【课程设计】轨道工程课程设计任务书及算例

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，达到对整个轨道体系的全面的认

2、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：s36500104Pa；（2）轨枕：混凝土型轨枕，每公里铺设1840根, a=544mm；（3）扣件：接头扣件为24mm、10.9级螺栓，六孔夹板；中间扣件为弹条型扣件，橡胶垫板；(4)道床：碎石道碴

3、，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cm。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行驶机车最高行驶速度： Vmax=120km/h；钢轨支座弹性刚度：检算钢轨D300kN/cm；=0.012283/cm检算轨下基础D720kN/cm；=0.0153/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)内燃机车ND2第一转向架1051201951052

4、15105420第二转向架105215105195105ND4第一转向架115120205115195115930第二转向架115195115205115东方红第一转向架115120180115210115787第二转向架115210115180115NY5第一转向架108.5120255108.5180108.5820第二转向架108.5180108.5255108.5NY7第一转向架115120255115180115870第二转向架115180115255115类型轮轴轮重(kN)轮距(cm)构造速度(km/h)电力机车韶山第一转向架115120230115200115780第二转向架1

5、152001152301156Y2第一转向架115120233.5115233.5115801.6第二转向架115233.5115233.5115韶山2第一转向架115120233.5115233.5115593第二转向架115233.5115234.5115韶山1第一转向架115120230115230115580第二转向架115230115230115NY7第一转向架115120255115180115870第二转向架115180115255115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X（cm2)

6、449032172037对竖直轴惯性矩y（cm2)661524377轨底截面系数（cm)509396287轨头截面系数（cm)4323392516对水平轴惯性矩X（cm2)28791827对竖直轴惯性矩y（cm2)498360轨底截面系数（cm)375275轨头截面系数（cm)2912309对水平轴惯性矩X（cm2)26901702轨底截面系数（cm)363264轨头截面系数（cm)264216表3 速度系数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电力表4 钢轨强度钢种屈服极限Mpa强度极限Mpa,410785n,1MnSiCu456883表5道床纵向阻力

7、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/mm）1840根/km1760根/Km木枕线路70006.46.1混凝土枕线路100009.18.75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；原始弯曲半波长：400cm；等效道床阻力：Q87Ncm；钢轨对竖直轴的惯性矩：Jy524cm4；轨道框架换算系数：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120kmh(不含)160kmh的线路应铺设跨区间或全区间无缝线路，允许速度大于160 kmh的线路应铺设跨区间无缝线路。 第2

8、条 温度应力式无缝线路，一般由固定区、伸缩区、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7001100Nm 。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

9、锁定轨温。特殊情况需加强轨道结构时，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：式中td，tu允许温降和允许温升(附录六)； Tmax，Tmin当地历史最高、最低轨温； tk中和轨温修正值，取05。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度、桥长及其采用轨枕、扣件符合表5的规定。三

10、、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(kgm)最大轨温幅度()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506070300钢梁桥：K型扣件混凝土梁无碴桥：WJ2型扣件扣件扭矩：6080Nm加强桥头线路的锁定YJ一1型扣件扭矩：6080Nm弹条I型、弹条型扣件扭矩：与线路上相同加强桥头线路的锁定718024

11、08190200911001606060702207l8020081901609l100100第6条无缝线路轨道结构应具备的条件：一、路基。路基稳定，无翻浆冒泥、冻害及下沉挤出等路基病害。二、道床。一级碎石道碴，碎石材质、粒径级配应符合标准，道床清洁、密实、均匀。跨区间无缝线路道岔范围内道床肩宽450mm。三、轨枕及扣件。混凝土枕、混凝土宽枕或有碴桥面混凝土枕，特殊情况可使用木枕。混凝土枕、混凝土宽枕应使用弹条扣件，木枕应使用分开式扣件。四、钢轨。普通无缝线路应采用50kg/m及以上钢轨，全区间及跨区间无缝线路应采用60kg/m及以上钢轨第7条 普通无缝线路轨条长度应考虑线路平纵断面条件及道岔

12、、道口、桥梁、隧道所处的位置。总长度度不足1km的桥梁、隧道，轨条应连续布置。但在小半径曲线、列车制动、停车、起动、钢轨顶面擦伤严重等地段，应单独布置轨条。轨条长度不应短于200 m，特殊地段不应短于150 m。第8条缓冲区和伸缩区不应设置在道口或不作单独设计的桥上。有碴桥跨度不大于16m时，伸缩区可设置在桥上，但轨条接头必须在护轨范围以外。第9条钢轨焊接作业质量应符合钢轨焊接技术条件(TB/T 1632.1TB/T 1632.4)的要求。第10条联合接头不得设置在道口、桥台、桥墩或不作单独设计的桥上，距桥台边墙不应小于2m。位于中跨度桥上的联合接头应布置在1/4l/2桥跨处，并避开边跨；在大

