要参数。60 kg/m的直线钢轨的断面尺寸如图所示，也是最主要的直线钢轨铺设的形式，其断面的尺寸为：图2. 60kg/m钢轨横断面及侧面尺寸图2. 直线钢轨长度我国铁路钢

5、轨的标准长度有12.5m和25m两种。特重型、重型轨道采用的25m标准长度钢轨，其他类型轨道课采用12.5m、25m标准长度钢轨。本次建模采用25m的60kg/m直线钢轨。五. 钢轨接头、联接零件及轨缝1. 钢轨接头联接形式悬接式接头：钢轨接头悬于两根轨枕之间。目前我国铁路线路上均采用这种接头。支接式接头：钢轨接头压于轨枕之上，又分为单枕支接和双枕支接。我国铁路现在采用相对、悬接式接头作为钢轨的标准接头形式。2. 钢轨接头联接零件钢轨接头联接零件由夹板、夹板螺栓和弹簧垫圈等组成。通过联接零件将钢轨联接在一起。保持接头范围与其他部位钢轨一样的整体性，以抵抗弯曲和位移。图3 60kg/m钢轨用夹板

6、图3. 钢轨接头螺栓、螺母及弹簧垫圈夹板和钢轨之间利用螺栓来夹紧。高强度螺栓按抗拉强度来分为10.9级和8.8级两种。10.9级有纹部分直径为24mm，8.8级有纹部分直径为24mm和22mm两种。图4 高强度接头螺栓图60kg/m的钢轨适用10.9级高强度接头螺栓。图5 10.9级高强度螺母图图6 高强度弹簧垫圈具体的数据查相关手册得出。钢轨联接处必将出现轨缝，铁路运行过程中对轨缝进行调整同时对轨道的温度进行控制。六. 轨枕轨枕的作用是承受来自钢轨上的各种力，且传递至道床，同时轨枕还起着保持钢轨方向、轨距和位置的作用。1. 木枕l 木枕根据其在线路上的使用的部位不同可以分为普通木枕、道岔木枕

7、和桥梁木枕3种。其木枕断面尺寸为：图7 木枕断面图岔枕的长度在260-480mm（按20mm进级）l 木枕扣件木枕轨道上扣件的形式主要有不分开式和分开式两种。不分开式扣件是用道钉将钢轨、垫板共同钉于木枕上。 图8 不分开式扣件分开式扣件是将钢轨与垫板、垫板与木枕分别联接起来。图9 分开式扣件由于木枕的使用寿命短，失效的原因多因此现在一般不适用。普通道钉：采用3号钢热轧方钢制造，以保证道钉具有一定的韧性。长度165mm.图10 普通道钉（单位：mm）图11 螺纹道钉l 垫板垫板的主要作用是传布压力在木枕的较大面积上，以免木枕被压坏；减少木枕表面所受的冲击振动和机械磨损。图12 60及75kg/m

8、钢轨用垫板（单位：cm）2. 混凝土枕混凝土枕也根据其使用的部位的不同分为一般混凝土枕、混凝土岔枕和混凝土桥枕3种。l 重、次重型轨道一般采用S-2型预应力混凝土枕和J-2型预应力混凝土枕，其尺寸图如下：图13 J-2型混凝土枕（利用混合来进行建模）l 扣件系统用于混凝土轨枕的扣件按其结构主要分为扣板式、弹片式和弹条式3种。弹片式已经不再生产，线路上的弹片式也将被慢慢取代。弹条1型扣件：图14 60kg/m钢轨中间扣件的联接组装扣件系统由螺纹道钉、螺母、平垫圈、弹条、轨距挡板、挡板座和橡胶垫板组成。60kg/m钢轨用轨距挡板仅为长圆孔轨距挡板，一律安装B弹条，用2-4挡板座。图15 B型弹条（

9、pro/E建模中在多个基准面的草绘图上选择轨迹进行扫描）图16 长圆孔轨距挡板图17 平垫圈3. 轨枕的配置道上，轨枕间距根据钢轨类型长度、每公里铺设轨枕的根数，钢轨接头方式等因素决定。钢轨接头处轨道强度应加强，接头处轨枕的间距c要较中间轨枕的间距a略小，弥补接头处抗弯强度不足，并且在a与c之间有一个过渡间距b，如图所示：图18 轨枕间距计算每节钢轨轨枕配置根数，按下列公式计算：式中:n-每节钢轨轨枕配置根数； N-每米米轨枕标准配置根数； L-每节钢轨长度（m）,不含轨缝。上式计算所得的n值，采用整数（四舍五入）每节钢轨轨枕间距a、b、c值，按下列公式计算：式中：每节钢轨长度（mm），含一个

