(完整版)铁路线路与铁路信号3.pdf

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1、第三章 轨道的几何形位轨道几何形位指的是轨道各部分的几何形状、相对位置和基本尺寸。 轨道几何形位的正确与否， 对机车车辆的安全运行， 乘客的旅行舒适以及设备的使用寿命和养护费用起着决定性的作用。轨道几何形位的基本要素有：轨距、水平、高低、方向及轨底坡等。轨道直接承受机车车辆的轴重并引导其运行，为确保列车的安全运行， 轨道的两股钢轨之间应保持一定的距离；两股钢轨的顶面应位于同一水平或保持一定的相对高差；轨道的轨向必须正确， 直线部分应保持顺直， 曲线部分应保持与半径相适应的圆顺度；为使钢轨顶面在锥形踏面的车轮荷载作用下受力均匀，轨道的两股钢轨均应向内侧倾斜，使之有适当的轨底坡。所以，轮与轨是一组

2、相互作用、相互配合的不同结构体系， 轨道结构的许多标准和几何尺寸，都是根据机车车辆的有关尺寸和性能确定的。第一节 轮轨间的作用关系一、轮轨作用力机车车辆在轨道上运行时， 车体的重量及运行中产生的各种力，都是通过轮对传递给钢轨， 因此，通常把机车车辆与轨道的相互作用，称为轮轨间的作用关系。不论是机车还是车辆， 都设有减震的弹簧装置， 并将机车车辆分成簧上部分和簧下部分。簧下部分包括轮对和部分弹簧。当列车在轨道上运行时， 簧上和簧下两部分对轨道或其相互之间都会产生复杂的振动，如上下跳动、点头振动、摇晃以及蛇行运动等，这些振动对轨道起到破坏作用，影响列车的平稳运行，在最不利的情况下，甚至会发生脱轨事

3、故。引起机车车辆振动的原因是多方面的。车轮不圆顺、 蒸汽机车上各种构件的往复运动都能引起振动，但是，产生振动的主要原因是各种形式的轨道不平顺，例如，方向不良，存在坑洼、空吊板、前后高低等。此外，列车通过钢轨接头和道岔时也会产生振动。轨道愈平顺，振动愈小，行车愈平稳，作用于轨道的破坏力也就愈小，反之则作用于轨道的破坏力愈大。 由此可见， 车轮作用于钢轨上的力， 对评定轨道的受力条件和车轮的脱轨条件是非常重要的。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 8 页 - - - - - - - -

4、 - - 根据列车在轨道上运行的特点， 车轮作用于钢轨上的力分为垂直力、横向水平力和纵向水平力等。1.垂直力车轮与钢轨的接触点在动力作用下产生垂直力，它的大小由车轮的静压力、车体簧上部分的动载以及簧下部分与轨道的相互作用力来决定。车轮与钢轨接触所产生的力会达到或超过200kN250kN，钢轨或车轮的微小不平顺所产生的附加力可达 30kN50kN。因此，在维修作业中消灭线路坑洼、保持轨道平顺是很有必要的。2.横向水平力横向水平力是由于列车的蛇行运动以及通过曲线时的离心力产生的。所谓蛇行运动，是指整节车辆或其个别轮对，沿轨道前进时做周期性的横向运动，如图3-1 所示。当线路方向不良时，会加剧这种运

5、动，从而增大横向水平力，对轨道起破坏作用，影响列车的平稳运行。所以，在维修作业中，拨正线路方向是很重要的。图 3-1 列车的蛇行运动3.纵向水平力因列车的起动、 制动或线路存在高低及三角坑， 以及轨温变化而在钢轨内部产生的温度力及轨道纵向爬行力等，称为纵向水平力。二、脱轨种类在轮轨的相互作用中， 由于车辆状态或线路状态的不良、车辆偏载、 列车编组或机车操纵不当等原因， 均有可能引起脱轨事故。 从车轮脱离钢轨的形态来看，大致可分为车轮爬轨脱轨、 车轮滑上钢轨脱轨、 车轮跳轨脱轨、 车轮悬浮脱轨和横向力过大因轨道破坏而脱轨。1.车轮爬轨脱轨当车轮与钢轨形成正冲角， 并以横向力挤压钢轨， 使车轮轮缘

6、沿钢轨工作边滚上钢轨顶面而脱轨时，称之为车轮爬轨脱轨，如图3-2（a）所示。2.车轮滑上钢轨脱轨精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 当车轮与钢轨形成负冲角，并以横向力挤压钢轨，使车轮轮缘边旋转边滑上钢轨顶面而脱轨时，称之为车轮滑上钢轨脱轨，如图3-2（b）所示。图 3-2 爬轨脱轨与滑上脱轨爬轨脱轨与滑上脱轨都属于作用时间大于0.05s，并且在脱轨过程中，轮缘会在轨顶留下清晰的轧痕。 根据我国行车安全部门统计， 轮轨关系脱轨事故的脱轨