13、跨度桥上，应远离纵梁断开处。允许速度大于160km/h的线路，铝热焊缝距轨枕边不得小于100mm，其他线路不得小于40mm。第11条跨区间及全区间无缝线路的维修管理应以一次锁定的轨条为管理单元，无缝道岔应以单组或相邻多组一次锁定的道岔及其间线路为管理单元。第12条跨区间无缝线路内铺设的道岔必须设在固定区。跨区间和全区间无缝线路和无缝道岔上的绝缘接头必须采用胶接绝缘，其质量应符合钢轨胶接绝缘接头技术条件(TB/T2975)的要求。不同类型的钢轨应采用异型轨联结，所用异型轨应符合(异型钢轨技术条件)(TB/T3066)的要求。第13条无缝道岔应做单独设计。第14条普通无缝线路每段应设位移观测桩57

14、对，固定区较长时，可适当增加对数(其中固定区中间点1对，伸缩区始、终点各1对，其余设置在固定区)。跨区间和全区间无缝线路，单元轨条长度大于1 200 m时，设置7对位移观测桩(单元轨条起、讫点，距单元轨条起、讫点100m及400m和单元轨条中点各设置1对)；单元轨条长度不大于l 200m时，设置6对位移观测桩(单元轨条起、讫点，距单元轨条起、讫点100m及400m各设置1对)。无缝道岔设3对观测桩，在间隔铁或限位器处设1对，在岔头、岔尾处各设1对。位移观测桩必须预先埋设牢固，内侧应距线路中心不小于3.1m。在轨条就位或轨条拉伸到位后，应立即进行标记。标记应明显、耐久、可靠。固定区累计位移量大于

15、10 mm时，应及时上报工务段查明原因，采取相应措施。第15条无缝线路的锁定轨温必须准确、均匀，有下列情况之一者，必须做好放散或调整工作：一、实际锁定轨温不在设计锁定轨温范围以内，或左右股轨条的实际锁定轨温相差超过5；二、锁定轨温不清楚或不准确；三、跨区间和全区间无缝线路的两相邻单元轨条的锁定轨温差超过5，同一区间内单元轨条的最低、最高锁定轨温相差超过10；四、铺设或维修作业方法不当，使轨条产生不正常的伸缩；五、固定区或无缝道岔出现严重的不均匀位移；六、夏季线路轨向严重不良，碎弯多；七、通过测试，发现温度力分布严重不匀；八、因处理线路故障或施工改变了原锁定轨温；九、低温铺设轨条时，拉伸不到位或

16、拉伸不均匀。第16条 在无缝线路地段进行基建、大修(线路、桥隧、路基)、变更无缝线路结构或部分拆除时，必须有经铁路局批准的设计文件和施工安全技术组织措施。 四、设计内容一)确定设计锁定轨温1.计算M0，R0，Md，Rd；2.钢轨强度计算,根据强度条件确定容许降温幅度；3.稳定性计算,根据稳定条件确定容许的升温幅度；4.根据断缝条件确定容许降温幅度；5.确定设计锁定轨温二)轨道结构强度检算1.钢轨强度检算;2.轨枕强度检算;3.道床顶面应力检算；4.路基基床表面应力检算；三)无缝线路结构计算1.伸缩区长度计算；2.防爬设备的布置；3.缓冲区预留轨缝计算；4.压力峰检算；5.位移观测桩布置原则五、

17、设计成果设计说明书一册（必须用手写，A4白纸，打印封面，封面上必须有设计题目，姓名、学号、班级，指导教师）六、时间安排：本设计从2012年6月31日开始，务于2011年7月6日前完成，并上交至道路与铁道工程系。 指导教师：xx 2013年6月25日参 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

18、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：E21104Mpa；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：

19、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/mN/cmN/cmcm-1cm-1参数sJxW1W2PHrFa数值36528793752915700009177.4554.5单位mpacm4cm3cm3NN/cmcm2cm参数f0ef

20、opfl0QJyR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 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P

21、0（N）项目P0（N）115000115000115000115000x(cmx2.210902.21112.528=-0.15336 1.0000-0.153 0.000 P0（N）-17636.9115000-17636.90.43179726.6P0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）115000-3

22、999.7413.9280.00049111004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(cmx2.75202.75215.598=-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） Nm(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=69

23、829N(5)钢轨动弯矩计算钢轨动弯矩Md： Md=(1)fM0速度系数： 偏载系数：采取未被平衡欠超高h=75mm=0.002h=0.00275=0.15横向水平力系数f： f1.6 所以Md(10.480.15)1.620006=52175Nm(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=2.5t (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

24、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：2EJY29.87211065242.061011Ncm验算变形曲线长度:=20.43104cm2=452.0cm因计算得=452.0cm，与400cm相差较大，再设0=452.0cm，重新计算f0e：cm将f0e=0.383cm代入，验算变形曲线长度：=21.01104cm因计

25、算得=458.3cm,与 452cm还有一定误差，再设0=458.3cm，重新计算f0e：cm将f0e=0.394cm代入，验算变形曲线长度：=21.08104cm=459.1cm=459.1cm与上面的=458.3cm相接近，因此将221.08104cm，f0e=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定条件确定锁定轨温铺轨下限锁定轨温（受稳定条件限制

26、）： 铺轨上限锁定轨温（受强度条件限制）：故 20.8tsf63.5(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