第三章 轨道几何形位 - 课程首页

1、2022-2-251第五章第五章 轨道几何形位轨道几何形位 track geometrytrack geometry几何形位： 是指轨道各个部件的几何形状、相对位置和基本尺寸。 目的是保证机车车辆在轨道上安全、平稳、不间断地运行。2022-2-252第一节第一节 机车车辆基本知识机车车辆基本知识rolling stocks机车车辆nLocomotivenPulled stockpassenger vehicle freight vehiclen铁路机车的分类：运用和牵引动力来划分n从运用上分，有客运机车、货运机车和调车机车 2022-2-253牵引动力 n蒸汽：n内燃：东方红型内燃机车东风、东

2、风2、东风3型内燃机车东风4型内燃机车 东风5、东风6、东风7型内燃机车东风8型内燃机车东风9型、东风10型内燃机车东风11型、东风12型内燃机车 n电力：韶山1、韶山2、韶山3型电力机车韶山4、韶山5、韶山6型电力机车韶山7电力机车韶山8型、韶山9型电力机车国产交流传动电力机车 2022-2-254n内燃动车组和电动车组国产内燃动车组国产电动车组高速电动车组国产摆式动车组 动力分散，一种叫动力集中动力分散，一种叫动力集中 2022-2-255车辆n按用途分：客车和货车硬座车、软座车、硬卧车、软卧车、餐车、行李车、邮政车等。常见的货车则有平车、敞车、棚车、罐车、保温车等。n按车辆的轴数分：四轴

3、车、六轴车、八轴车等。轴数越多，车轮也越多，载重量就越大。n按车辆的载重分：货车有50吨、60吨、75吨、90吨等不同的载重量。 2022-2-256车辆的基本构造五大部分组成：n车体n车底架n走行部n车钩缓冲装置n制动装置2022-2-257转向架组成bogiesn轮对n侧架和摇枕n轴箱油润装置n弹簧减振装置n基础制动装置 2022-2-258机车车辆的运动形态与类型机车车辆的运动形态与类型(1)(1) 沿轨道纵向的振动，称为伸缩运动沿轨道纵向的振动，称为伸缩运动( (x x方向方向) )；(2)(2) 车体的横向振动，称为侧摆运动车体的横向振动，称为侧摆运动( (y y方向方向) )；(3

4、)(3) 车体的上下振动，称为沉浮运动车体的上下振动，称为沉浮运动( (z z方向方向) )；(4)(4)车体绕垂直轴车体绕垂直轴( (z z轴轴) )的振动，称为摇头运动的振动，称为摇头运动( (又称蛇又称蛇行运动行运动) )；(5)(5)车体绕纵向水平轴车体绕纵向水平轴( (x x轴轴) )的振动，称为侧滚运动；的振动，称为侧滚运动；(6)(6)车体绕横向水平轴车体绕横向水平轴( (y y轴轴) )的振动，称为点头运动。的振动，称为点头运动。 我国常用机车车辆类型见我国常用机车车辆类型见P153P153表表5-25-22022-2-259本节总结n轨道的组成；n转向架构造及分类；n轮对的组

5、成及尺寸；n锥形踏面优点；2022-2-2510第二节第二节 轨道几何形位的基本要素轨道几何形位的基本要素n轨道几何形位五要素：轨道几何形位五要素：n轨距轨距n水平水平n前后高低前后高低n方向方向1. 1.轨底坡轨底坡2022-2-25111、轨距gauge1）定义：两股钢轨头部内侧作用边，轨顶面以下16mm处与线路中心线相垂直的距离。2022-2-25122)量测：静态：道尺 动态：轨道检查车（轨检车）3）标准轨距：1435mm 误差：+6，-2mm4）轨距不平顺22022-2-25132 2、水平、水平cross level cross level 1）定义：两股钢轨顶面在直线上水平，曲线

