鐵路軌道作業(yè)參考答案資料9

1、中南大學(xué)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育課程作業(yè)及參考答案鐵路軌道作業(yè)一：縮短軌縮短量的計(jì)算及其配置已知某曲線，其圓曲線半徑 R=600 m,圓曲線長(zhǎng)lc =119.73 m,兩端緩和曲線各長(zhǎng) 100m,鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度 25 m的鋼軌。試計(jì)算縮短量及配置縮短軌。 作業(yè)二：軌道結(jié)構(gòu)豎向受力的靜力計(jì)算公式的工程應(yīng)用在其它條件不變的條件下，只是(1)將50kg/m鋼軌換為60kg/m鋼軌后，ymax、M max、Rmax有何變化？(2)將道床清篩后，ymax、M max Rmax有何變化？(3)將木枕?yè)Q為碎枕后，ymax、Mmax、Rmax有何變化？作業(yè)三：軌道靜力計(jì)算。某60kg/m鋼軌軌道上運(yùn)行韶山m型電力機(jī)車。軌枕

2、間距54.5cm。機(jī)車軸重225kN、軸列式30-30,轉(zhuǎn)向架固定軸距 230+200cm,機(jī)車全軸距1580cm。試計(jì)算鋼軌位移、鋼軌彎矩 及枕上壓力的最大值。作業(yè)四：軌道強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算資料如下：1)線路及運(yùn)營(yíng)條件：新建鐵路，曲線半徑 R=600m；牽引機(jī)車：DF4內(nèi)燃機(jī)車2)軌道結(jié)構(gòu)組成鋼軌：60kg/m , U71新軌，25m長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)軌；軌枕：n型混凝土軌枕 1760根/km ;道床：碎石道硝，面硝 25cm ,底硝20cm；路基：砂粘土；鋼軌支點(diǎn)彈性系數(shù)D：檢算鋼軌強(qiáng)度時(shí)，取 30000N/mm ;檢算軌下基礎(chǔ)時(shí)，取70000N/mm。包=51 MPa ;不計(jì)鋼軌附加應(yīng)力。試對(duì)軌道各部件強(qiáng)

3、度進(jìn)行檢算。作業(yè)五：緩沖區(qū)預(yù)留軌縫計(jì)算已知：北京地區(qū)鋪設(shè)60kg/m鋼軌無(wú)縫線路，% = 400kN , 60 = 18mm , p = 10kN / m ,緩沖軌長(zhǎng)度l =25m。北京地區(qū)最高軌溫：Tmax=62.6C,北京地區(qū)最低軌溫：Tmin = -22.8Co軌道強(qiáng)度允許溫降Td】=89.9 C,軌道穩(wěn)定性允許溫升 限八】=73.8 C。試對(duì)該無(wú)縫線路緩沖區(qū)軌縫進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。作業(yè)六：?jiǎn)伍_(kāi)道岔主要尺寸計(jì)算已知：60kg/m鋼軌12號(hào)提速道岔，曲線尖軌、固定型直線轍叉單開(kāi)道岔，N=12, R=350 717.5 mm, n=2 038 mm , m=3 954 mm ,曲線尖軌長(zhǎng)l0=13

4、 880 mm (與之對(duì)應(yīng)的直線尖軌長(zhǎng)10=13 880 mm ),基本軌前端長(zhǎng) q=2 916 mm , S=1 435 mm ,跟端支距 yg=311 mm , = =8 mm , 導(dǎo)曲線理論起點(diǎn)離尖軌實(shí)際尖端 886 mm,導(dǎo)曲線實(shí)際起點(diǎn)離尖軌實(shí)際尖端 298 mm (見(jiàn)下 圖)。試進(jìn)行道岔主要尺寸計(jì)算。圖12號(hào)固定型轍叉提速道岔平面主要尺寸參考答案作業(yè)一答案要點(diǎn)：1)計(jì)算曲線內(nèi)股軌線的總縮短量6 1500 119.73 100A1 =(1c +10 )=549 (mm)R6002)計(jì)算縮短軌的根數(shù) N。選用縮短量為80 mm的縮短軌，則采用7根縮短軌。外軌標(biāo)準(zhǔn)軌根數(shù)(軌縫為8 mm)可