7、形态，大多数是爬轨脱轨。3.车轮跳轨脱轨跳轨脱轨是在横向力和横向加速度都很大，车轮轮缘猛烈冲击钢轨工作边，其脱轨系数远超过正常安全限度，而作用时间又小于0.05s时发生的。车轮轮缘撞击钢轨工作边后跳起， 在横向力作用下继续横移而脱轨。爬轨脱轨能在低速和高速下发生，而跳轨脱轨一般只在高速下发生，轨头上也无爬轨痕迹。4.车轮悬浮脱轨车轮悬浮脱轨使作用于钢轨的轮重减少到零的情况上，车轴的一侧车轮悬起，6 轮踏面离开轨面，此时如受到横向力，车轮就会横移到轨头上或轨头外侧而脱轨。车轮悬浮脱轨，在我国，车体刚度大的篷车多有发生，脱轨点多在超高递减率大的缓和曲线上。5.轨道破坏脱轨轨道破坏脱轨往往发生在列车

8、产生巨大横向力使钢轨倾翻或轨排横移的区段，如大坡道、 小半径曲线地段、 轨道状态严重不良及多机牵引制动地段易发生此类故障。三、脱轨系数脱轨系数是衡量车轮在横向力作用下，是否会爬上轨头而脱轨的指标。 计算公式是根据测取的横向力Q 与车轮作用于钢轨上的垂直力P 之比，即 Q/P1.2 ，超过 1.2 即认为是危险的。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 第二节 轨道几何形位的基本要素本章主要论述直线轨道的几何形位， 曲线轨道的几何形位有部分

9、要素的标准与直线轨道不一致，其差别将在第四章曲线轨道的构造特点中论述。一、轨距两钢轨作用边之间的最小距离， 叫做轨距。钢轨作用边是指钢轨头部与车轮轮缘相接触的侧面。 因为钢轨铺设时， 相对于轨枕有一向内倾斜的轨底坡，所以规定测量轨距时，应在钢轨头部顶面以下16mm 处量取，如图 3-3 所示。轨距分为直线轨距合曲线轨距， 铁路技术管理规程规定我国铁路标准干线采用的直线轨距为1435mm。轨距的允许误差规定为：增宽不得超过6mm，减窄不得超过 2mm，所以，直线轨距的最大值为1441mm，最小值为 1433mm。图 3-3 测量轨距示意图轨道的直线轨距应控制在允许的范围内，如果轨距过大， 将会增

10、加列车在直线上运行时的蛇行运动， 加大轮缘对钢轨的横向冲击； 轨距过小， 又会增加行车阻力和轮轨间的磨损。轨距的变化应缓和平顺，规定在每1m 直线轨道上，正线及到发线的轨距变化不得超过 2mm，站线及专用线不得超过3mm。因为在短距离内，轨距如有显精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 著变化，即使不超过允许误差，也会增加列车运行中的横向摇摆。因此，限制轨距变化率，对于保证行车平稳，保持轨道方向来说，是非常重要的，特别是在高速行车地段尤为

11、重要。轨距可用道尺或其他工具测量。 用道尺测量轨距时， 道尺必须与钢轨成垂直的位置。为了避免因道尺位置不正确而发生错误，测量时应把道尺的固定端紧靠钢轨的内侧一点上，另一端做少量前后移动，再记取最小读数。二、水平线路左右两股钢轨顶面的相对高度差，称为“ 水平” 。在直线地段，两股钢轨的顶面应保持在同一水平上， 以保证它们均匀承担负荷、 均匀磨损， 并使列车运行平稳。曲线地段的外股钢轨应按规定标准超高。左右钢轨顶面如出现水平误差，将增大列车摇摆和不平稳性。为此，铁路技术管理规程 规定，两股钢轨顶面水平的允许误差为：正线与到发线不得大于4mm，其他线不得大于6mm。并规定水平误差的变化率为：沿钢轨纵

12、向1m 距离内，水平误差变化不应超过1mm，即水平变化率不大于1。实践中有两种性质不同的钢轨水平误差（病害） ，对行车的危害程度也不同。一种是在一段相对长的距离内， 一股钢轨的轨顶水平始终较另一股为高，这种水平误差或病害称为水平差； 另一种是在一段不太长的距离内，先是左股钢轨较右股高，后是右股较右股高， 而且两个最大水平误差点之间的距离小于18m，这种水平误差或病害称为三角坑，见图3-4。三、前后高低单股钢轨顶面纵向高低不平的现象，在养路工作中习惯称为 “ 前后高低 ” ，简称“ 高低” 。线路高低表现为线路伸展范围较长（几米至几十米）的坑洼。新铺或经过大修后的线路， 其轨面是平顺的，但是经过

13、一段时间列车运行后，由于路基下沉、道床捣固不实、扣件松动、轨枕失效和钢轨磨耗的原因，钢轨将产生不均匀下沉，造成轨面的高低不平。在有些地方（如钢轨接头附近）下沉较多，出现坑洼；有些地方，从表面上看轨面是平顺的，但实际上轨底与铁垫板或轨枕之间存在间隙 （间隙超过 2mm 时称为吊板），或轨枕底面与道床顶面道碴之间存在间隙 （间隙超过 2mm 时称为空板或暗坑），当列车通过时， 这些地段的轨道下沉较大，将产生不平顺，引起列车的剧烈振动。钢轨前后高低不平而存在的不平顺，危害甚大。 列车通过这些处所时， 冲击动力增加， 促使道床变形加速， 从而又进一步扩大不平顺， 使列车对轨道的破坏精品资料 - - -

