無縫線路類型及縱向受力分析解析課件

1、第七講無縫線路類型及縱向受力分析通過了解鋪設(shè)無縫線路的意義及類型，掌握無縫線路的各種線路阻力，鋼軌溫度力、伸縮位移與軌溫變化的關(guān)系。難點：溫度力圖1）列車通過軌縫時產(chǎn)生沖擊和振動，并伴隨打擊噪聲。2）接頭沖擊力影響行車的平穩(wěn)和旅客的舒適，促使道床的破壞、線路狀態(tài)惡化、鋼軌及聯(lián)結(jié)零件使用壽命縮短、維修勞動費用增加。3）養(yǎng)護維修接頭區(qū)的費用大。4）接頭區(qū)軌端損壞比其它部位大2 3 倍，60 以上重傷鋼軌發(fā)生在接頭區(qū)。 一、鋪設(shè)無縫線路的意義和類型1 普通線路的缺點 本質(zhì)上，解決了普通線路的缺點。 消滅了大量的接頭，使行車平穩(wěn)、旅客舒適，同時機車車輛和軌道維修費用減少，使用壽命長。 因此鋪設(shè)無縫線路

2、的意義重大。 2 無縫線路的意義3 無縫線路的類型 溫度應(yīng)力式無縫線路是指把鋼軌焊成長軌節(jié)鋪在線路上，擰緊扣件鎖定后，由于各種線路阻力約束長軌節(jié)不能自由伸縮，一年四季隨鋼軌溫度變化，長軌節(jié)內(nèi)承受著不斷變化的溫度拉力或壓力。長軌節(jié)端部之間的連接大多采用接頭夾板及螺栓，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，鋪設(shè)維修方便。放散溫度應(yīng)力式無縫線路目前一般已不使用。二、各種線路阻力1 接頭阻力 在鋼軌接頭處兩鋼軌端部由鋼軌夾板通過螺栓擰緊，產(chǎn)生阻止鋼軌位移的摩阻力稱為接頭扣件阻力，簡稱接頭阻力。 接頭阻力由鋼軌夾板間的摩擦力和螺栓的抗剪力提供。為了安全，我國接頭阻力PH僅考慮鋼軌與夾板間的摩擦力。式中 s鋼軌與夾板間對應(yīng)一

3、枚螺栓的摩擦力； n接頭一端的螺栓數(shù)。N 2 扣件阻力 中間扣件和防爬設(shè)備抵抗鋼軌沿軌枕面縱向位移的阻力，稱扣件阻力。為了防止鋼軌爬行，要求扣件阻力必須大于道床縱向阻力。 扣件阻力是由鋼軌與軌枕板面之間的摩擦力和扣壓件與軌底扣著面之間的摩阻力所組成。摩阻力的大小取決于扣件扣壓力和摩擦系數(shù)的大小。一組扣件的阻力F為：式中 P 扣件一側(cè)扣壓件對鋼軌的扣壓力；1鋼軌與墊板之間的摩擦系數(shù)； 2 -鋼軌與扣壓件之間的摩擦系數(shù)?？奂枇κ怯射撥壟c軌枕板面之間的摩擦力和扣壓件與軌底扣著面之間的摩阻力所組成。摩阻力的大小取決于扣件扣壓力和摩擦系數(shù)的大小。一組扣件的阻力F為：式中P 扣件一側(cè)扣壓件對鋼軌的扣壓力

4、；1鋼軌與墊板之間的摩擦系數(shù)； 2 -鋼軌與扣壓件之間的摩擦系數(shù)。 據(jù)鐵道科學(xué)研究院試驗，如果混凝土軌枕下采用橡膠墊板，不論是扣板式扣件還是彈條式扣件，其摩擦系數(shù)為1 +2=0.8。 扣板受力圖式中 P拉扣件螺栓所受拉力，與螺帽扭矩有關(guān)； a、b扣板著力點只螺栓中心的距離?？奂ψ枇Γ? 道床縱向阻力 是指道床抵抗軌道框架縱向位移的阻力。一般以每根軌枕的阻力R，或每延長厘米阻力r表示。它是抵抗鋼軌伸縮，防止線路不均勻爬行的重要參數(shù)。 道床縱向阻力受道碴材質(zhì)、顆粒大小、道床斷面、搗固質(zhì)量、臟污程度、軌道框架重量等因素的影響。只要鋼軌與軌枕間的扣件阻力大于道床抵抗軌枕縱向位移的阻力，則無縫線路長鋼

5、軌的溫度應(yīng)力和溫度應(yīng)變的縱向分布規(guī)律將完全由接頭阻力和道床縱向阻力確定。 組成：道床縱向阻力，是由軌枕與道床之間的摩阻力和枕木盒內(nèi)道碴抗推力組成。線路的養(yǎng)護維修作業(yè)的影響：除了道碴材質(zhì)、顆粒大小、道床斷面等因素外，線路的養(yǎng)護維修作業(yè)在一定程度上破壞了道床原狀，使道床縱向阻力降低，需要通過一定時間的列車碾壓后，才能恢復(fù)到原有的阻力值。 4 道床橫向阻力 是指道床抵抗軌道框架橫向位移的阻力。 它是防止脹軌跑道，保持無縫線路穩(wěn)定的重要因素。前蘇聯(lián)資料表明，穩(wěn)定軌道框架的力，65%是由道床提供的，而鋼軌為25%，扣件為10%。 影響道床橫向阻力的因素有： 1）道床的飽滿程度 道床的飽滿程度關(guān)系到軌枕與

6、道碴接觸面的大小及道碴之間的嚙(nie4)合程度，直接影響到道床阻力值。試驗資料表明，木枕與道碴各接觸面的阻力占道床橫向阻力的百分?jǐn)?shù)為：枕底：占1422枕側(cè)：占3553枕端：占3032。2）道床肩寬 道床肩部所承擔(dān)的道床橫向阻力約占總道床橫向阻力的1/3。 其阻力形成在于軌枕產(chǎn)生位移時擾動道碴使棱體滑動，構(gòu)成滑動面，該滑動面上的剪力即為這部分阻力?；瑒用?）道床肩部堆高 試驗表明：在肩寬為550mm的端部道床堆高185mm的梯形棱體，道床橫向阻力比不堆高時要增加12，比肩寬為300mm的道床增大34。我國無縫線路廣泛使用肩部堆高道碴。4）道碴的種類及粒徑 砂礫石道床阻力值比碎石道碴的道床阻力值

7、低3040。5）線路維修作業(yè)的影響 維修作業(yè)會導(dǎo)致道床阻力下降。6）行車條件的影響 列車通過時，在兩轉(zhuǎn)向架之間軌道框架抬起以及振動情況都使道床阻力下降。 5 軌道框架剛度 是指鋼軌與軌枕通過扣件聯(lián)接而成的框架結(jié)構(gòu)的整體剛度，它表示軌道抵抗彎曲變形的能力。它也是防止脹軌跑道，保持無縫線路穩(wěn)定的因素。 當(dāng)溫度變化時，鋼軌要發(fā)生伸縮，但由于有約束作用，不能自由伸縮，在鋼軌內(nèi)部要產(chǎn)生很大的軸向溫度力。 三、鋼軌溫度力的產(chǎn)生其中A 鋼軌斷面積（mm2）。由以上兩式可得知：1）在兩端固定的鋼軌中產(chǎn)生的溫度力，僅與軌溫變化幅度有關(guān)，而與鋼軌本身長度無關(guān)。因此，從理論上說，鋼軌可任意增長而不影響其內(nèi)部溫度應(yīng)力

8、值。這就是跨區(qū)間無縫線路可以鋪設(shè)的理論根據(jù)。降低鋼軌內(nèi)部溫度應(yīng)力的關(guān)鍵，在于如何控制軌溫變化幅度。 長度為l 可自由伸縮的鋼軌，當(dāng)軌溫變化t 時四、伸縮位移一根鋼軌所受的溫度力P為2）對于不同類型的鋼軌，同一軌溫變化幅度產(chǎn)生的溫度力大小不同。3）無縫線路鋼軌伸長量與軌溫變化幅度，軌長有關(guān)，與鋼軌斷面積無關(guān)。 長度為l 可自由伸縮的鋼軌，當(dāng)軌溫變化t 時一根鋼軌所受的溫度力P為五、軌溫、鎖定軌溫和中間軌溫1軌溫1）概念這里的軌溫是指鋼軌的溫度，簡稱“軌溫”。一般指鋼軌斷面的平均軌溫，也稱有效軌溫。2）意義軌溫對無縫線路的設(shè)計、鋪設(shè)、養(yǎng)護維修至關(guān)重要。3）量測軌溫由專用的軌溫計來量測，目前使用的有