5、見(jiàn)，上述選用的縮短量滿足要求。3)配置縮短軌配置縮短軌以列表計(jì)算為宜。這樣計(jì)算工作簡(jiǎn)單明了，也便于復(fù)核，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤及時(shí)修 正。計(jì)算結(jié)果如表所示?？s短軌在內(nèi)股軌線上的布置見(jiàn)下圖。圖縮短軌在內(nèi)股軌線上的布置曲線縮短軌配置計(jì)算表表一、已知數(shù)據(jù)曲線里程K259+ (186.45506.18)縮短軌長(zhǎng)度(m)24.92圓曲線半徑R (m)600曲線總縮短量Al (mm)549圓曲線長(zhǎng)度1c (m)119.73使用縮短軌根數(shù)N0(根)7緩和曲線長(zhǎng)度l0(m)100ZH離第一個(gè)接頭距離(m)5.5縮短軌的縮短量(mm)80軌縫(mm)8續(xù)上表二、計(jì)算步驟接頭 號(hào)數(shù)由緩和曲線或圓曲線起點(diǎn)至各接頭的距離(m)計(jì)算

6、總縮短量(mm)鋼軌類別實(shí)際 縮短量 (mm)接頭 錯(cuò)開(kāi)量(mm)附注15.5(1) =_1522 X5.52 2 M600 M100=0.0125X5.520.38O+0.38進(jìn)入緩 和曲線5.5m25.5+25.008=30.508(2) =0.0125X30.508211O+11.0330.508+25.008=55.516(3) =0.0125 M55.516238O+38.0455.516+25.008=80.524(4) =0.0125 M80.524281X80+1.0580.524+19.476=100.025.008-19.476=5.532-_2H.0125 X1002 =

7、125(5) T25 -+1500/600X5.532139X160-21進(jìn)入圓 曲線5.532m65.532+25.008=30.540(6) W25 %5 M30.540201X240-39730.540+25.008=55.548(7) =125 42.5x55.548264O240+24855.548+25.008=80.556(8) =125 42.5x80.556326X320+6980.556+25.008=105.564(9) 25 42.5x105,564389X4001110119.73-105.564=14.166100(25.00814.166)=89.158總縮短量5

8、49(10) =549_0,0125父89,1582450X480-30進(jìn)入緩 和曲線10.842m1189.158-25.008=64.150(11) =549-0.0125x64.1502498O480+181264.150-25.008=39.142(12) =549_0,0125父39,1422530X560-301339.142-25.008=14.134(13)=5490,0125父14,1342547O560-13注：“CT表示標(biāo)準(zhǔn)軌，“ x”表示縮短軌，“+”表示內(nèi)軌接頭超前量，“”表示內(nèi)軌接頭落后量。作業(yè)二答案要點(diǎn):提示：本題主要考察對(duì)ymax、Mmax、Rmax計(jì)算公式的應(yīng)

9、用。當(dāng)某條件變化后，只要分析出鋼軌基礎(chǔ)彈性系數(shù)u及剛比系數(shù)k的變化情況，既能馬上從ymax、Mmax、Rmax計(jì)算公式中得到答案。作業(yè)三答案要點(diǎn)：解：選取重型軌道的鋼軌支座剛度，計(jì)算鋼軌位移和彎矩時(shí)D取為300kN/cm,計(jì)算枕上壓力時(shí)D取700kN/cm。計(jì)算得到鋼軌基礎(chǔ)彈性模量為：計(jì)算鋼軌位移及彎矩時(shí)：u d = -300 =5.51 (kN/cm2)a 54.5計(jì)算枕上壓力時(shí)：u = 12.84 (kN/cm 2)由60kg/m鋼軌對(duì)水平軸的慣性矩3217cm4及鋼軌鋼材彈性模量2.1 105Mpa可計(jì)算得到k值為：計(jì)算鋼軌位移及彎矩時(shí)：= 0.01195 (1/cm)45.51 103

10、,4 2.1 1011 10 3217計(jì)算枕上壓力時(shí)：k = 0.01476 (1/cm)由于前后兩轉(zhuǎn)向架最近的車輪相距720cm,相鄰轉(zhuǎn)向架的影響較小，可以忽略，僅以單個(gè)轉(zhuǎn)向架進(jìn)行計(jì)算，即取其中間三個(gè)輪位。因存在對(duì)稱性，只取第一、二車輪為計(jì)算輪位， 計(jì)算結(jié)果列于下表中。由表可知，鋼軌位移、鋼軌彎矩及枕上壓力的最大值均出現(xiàn)于第2輪位下，由此可計(jì)算得到：表計(jì)算結(jié)果列表計(jì)算輪計(jì)算值輪 位合 計(jì)備注輪1輪2輪3輪1x0230430邛 110.06700.00641.0734計(jì)算鋼軌位移及枕上壓力用%10.03560.00191.0375%10.06090.00531.0662計(jì)算鋼軌彎矩用輪2x23

11、00200*0.067010.09521.1622電0.035610.05481.0904中30.060910.08791.1488k -,0.01195,、ymax = 、P 1= 112.5 1.1622 =0.142 (cm)2u2 5.511Mmax = x P 3=1 112.5 1.1488 =2703 (kN-cm)4k4 0.01195ka0.01476 54.5 ,RmaxP 1 = 112.5 1.1622 = 52.6 (kN)2作業(yè)四答案要點(diǎn)：1)機(jī)車通過(guò)曲線軌道的允許速度的確定：新建鐵路，允許速度按Vmax =4.3R計(jì)算，由此得Vmax = 105km/h。2)鋼軌

12、強(qiáng)度的檢算：DF4內(nèi)燃機(jī)車的兩個(gè)轉(zhuǎn)向架距離較大，彼此影響很小，可任選一個(gè)轉(zhuǎn)向架作為計(jì)算。由 于三個(gè)車輪的輪重和輪距相同，兩端的車輪對(duì)稱， 可任選1、2輪或2、3輪作為計(jì)算輪來(lái)計(jì)算彎矩的當(dāng)量荷載pR。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。計(jì)算步驟如下：(A)計(jì)算u值計(jì)算鋼軌強(qiáng)度的 D = 30000N/mm,按無(wú)縫線路的要求，軌枕均勻布置，軌枕間距a =1000000/1760 = 570mm ,有止匕可得 u = D/a = 30000/570 = 52.6MPa(B)計(jì)算k值52.6一一 5 44 2.1 103217 10= 0.00118(mm 1)式中 J60kg/m新軌對(duì)水平軸的慣性矩，其值為 3217X

13、 104 (mm4)。(C)計(jì)算 p%以1、2輪分別為計(jì)算輪計(jì)算 p% ,并選取其中最大值來(lái)計(jì)算鋼軌的彎矩。表1 pR計(jì)算值計(jì)算輪位計(jì)算值輪位31231P(N)11500011500011500096813x(mm)018003600kx02.2144.248/1-0.16450.0063p%115000-189127252P(N)11500011500011500077176x(mm)180001800kx2.21402.214-0.16450-0.1645P018912由表1可知，計(jì)算輪1的z p% =96813為其中的最大值，該值用以計(jì)算鋼軌靜彎矩。(D)計(jì)算鋼

14、軌靜彎矩M1 , .1M =一P%=x96813 =20511229 (N - mm)4k4 0.00118(E)計(jì)算鋼軌動(dòng)彎矩M d查取內(nèi)燃機(jī)車計(jì)算軌底彎曲應(yīng)力的速度系數(shù)公式為0v ,其計(jì)算值a為100由計(jì)算偏載系數(shù)3 ,式中的h=75mm3 = 0.002 X 75=0.15選取R = 600m的橫向水平系數(shù) f =1.60。將上述系數(shù)代入計(jì)算公式，得=20511229 X (1+0.42+0.15 ) X 1.60 =51524207 (N - mm)(F)計(jì)算鋼軌的動(dòng)彎應(yīng)力01d和8查得新軌的 W=396000mm3 及 W2=339400mm3。則_Md；-1dW1_Md-2d 一W

15、251524207130 (MPa)39600051524207=152.4 (MPa)339400查得25m長(zhǎng)白6 60kg/m鋼軌的溫度應(yīng)力，=51Mpa。則鋼軌的基本應(yīng)力為軌頭 ，d + q = 152+51 = 203 (MPa)軌底 cd +1=130+51 = 181 (MPa)U71新軌的屈服極限OS= 405(MPa),安全系數(shù)K = 1.3,其允許應(yīng)力為 1 405312 (MPa)1.3上述軌頭和軌底的基本應(yīng)力均小于卜，符合鋼軌的強(qiáng)度檢算條件。3)軌枕彎矩的檢算(A)計(jì)算u和k值計(jì)算軌枕彎矩時(shí)，用 D = 70000N/mm ,由此可得u和k值:=123.0 (MPa)70