6、上保持一定超高。2）目的：保持两股钢轨受力均匀3）量测：道尺与轨检车4）水平不平顺规定：4mm误差 变化率：小于12022-2-2514三角坑（扭曲不平顺）twist 左右两股钢轨顶面相对于轨道平面发生的扭曲状态量测基长：18m，现行工务规则：6.25m。1m1mm2022-2-2515三角坑示意图危害：引起车辆侧滚和侧摆，轮载变动，车辆倾覆脱轨，危及行车安全，必须立即消除。2022-2-25163 3、前后高低、前后高低Track ProfileTrack Profile1）定义：线路纵向平顺情况2）量测：10m弦 4mm不平顺RLfRLfR8)2()(22222022-2-25173）高低

7、不平顺irregularitya）静态：钢轨磨耗，轨枕腐烂，道床下沉b）动态（动力型不平顺）： 接头支承刚度削弱 轨枕失效或扣件松脱 道床暗坑或空吊板 道床板结或松散 短波不平顺，增大轮轨作用力，长波不平短波不平顺，增大轮轨作用力，长波不平顺降低旅客舒适度。顺降低旅客舒适度。2022-2-25184 4、方向、方向Track AlignmentTrack Alignment1）定义：线路中心线的方向center line2）量测：直线：10m弦chordsR300 5 150101 10 R300 15 1， 困难条件下的站线2 2， 困难条件下3 2022-2-2521一、机车车辆内接通过方

8、式（1）斜接通过（2）自由接通过（3）楔接通过2022-2-2522二、轨距加宽计算原理1、按机车最大固定轴距顺利通过最小半径曲线的条件确定轨距（楔接通过）2、按车辆自由内接的方式通过曲线确定固定轴距与全轴距2022-2-2523机车楔接通过轨距加宽计算minmax21NwwffqS2022-2-2524参数说明：maxq最大尺寸的机车轮对尺寸，查P151表5-1，1422mm）；轨距（虑一定轮轨游间时所需机车以楔接通过，并考mmSw距；轨轨距线上形成的外矢最前、最后位外轮在外wf线上形成的内矢距；中间两内轮在内轨轨距Nf）；机车轮轴的总横动量（轨距容许负偏差，mmmm4）。轮轨间最小的游间（

9、mmminminmax21NwwffqS2022-2-2525确定轨距加宽量n计算出来需要的最大轨距与标准轨距比较n如果需要的轨距大于标准轨距则要加宽n如果需要的轨距小于等于标准轨距无需加宽n加宽量等于0maxSSS2022-2-25262、按车辆自由内接计算加宽量21mRXLRX2,2212211X1：瞬时转动中心位置0m2022-2-2527三、曲线轨道最大容许轨距n按安全条件限制最大加宽n考虑最小尺寸轮对不掉道straTdSminminmin。轮背内侧距缩短量，；弹性挤开量，钢轨轨头圆角半径；踏面变坡点至轮背距离最小轮背内侧距；最小轮缘厚度；mmmmraTdst22minmin2022-

10、2-2528回顾：一、为什么曲线加宽？如何加宽？二、加宽计算原理（1、2、3）三、转向架内接通过曲线方式：四、机车楔接通过计算加宽五、车辆自由内接计算加宽六、安全条件限制最大加宽2022-2-2529第四节第四节 曲线外轨超高曲线外轨超高 super elevationsuper elevation目的：平衡离心力，使内外两目的：平衡离心力，使内外两股钢轨受力均匀，垂直磨耗均股钢轨受力均匀，垂直磨耗均等，旅客不因离心加速度而感等，旅客不因离心加速度而感到不适。到不适。2022-2-2530作用在车体上的离心力作用在车体上的离心力RvgGRvmJ22gRvShmmSShGRvgGGJ211121

11、500,tantansin0sincossincos为钢轨中心线距离，2022-2-2531超高计算公式：. ,/ ,:,8 .112mRhkmVmmhRVh式中单位计算结果取整，取为5mm整倍数。2022-2-2532超高计算原则：n按两股钢轨受力均匀计算超高；n按旅客舒适条件检算超高；n按安全条件限制最大超高。目的：目的：平衡离心力，使内外两股钢轨受力均匀，垂直磨耗均等，旅客不因离心加速度而感到不适。设置方法：设置方法：外轨抬高，在高速铁路和城市轨道交通的圆形隧道内等上是外轨抬高内轨降低。2022-2-25331 1、按两股钢轨受力均匀计算超高、按两股钢轨受力均匀计算超高n计算公式：n均衡

12、速度：1）既有线：考虑速度和质量的加权平均速度2）新线：最高设计行车速度的80%NPNPvmmvv220Rvh208 .11max08 . 0 vv 0V2022-2-25342、按旅客舒适条件检算超高n未被平衡的离心加速度：1）若122max2maxmax0maxmax8 .11,8 .11,SghRVahRVhhRVhVVq速度为：对应的未被平衡离心加则存在欠超高：，但实际设置的超高为则应该设置的超高为：2022-2-2535n人体对 极为敏感，的容许范围为：一般： 特殊困难：则未被平衡离心加速度要小于则：20/5 . 04 . 0sma 20/6 . 0sma 0a0a012maxaSg

13、hRV002max12153,1538 .11/,1500,/8 . 9maxahahRVhkmVmmSsmgq即为单位代入：以2022-2-2536n同理：若0210min153,8 .11,minahRVSghhVVgg要求则存在过超高，。，过超高不大于困难情况不大于，不大于规定：未被平衡欠超高线路mmmmmm，hkmV509075/120其他速度档的欠超高和过超高见其他速度档的欠超高和过超高见P166表表5-62022-2-25373、曲线轨道外轨超高最大值的规定1）稳定系数定义不稳定。时，当稳定；时，当，临界稳定；时，当定义一个稳定系数, 12, 1212,2/211111nSenSe

14、nSeeSeSn为偏心距e2022-2-25383、按安全条件限制最大超高2）偏心距与欠超高关系7 . 5,132,908 . 6,110,755 . 8,88,603 22 ：,21111nmmemmhnmmemmhnmmemmhn，hHSeSnhSHeSBAhAAHOOeCOBAAACOOOqqqqqq不应小于所以2022-2-25393、按安全条件限制最大超高3）曲线上临时停车所有的实设超高都为过超高。n我国铁路规定最大外轨超高为150mm。 n规定稳定系数3n2022-2-25404、曲线轨道上最高行车速度n曲线是轨道的薄弱环节：限速RVmmhRVmmhRVmmhmmhhkmRhhVh

15、hRVahqqqqqq5 . 4 ,903 . 4 ,752 . 4 ,60150)/(8 .11 8 .11 ,153maxmaxmaxmax2max0时2022-2-2541本节总结：1、超高设置目的，方法；2、超高计算原则；3、超高计算公式；4、均衡速度计算方法；5、未被平衡的离心加速度及限值；6、欠超高和过超高；7、稳定系数与偏心距；8、曲线上临时停车的稳定系数；9、曲线上最高行车速度。2022-2-2542第五节第五节 缓和曲线缓和曲线目的：1）为了使ZH和HZ点离心惯性力不致突然产生和消失； 2）为了使轨距加宽和外轨 超高在缓和曲线范围内逐渐变化。 2022-2-2543一、缓和曲

16、线几何形位的要求1、坐标要求2、偏角要求3、曲率要求4、曲率变化率 要求5、 的要求dldk22dlkd2022-2-2544 1、坐标要求 2、偏角要求 3、曲率要求ZH（直缓点） HY（缓圆点） 要求 （0，0） （x0,y0) 连 0 续 0 1/R 变 化0),(yxk2022-2-25454、超高顺坡要求n直线型超高顺坡n曲线型超高顺坡 直线型超高顺坡在ZH和HY点处，存在折角0dldkEdldEkdldhtg 2022-2-25465、车轴角加速度时变率n在ZH和HY处角加速度不突然产生消失两者之间连续变化。点处、要求在又, 0, 0,sin2222221222221221dlkd

17、dtdHYZHdlkdSEVdtddtdlVdtkdSEdtdkEhSh022dtd2022-2-2547缓和曲线线型条件符号始点（ZH）l=0终点（HY）l=l0始点至终点变化0y0001/R连续变化0000dldk22dlkdyk02022-2-2548三、常用缓和曲线1、满足坐标、偏角、曲率要求的缓和曲线线型00000,100;00llkkRkllkkllkl程为：满足这些条件的基本方时，时，时，下面推导缓和曲线方程：00, 00kkllkl时，时，当2022-2-2549偏角表示的缓和曲线方程CRlldldlRldlllkdkdldld0200021RlllHYRllCl2,20, 0

18、000002点，在偏角，为缓和曲线上任一点的时，2022-2-2550坐标表示的缓和曲线方程212212sin212sin2cos22coscossin, 0sin,cos22222dldydldx2022-2-2551用坐标表示的缓和曲线方程 203120250220246402)81()21(CRllyClRllxdlRlldldydllRldldx对上两式进行积分，得为缓和曲线长度小，得同时化简省却高阶无穷代入将003,6,lRlxyyxdllRldldx2024281212022-2-2552放射螺旋线（三次抛物线）n特点：直线型超高顺坡n在缓和曲线起点（ZH）和终点（HY）点符合坐标

19、、偏角和曲率要求，其余要求不满足n是我国常用缓和曲线2022-2-2553二、国内外提出的缓和曲线2022-2-25542022-2-2555四、缓和曲线长度n计算原则1、按安全条件确定缓和曲线长度；2、按舒适条件确定缓和曲线长度。计算结果取为10m整倍数，然后比较1、2结果取大的一个作为缓和曲线的长度。2022-2-25561、按安全条件确定缓和曲线长度为圆曲线外轨超高。为缓和曲线长度顺坡的缓和曲线对于直线型超高00000maxminminmax,hihlllhiLfifiL直线型超高顺坡2022-2-25571、按安全条件确定缓和曲线长度n曲线型超高顺坡：找坡度最大的点。n坡度2/22/m

20、ax022200008 .112/, 0, 08 .11 ,lllldldkvdldhilldlkddldiivEdldkEdldhi处，坡度最大在曲线型缓和曲线即的最大值，必须使求2022-2-2558按安全条件确定缓和曲线长度n找到曲线最大坡度的点，要求该坡度小于限制坡度，即n其中0maxii缓和曲线长度为直线超高顺坡对应的0000,llhi 2022-2-25592、按舒适条件确定缓和曲线长度n车轮在外轨上的升高速度（超高时变率）6 . 36 . 3/6 . 31/1max000max00max00VhllVhsmhkmlvhthsmmsmm/40/32困难一般的允许值为：取为10m的整

21、倍数2022-2-2560本节总结1、设置缓和曲线的目的2、缓和曲线几何形位的要求（五点）3、缓和曲线直线与曲线型超高顺坡4、常用缓和曲线方程及特点5、缓和曲线长度确定原则（安全、舒适）6、什么是超高时变率、加速度时变率7、缓和曲线长度是10m的整倍数2022-2-2561第六节 缩短轨计算我国的接头型式：相对悬空式接头规定接头相错量：直线：不大于40mm曲线：标准缩短轨缩短量： 比25m短40、80、160mm 比12.5m短40、80、120mm缩短轨缩短量的一半不大于mm402022-2-2562一、缩短量计算dBABAdABAB21212112长内股轨线长外股轨线11212121SdS