9、吸附式軌溫計和紅外數(shù)字軌溫計等。4）最高軌溫和最低軌溫最大高1825接近 鋪設(shè)長軌節(jié)，其始終端落槽時的平均鋼軌溫度，即鋼軌從自由狀態(tài)轉(zhuǎn)化為被完全固定狀態(tài)時的軌溫稱為鎖定軌溫。鎖定軌溫影響著鋼軌內(nèi)部的溫度應(yīng)力。2鎖定軌溫鎖定軌溫又稱“零應(yīng)力軌溫” ，理由：鋼軌從自由狀態(tài)轉(zhuǎn)化為被完全固定狀態(tài)時，鋼軌內(nèi)部的溫度應(yīng)力等于零。比如一根25.0m長的鋼軌被撥入線路，其兩端聯(lián)接上夾板，并擰緊接頭螺栓時的軌溫為20，那么我們就可以將20算作該鋼軌的鎖定軌溫。因為只要接頭螺栓被擰緊，那么該根鋼軌的自由伸縮就受到完全限制，無論是升溫還是降溫，鋼軌內(nèi)部均產(chǎn)生溫度應(yīng)力。由此，我們也可以認(rèn)為：鎖定軌溫是鋼軌內(nèi)部溫度應(yīng)力

10、的起算點。因此，鎖定軌溫是設(shè)計、鋪設(shè)及養(yǎng)護無縫線路的重要技術(shù)資料，我們必須予以高度重視。 無縫線路設(shè)計的核心 根據(jù)軌道結(jié)構(gòu)的承載能力（最高軌溫時不喪失穩(wěn)定，最低軌溫時強度足夠），當(dāng)?shù)氐淖罡摺⒆畹蜌鉁貋磉x擇合適的鎖定軌溫。 六、軌端伸縮量計算1 基本溫度力圖及軌端伸縮量計算 以鎖定后，軌溫下降為例，分析長軌節(jié)溫度力分布與鋼軌伸縮情況。 1）基本溫度力圖 軌溫下降接頭阻力阻止鋼軌縮短在鋼軌全長內(nèi)產(chǎn)生溫度拉力，其值等于接頭阻力值軌溫下降至tH時，接頭阻力值為接頭所能提供的最大阻力值軌溫繼續(xù)下降接頭無法提供的阻力部分由道床縱向阻力來提供（下降越多，需要被克服阻力的軌枕也越多）下降至最低溫度時，溫度力P

11、t由接頭阻力和在伸縮區(qū)范圍內(nèi)的道床縱向阻力Pl提供。其中，接頭阻力換算軌溫變化度數(shù)： A鋼軌斷面積（mm2） 緩沖區(qū)緩沖區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)固定區(qū)剛剛鎖定時溫度應(yīng)力圖鎖0T鎖緩沖區(qū)緩沖區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)固定區(qū)鎖T鎖1T鎖tH軌溫下降時溫度應(yīng)力圖PH軌溫下降接頭阻力阻止鋼軌縮短在鋼軌全長內(nèi)產(chǎn)生溫度拉力，其值等于接頭阻力值緩沖區(qū)緩沖區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)固定區(qū)鎖2T鎖tH軌溫下降tH時溫度應(yīng)力圖PH軌溫下降至tH時，接頭阻力值為接頭所能提供的最大阻力值緩沖區(qū)緩沖區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)固定區(qū)鎖3軌溫下降值大于tH時溫度應(yīng)力圖3T鎖tHPHr軌溫繼續(xù)下降接頭無法提供的阻力部分由道床縱向阻力來提供（下降越多，需要被克服阻力的軌枕也越多）緩沖區(qū)緩沖區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)固定區(qū)鎖溫度力達到最大溫度拉力時溫度應(yīng)力圖4T鎖tmaxmaxPtrrxxPH下降至最低溫度時，溫度力Pt由接頭阻力和在伸縮區(qū)范圍內(nèi)的道床縱向阻力Pl提供。 其中 tmax從鎖定軌溫算起，軌溫的最大變化值，取 （Tmaxt0）、 （t0Tmin）中最大的一個（）； 2）伸縮區(qū)長度3）長軌節(jié)一端的最大伸縮量緩沖區(qū)緩沖區(qū)伸縮區(qū)伸縮區(qū)固定區(qū)鎖lsPHrmaxPtrlsBCAmaxPt拉rPH2軌溫反向變化時的溫度力圖maxPt拉rPHmaxPt拉rPHrPHPHmaxPt拉rPHPHmax