16、000u 二570(mm-1)123o =0.001464 2.1 105 3217 104(B)計(jì)算軌枕反力的當(dāng)量荷載PE其結(jié)果見(jiàn)表2。取表中最大的P叼=111810N。(C)計(jì)算軌枕上動(dòng)壓力 Rd速度系數(shù)按下式計(jì)算而得偏載系數(shù) 3 =0.002 Ah = 0.002X 75=0.15= 1.47 0.00146 570 111810 =68390 (N)2Rd約為靜輪載的61.3%,作為算例，以此計(jì)算值來(lái)確定軌枕彎矩。計(jì)算軌下截面正彎矩如下。表2 P PPi計(jì)算值計(jì)算輪位計(jì)算值輪位工P01231P(N)115000115000115000111810 x(mm)018003600kx02.

17、6285.256中 11-0.0255-0.00224P%115000-2932-2582P(N)115000115000115000109136x(mm)180001800kx2. 62802. 62891-0. 02550-0. 0255P*-2932115000-2932對(duì)于 n 型軌枕 L=2500mm , a=500mm, e = 950mm , 60kg/m 軌底寬 b =150mm ,代 如上式得Mg5002150 L一, 一 工68390 =7716307 N mm= 7.716kN m 13.3 kN m(通過(guò)檢算)12M9508 在計(jì)算軌枕中間截面彎矩時(shí)，可按兩種不同中部支

18、承方式的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。=-6475223N mm = | - 6.475 | kN - m 10.5 kN - m(通過(guò)檢算)L -4a2 50 04 50 0M c =：R Rd =66 8 3 9=0-8 5 4 87N0 mm= 8.549kN - m顯然，軌枕中部滿支承所產(chǎn)生的負(fù)彎矩比中部部分支承的負(fù)彎矩大32%。4）道床頂面應(yīng)力的檢算：對(duì)于n型軌枕，其中部 600mm不支承在道床上時(shí)，e = 950mm；中部支撐在道床上時(shí)，e = 1175mm , b =275mm ,所以按照上述兩種支承情況可算得道床頂面壓應(yīng)力為Rd68390二b - m = 1.6 =0.419 (MPa)b

19、e 275 950二b =Rd m = 683901.6 =0.339 (MPa)be 275 1175上述crb tb =0.50 Mpa ,滿足道床強(qiáng)度條件。5）路基面道床壓應(yīng)力的檢算：有兩個(gè)檢算道床應(yīng)力的方案，一是根據(jù)已知的道床厚度，檢算路基面的道床壓應(yīng)力; 或是根據(jù)路基填料的允許應(yīng)力反算所需的道床厚度。第一方案計(jì)算方法如下:計(jì)算h1和h2:b . 275h1 二ctg=ctg2235 二 =196.4 (mm)180e . 1175h2 = ctg=22Rd2hetg :683902 3500 1175 tg35= 0.12 (MPa) vt b 1= 0.15 (Mpa)35黑立、c

20、tg go J = 8 3 90 (mm)由已知條件，道床的計(jì)算厚度h = 250+200/2 = 350mm。所以計(jì)算厚度在 h1和h2之間,計(jì)算得第二方案計(jì)算如下:Rd2e ；Fg 丁683902 1175 0.15tglU=27mm)18 0所需道床厚度小于設(shè)計(jì)的道床厚度，通過(guò)檢算。 作業(yè)五答案要點(diǎn)：解：1）設(shè)計(jì)鎖定軌溫Ts計(jì)算其中：修正值A(chǔ)Tk,本題取為3,得出鎖定軌溫 Ts為25C。最大溫升幅度 max AT1 =62.6 25,0=37.6 C最大溫降幅度 max AT2 =25.0 ( 22,8) =47.8C2)對(duì)于60kg/m鋼軌最大溫度壓力：max Ri = Eo( max ATiF =247,8 X 37.6X 77.45= 7.216X 105 (N)= 721.6(kN)最大溫度拉力：max F；2 = Ea max ATzF =47.8X 47.8X77.45= 9.173X 105 (N)= 917.3(kN)3)長(zhǎng)軌條一端部伸長(zhǎng)量1(721.6