22、dll内轨缩短量2022-2-2563曲线内轨缩短量1Sl为圆曲线长度对于圆曲线，cclRl,/21220112102220210222,221llRlSSlRllRllRll则内轨缩短量为：对于缓和曲线，2022-2-2564曲线总缩短量010110010201002122222, 0llRSRlSRlSlllRlSRllSllllccc曲线总缩短量：两端两条缓和曲线，则曲线和整个曲线包括：中间圆总缩短量为：对于整条缓和曲线，2022-2-2565二、缩短轨的数量及其配置n计算总缩短量n选缩短轨（）n计算内轨缩短轨根数（N）n计算外轨标准轨根数（M）n比较N与M，N要小于Mn配置缩短轨l缩短

23、量计算的一般过程2022-2-2566选取缩短轨n查表2-3-9，书上P89n根据外轨标准轨长度，选取缩短量小的缩短轨n其缩短量即为2022-2-2567计算内轨缩短轨根数N短量为计算的整个曲线总缩llN2022-2-2568轨缝大小。标准轨长度；缓和曲线长度；圆曲线长度；其中：LllLllMcc002计算外轨标准轨根数M2022-2-2569配置缩短轨n方法：顺公里方向，从缓和曲线起点（ZH）开始，逐根配置。n计算缩短量与实际缩短量比较n接头相错量不大于缩短量的一半2022-2-2570缩短轨布置图2022-2-2571步骤1：绘制表格n表头如下：接头号数由缓和曲线或圆曲线起点至各接头的距离

24、（m）计算总缩短量 （mm）钢轨类别实际缩短量mm接头错开量mm附注12342022-2-2572步骤2：外轨标准轨接头编号n方法：顺公里方向依次编号1，2，3-2022-2-2573步骤3：计算各个接头处对应的内轨要求缩短量n原则：分成三大段 1）第一缓和曲线 2）圆曲线 3）第二缓和曲线n三段曲线内轨缩短量计算公式不同。2022-2-2574各段曲线内轨缩短量计算公式n第一缓和曲线点的距离；缓和曲线起点任一接头距离第一为第一缓和曲线上式中：ZHlRllSl10211212022-2-2575各段曲线内轨缩短量计算公式n圆曲线22102lRlSll圆曲线长度缩短量即整个第一缓和曲线的内轨要求

25、缩短为：圆曲线上任一接头处，对应的缩短量2022-2-2576各段曲线内轨缩短量计算公式第二缓和曲线上任一接头处的内轨要求缩短量：为整个曲线内轨缩短量减去第二缓和曲线该接头对应与第二缓和曲线终点的缩短量。点的距离至第二缓和曲线终点接头为第二缓和曲线上任一HZlRllllllllllllcc3023033032232022-2-2577本节总结n缩短轨设置目的n缩短量计算公式n缩短轨计算步骤n缩短轨缩短量选取n内外轨数量计算n各个曲线段缩短量计算方法n缩短轨布置方法作业：缩短轨布置作业：缩短轨布置2022-2-2578第七节 曲线方向整正绳正法：利用曲线正矢与曲线之间关系，改正正矢，使其恢复原来

26、设计曲率，通过相应拨量，拨正到原来位置。2022-2-2579绳正法基本原理n曲线上，以外轨为基准轨，每10m一个测点，用20m弦测量正矢，与设计正矢比较，偏差不超过下表，否则拨正。2022-2-2580一、圆曲线计划正矢的计算n计划正矢：经整正后各测点正矢要求达到的值。n圆曲线上各点正矢均等mmRRRLfRLfRfRRLfRcccc5000820842)2()(2222222222022-2-2581二、缓和曲线计划正矢的计算nflRRlyyyfyRlyRlyRlxyyfc0203112110320310310263321862,6,6,2为测段长度；缓和曲线方程图中：Rfc222022-2-2582二、缓和曲线计划正矢的计算1、测点在缓和曲线始终点的计划正矢计算测点从0、1、2-编号其正矢分别为：nffff,21061,2,621111121110ffffnfffnfffyfcnnc113yf 2132)(21yyyf1033276)3(yRly1032862yRly111112268)27(21fyyyyfsff 12022-2-2583