14、 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 力增大，形成一个恶性循环的过程，对行车极为不利。据有关部门试验，连续三块空吊板可以使钢轨内受到的力增加一倍以上。一般来说，长度在4m 以下的不平顺，都会使机车车辆对轨道产生较大的破坏力，从而加速道床变形，所以，一旦发现钢轨高低超限应立即处理。一般说来，钢轨高低对轨道的破坏作用，同它的深度成正比， 而同它的长度成反比，即长度愈短，破坏力愈大。经过维修或大修的轨道，要求目视平顺，前后高低差用10m 弦量不超过4mm。为保持

15、轨道的纵向平顺性， 铁路线路维修规则规定线路高低允许误差如表 3-1 所示。表 3-1 线路高低允许误差项目正线及到发线站线及专用线高低用 10m弦量，弦至轨面上的距离不超过4mm 用 10m弦量，弦至轨面上的距离不超过6mm 捣固空吊板不超过8% 空吊板不超过12% 长度在 100mm300mm 范围内的不平顺，主要起因于钢轨波浪形磨耗，焊接接头低塌或轨面擦伤等， 车轮经过这些处所会产生冲击，行车速度越高， 冲击越大。例如，当列车以 90km/h 的速度通过一处深为3mm、长 350mm 的低洼时，一个机车动轮产生的冲击力可达30t 左右，接近于静载重的三倍。但是，对这种不平顺往往容易忽视，

16、轨道检查车也往往不能完全反映出来。四、方向轨道上钢轨工作边沿纵向的平顺程度，叫做轨道的“ 方向” 。轨道的方向也叫轨向， 反映在直线轨道部分为直线是否平直，曲线轨道部分曲线是否圆顺。 严格来说， 直线轨道并非是一条理想的平直直线，而是由许多波长为 10m20m 的波浪形曲线所组成，因其曲度很小，故通常不易用肉眼看出。为了确保行车的平稳和安全， 铁路线路维修规则规定，直线地段的轨道方向必须目视平顺，用10m 长的弦线沿钢轨内侧面测量时，其误差正线及到发线不得超过 4mm，站线及专用线不得超过6mm。线路方向对行车平稳有特别重要的意义，因为，如果线路的直线不直， 曲线不圆顺，则必然会引起列车的左右

17、摇摆和蛇行运动，加剧轮轨间的撞击力， 从而引起其他线路病害。 在行驶高速列车的轨道上， 线路方向对行车的平稳性尤为重要。相对轨距来说， 轨道方向往往是控制性的， 只要方向偏差保持在允许范围以精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 内，那么轨距变化对车辆振动的影响就不会很大。在无缝线路地段，若轨道方向不良，则到了高温季节，在一定条件下，会引起胀轨跑道，严重威胁行车安全。五、轨底坡车轮踏面与钢轨顶面接触的主要部分具有120 的坡度，为了使钢轨

18、中心受力，钢轨应适当地向内倾斜。 钢轨的这种内倾度称为轨底坡。如果将钢轨平铺轨枕上，由于车轮踏面为一圆锥面，车轮压力的作用线将偏向钢轨中心线的内侧，且略向外斜， 其结果将造成钢轨头部磨耗不均，腰部弯曲， 在轨头与轨腰连接处发生纵裂，严重时会使轨腰断裂，如图3-5 所示。钢轨设置轨底坡后， 车轮压力的作用线移至钢轨中心，不但可以减少钢轨荷载的偏心距， 降低轨腰应力， 减轻钢轨的损伤和变形， 而且还可以减小轨头由于接触应力而产生的塑性变形， 因为在轨头中部塑性变形的积累远较两侧缓慢。同时，有利于防止和减轻轮对的蛇行运动。我国铁路过去规定的轨底坡为120。但在机车车辆的动力作用下，轨道被弹性挤开，

19、轨枕产生挠曲和弹性压缩， 加上垫板与轨枕不密贴， 道钉的扣压力不足等因素， 实际轨底坡与原设轨底坡有较大的出入。另外，车轮踏面经过一段时间的磨耗后， 原来 120 的斜面也接近 140的坡度。为此，已把直线地段的标准轨底坡改定为 140。图 3-5 钢轨的轨底坡轨底坡的设置： 在木枕地段， 一般采用由 140 斜面的楔形垫板完成； 混凝土轨枕，一般将承轨槽按轨底坡的规定做成斜面。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 轨底坡设置是否正确， 可从钢轨顶面被车轮磨出的光带位置来判定。如果光带偏离轨顶中心向内， 说明轨底坡不足； 如果光带偏离轨顶中心向外， 说明轨底坡过大；如果光带居中，说明轨底坡合适。在任何情况下，轨底坡的允许误差都不应大于 120 或小于 160，否则都会使轨头偏磨，故应及时进行调整。线路养护工作中，可根据光带位置对轨底坡进行调整。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - - -