课程设计例题

1、参 考 算 例（一）有关资料北京地区铺设无缝线路，相关已知条件如下：1.轨温：最高轨温：Tmax=62.6最低轨温：Tmin=-22.82.轨道特征(1)钢轨：为60kg/m的钢轨、按预期磨耗6mm计算；缓冲区钢轨采用每根长25m的标准轨；(2)轨枕：混凝土型轨枕，每公里铺设1840根；(3)扣件：接头扣件为24mm、10.9级螺栓，六孔夹板；中间扣件为弹条型，橡胶垫板；(4)道床：碎石道碴，顶宽3.3m，曲线外侧加宽0.05m。3线路等级及最小曲线半径(1)线路等级：I级线路；(2)最小曲线半径：Rmin600m。4行驶机车东风4型内燃机车；最高行驶速度： Vmax=120km/h;轮重和轴

2、距排列如图1所示。115000115000115000115000115000115000180180840180180图1 机车轮重与轴距(二)设计步骤和方法1强度计算 轨道有关资料钢的弹性模量：E21×104Mpa；钢轨的线膨胀系数：0.0000118/;轨钢容许应力：s365Mpa；钢轨对水平轴的惯性矩：Jx2879cm4；钢轨对竖直轴的惯性矩：Jy498cm4；轨底断面系数：w1375cm3；轨头断面系数：w2291c m3； 支座弹性系数：D300kNcm；=0.012283/cm支座弹性系数：D700kNcm；=0.0153/cm轨枕间距：a54.5cm。表1 已知条件参

3、数TmaxTminED钢轨D轨下基础K钢轨K轨下基础数值62.6-22.8210000000.01183000007200000.0122830.015288单位N/cm2mm/m·N/cmN/cmcm-1cm-1参数sJxW1W2PHrFa数值36528793752915700009177.4554.5单位mpacm4cm3cm3NN/cmcm2cm参数f0efopfl0QJyR数值0.30.30.240087498260000单位cmcmcmcmN/cmcm4cm参数Lea1Beb数值25095501512027.5单位cmcmcmcmcmcm(1)计算P0 检算钢轨用P0表2

4、以第1轮位作为计算轮位P0计算表计算值轮 位P0（N）项目P0（N）115000115000115000115000x(cm)01803601200kx02.2114.42114.739=1.000-0.1530.008070.00000P0（N）115000-17636.915927.7584-0.063498290.8表3 以第2轮位作为计算轮位P0计算表计算值轮 位P0（N）项目P0（N）115000115000115000115000x(cmx2.210902.21112.528=-0.15336 1.0000-0.153 0.000 P0（N）-17636.

5、9115000-17636.90.43179726.6P0取较大的为98290N检算轨下基础用P0表4 以第1轮位作为计算轮位P0计算表计算值轮 位P0（N）项目P0（N）115000115000115000115000x(cm)01803601200kx02.7518595595.50418.346=1.0-0.0350.000030.00000P0（N）115000-3999.7413.9280.00049111004表5 以第2轮位作为计算轮位P0计算表 计算值轮 位P0（N）项目P0（N）115000115000115000115000x(cmx2.75202

6、.75215.598=-0.0348 1.00000 -0.03480.00000 P0（N）-3999.741115000-3999.741-0.0171107001 P0取较大的为111004N(2)钢轨静弯矩计算（见课本P73例题） N·m(3)轨枕上静压力计算(为检算轨下基础做准备)(4)轨枕上的动压力计算Rd=(1)R0=(1+0.36+0.15)*46244=69829N(5)钢轨动弯矩计算钢轨动弯矩Md： Md=(1)f·M0速度系数： 偏载系数：采取未被平衡欠超高h=75mm=0.002·h=0.002×75=0.15横向水平力系数f：

7、f1.6 所以Md(10.480.15)×1.6×20006=52175N·m(6)钢轨动弯应力计算轨底动弯应力1： MPa轨头动弯应力2: MPa(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。采取钢轨制动应力f10MPa(8)容许的轨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： dtfs而 t=2.5·t (MPa)所以，轨底容许的降温变化幅度为：轨头容许的升温变化幅度为： 2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:fop0.3cm；线路容许弯曲矢度:f0.2cm；原