10、轨缝（一般采用9mm），钢轨接头采用相错式时为两股相错接头之间的长度；ba和c之间的过渡间距（mm）；c钢轨接头两根轨枕间距（mm），其值系根据钢轨接头构造而定，我国规定：混凝土枕，75、60或50kg/m轨，c=540mm；a除接头轨枕间距（c）和过渡间距（b）外，其余轨枕间距（mm）。建模中选取每千米配置1600根，每节钢轨配置40根，混凝土枕的参数为：铁路道岔道岔是指轨道在平面上的出岔、连接和交叉等设备，在我国铁路上习惯地把这些设备统称为道岔。道岔是铁路轨道的一个重要组成部分。它的作用是引导机车车辆由一条线路转向另一条线路的过渡设备。此处主要对普通单开道岔的构造进行分析。一组普通单开道岔

11、（简称单开道岔）由转辙器、辙叉及护轨、连接部分组成。图19 单开道岔组成一. 转辙器转辙器是引导车轮运行方向的设备，当尖轨置于不同的位置时，列车将沿着直向或侧向运动。转辙器主要包括两根基本轨、两根尖轨、联接零件（如滑床板、顶铁、轨撑、拉杆、连接杆、辙前垫板、辙后垫板等）及根部结构（包括跟端大垫板、间隔铁、跟端夹板、防爬卡铁、异径螺栓及根部螺栓）等。l 基本轨基本轨的构造：在道岔中，接触尖轨和靠近护轮轨的钢轨叫基本轨。道岔基本轨用12.5m和25m的标准轨制成，一侧为直基本轨，一侧为曲基本轨。为了防止基本轨因横向水平推力而引起的横移，在基本轨轨腰处钻有水平螺栓孔，与其在外侧设置的轨撑用螺栓联结，

12、共同抵抗水平推力。基本轨上还有联接辙跟设备和顶铁的螺纹孔。曲股基本轨的曲折：当尖轨与基本轨密靠时，有一个转辙角，因此在转辙部分必须将轨距加宽，以满足机车固定轴距和车轮与轨道接触的需要。使转辙器轨距、方向正确及尖轨和基本轨密贴。表2 曲基本轨弯折矢距l 尖轨尖轨是转辙器中重要组成部分之一，分为爬坡式尖轨和藏尖式尖轨。爬坡式尖轨是用一定长度的与基本轨同类型普通钢轨，经过竖直和水平刨切，将一头切削成尖型，再经弯折及补强等工序制成；藏尖式尖轨采用矮型特种断面钢轨加工而成。尖轨的作用是依靠其被刨切的一端与基本轨紧密贴靠，正确引导车轮的运行方向。尖轨的长度根据道岔号来确定。此处尖轨的选定长度是7700mm

13、，采用直线型尖轨，分为左右股，尖轨断面采用普通钢轨断面，尖轨形式为补强型。图20 直线型交规转辙角示意图图21 普通钢轨断面（补强）尖轨各个断面与基本轨的相对高度：直尖轨是将轨底切去一部分，叠盖在基本轨的轨底上，称为爬坡式尖轨。基本轨放在滑床板上，而尖轨则放在同一滑床板的滑床台上，尖轨轨底比基本轨轨底高出6mm, 这是为了减少尖轨轨底刨切量，以增加尖轨的断面强度。图22 爬坡式尖轨这里由于尖轨选用直线型尖轨，铁轨进行刨切后强度降低则要进行补强，增加尖轨强度，将采用20mm的钢板利用螺栓联接在尖轨的两侧进行补强。尖轨各个断面的高度:由于尖轨尖端比较薄弱，要使车轮由基本轨逐渐过渡到尖轨而不损伤尖轨

14、。其尖轨断面尺寸是：图23 尖轨断面尺寸l 连接杆其作用是将两根尖轨联接成为一个框架式整体而一起摆动，同时保持两尖轨在平面上的相对位置。连接杆的数量一般和尖轨的长度有关系，普通道岔一般安装2-3根。安装在尖轨前面且与转辙机械相连的一根称转辙连接杆（拉杆）。道岔的变道需要连接杆的牵引，在尖轨的前段部分将两股尖轨通过连接杆连接再通过外部的装置（机械或机电装置）的推拉来实现轨道的变轨。l 尖轨顶铁由于尖轨与枕木没有道钉固定，为了保持尖轨在列车通过时不被车轮横向压力所挤弯，须在尖轨轨腰上安装顶铁，当尖轨与基本轨相密贴时，每个顶铁顶部应正好顶住基本轨的腰部，这样作用在尖轨的横向力便会通过顶铁传递到基本轨

15、，尖轨和基本轨同时抵抗列车的横向压力。图24 尖轨顶铁l 轨撑为了增强转辙器的横向稳定性，在基本轨外侧安装轨撑。它的作用是承受横向压力和防止基本轨产生横向移动，轨撑用铸钢制成，62型及75型道岔通过水平螺栓与基本轨连接，用垂直螺栓与木枕相连，以保证基本轨的位置牢固稳定。图25 62型、75型道岔双墙式轨撑l 辙前垫板它铺设在尖轨尖端前面的一段基本轨下面，与轨撑共同配合起防止基本轨向外横向移动。另外在道岔导曲线中部支距点的前后，也铺设这种垫板。其结构如图所示：图26 辙前垫板l 滑床板承垫基本轨并供尖轨滑动或承垫翼轨并供可动心轨滑动的垫板，称为滑床板。滑床板作用是承托由尖轨、基本轨传来的压力，并

16、传递到岔枕上去，保证尖轨在滑床台上正常左右平滑摆动，同时滑床台具有阻止基本轨向内侧移动的作用。此外，滑床板靠枕木端头的一侧焊有挡肩，作为轨撑的支座。如图所示：图27 滑床板l 尖轨跟端结构尖轨跟端结构要求以根部为轴心，能够灵活扳动尖轨。我国大部分采用间隔铁式，近年来也大量采用弹性可弯式跟端结构。间隔铁式尖轨跟端结构：这种结构通常又称活接头，主要由辙跟垫板、间隔铁、辙跟夹板、轨撑及双头螺栓等组成。其结构图如图所示：图28 尖轨跟端结构示意图图29 辙跟垫板二. 辙叉及护轨1. 辙叉分类目前我国单开道岔上常用的辙叉有钢轨组合式辙叉、高锰钢整铸辙叉和可动心轨辙叉三种。图30 钢轨组合式辙叉图31 高

17、锰钢整铸辙叉图32 可动心轨辙叉2. 辙叉构造l 辙叉是轨道平面交叉的设备，它的作用是使列车按确定的方向，通过平面交叉处。辙叉是由心轨、翼轨、护轨及其他零部件组成。图33 辙叉示意图两翼轨工作边相距最近处称为辙叉咽喉（我国定型道岔咽喉宽度是68mm）l 护轮轨轮缘槽护轮轨一般用于道岔同类型的普通钢轨弯折制成。它的中间部分与基本轨平行，称为平直段。其作用是迫使车轮轮缘在护轮轨轮缘槽内通过，控制对侧的车轮轮缘不致碰撞辙叉尖或进入异股，即保证查照间隔应有的尺寸。其尺寸要求为如图：图34 护轨构造（单位：mm）l 辙叉轮缘槽及翼轨辙叉轮缘槽如图：图35 辙叉轮缘槽及翼轨（单位：mm）道岔各部轮缘槽深度

18、为48mm，目前维修标准为不小于40mm。l 辙叉趾宽及跟宽图36 辙叉趾宽及跟宽单开道岔辙叉从趾端到跟端的长度FA或EB，称为辙叉全长。表3 常用辙叉尺寸（mm）l3.三. 连接部分连接部分是把转辙器和辙叉及护轨连接起来的设备，它包括四股钢轨，即两股直线钢轨和两股曲线钢轨组成。两股曲线钢轨在道岔中称为导曲线。l 导曲线平面导曲线的平面形式主要有圆曲线和抛物线型两种。表4 常用道岔的导曲线半径本次建模采用的是12号道岔来为基础来建立的模型。l 导曲线构造大部分用普通钢轨制造的直尖轨，在构造上尖轨的后大半部分高于基本轨，一般高出6mm。在导曲线上无超高时，尖轨跟部高出部分必须向导曲线上顺坡，此外，因导曲线上无超高，在离心力的作用下，不可避免地出现里股高于外股的情况，因此，宜在导曲线上设置适量超高。导曲线根据情况也有一定程度的轨底坡。同时导曲线上还应有附属设备，如轨撑来防止铁轨发生倾倒。l 连接部分配轨导曲线配轨时，要考虑轨道电路上的绝缘接头的位置及满足对接接头的要求。尽量采用12.5 m或25 m长的标准钢轨。使用短轨，一般不短于6.5