8、始弯曲半波长：400cm；等效道床阻力：Q87N/cm；钢轨对竖直铀的惯性矩：Jy498cm4；轨道框架换算系数：2。(2)温度压力计算有塑性原始弯曲圆曲线的合成曲率为： /cm有关数据计算：2EJY2×9.87×21×106×5242.06×1011N·cm验算变形曲线长度:=20.43×104cm2=452.0cm因计算得=452.0cm，与400cm相差较大，再设0=452.0cm，重新计算f'0e：cm将f'0e=0.383cm代入，验算变形曲线长度：=21.01×104cm因计算得=458

9、.3cm,与 452cm还有一定误差，再设0=458.3cm，重新计算f'0e：cm将f'0e=0.394cm代入，验算变形曲线长度：=21.08×104cm=459.1cm=459.1cm与上面的=458.3cm相接近，因此将221.08×104cm，f'0e=0.394cm代入下式，求温度压力PN。 N(3)容许温度压力计算采取安全系数：K1.25容许温度压力PN(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F77.45cm2容许的增温变化幅度为：<=70.3(强度条件允许温升)所以 3锁定轨温计算由强度和稳

10、定条件确定锁定轨温铺轨下限锁定轨温（受稳定条件限制）： 铺轨上限锁定轨温（受强度条件限制）：故 20.8<tsf<63.5(2)确定的锁定轨温规范中规定锁定轨温的取值为式中 ts，tc允许温升和允许温降； Tmax，Tmin当地历史最高、最低轨温； tk中和轨温修正值，取05。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，本设计采用：f一般应保证设计锁定轨温较中间轨温的上浮值，取为35。故分析得出其范围为2325由于取为25时其施工锁定轨温为2030，其下限超出上述条件确定出的下限，故取为26，其施工锁定轨温为2131。(3)确定铺轨锁定轨温的范围根据上述条件

11、确定的的锁定轨温为26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=263153.841662.662621-22。.8图2 锁定轨温示意图铺轨锁定轨温范围：tsf上= tsf5=31tsf下= tsf5=21故锁定轨温范围为2131如图2所示。4伸缩区长度与防爬设备的布置(1)伸缩区长度计算接头阻力PH570kN；道床单位纵向阻力r91N/cm；最大降温幅度tmax降：tmax降= tsf上Tmin=31+22.8=53.8最大升温幅度tmax升：tmax升=Tmaxtsf下=62.621=41.6最大温度拉力Ptmax拉：P

12、tmax拉=250·Ftmax降=250×77.45×53.8=1041.7kN最大温度压力Ptmax压：Ptmax压=250·F·tmax升=250×77.45×41.6=805.48kN温度拉力引起的伸缩区长度：m温度压力引起的伸缩区长度：m为安全起见，伸缩区长度采用75m。(2)防爬器的布置一根轨枕上中间扣件的阻力Pc16kN；一根轨枕的道床纵向阻力Rs10kN；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

13、要求。5.缓冲区预留轨缝计算(1)长轨端的伸缩量长轨一端的伸长量长伸mm长轨一端的缩短量长缩mm(2)标准轨端的伸长量短伸 =1.4mm标准轨一端的缩短量短缩： =3.2mm(3)长轨与标准轨之间的预留轨缝1最高轨温时，保证轨缝不顶严的预留轨缝值1：1长伸短伸=1.9+1.4=3.3mm最低轨温时，保证螺栓不受力的预留轨缝值1：1构(长缩短缩)=18(7.5+3.2)=7.3mm所以，长轨与标准轨之间的预留轨缝1：即 3.3 mm <1<7.3 mm采用 。(4)标准轨与标准轨之间预留轨缝2最高轨温时，保证轨缝不顶严的预留轨缝值2 ： 22短伸=2×1.4=2.8mm最低轨温时，保证螺栓不受力的预留轨