鐵路彎道中的力學(xué)知識

鐵路彎道中的力學(xué)知識鐵路彎道中的力學(xué)知識鐵路彎道中的力學(xué)知識xxx公司鐵路彎道中的力學(xué)知識文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度鐵路彎道中的力學(xué)知識在修筑鐵路時(shí)，常常因地理環(huán)境和工程造價(jià)等因素的影響，在線路中設(shè)置鐵路彎道，但彎道設(shè)置中，需要應(yīng)用力學(xué)知識對彎道的幾何參數(shù)進(jìn)行分析，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)對形車安全產(chǎn)生影響，甚至帶來嚴(yán)重的后果。一、車輛通過彎道時(shí)車輛自身的離心力機(jī)車車輛在曲線上行駛時(shí)，由于慣性離心力作用，將機(jī)車車輛推向外股鋼軌，加大了外軌鋼軌的壓力，使旅客產(chǎn)生不適，貨物移位等。列車以速度v沿半徑R的圓曲線運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生離心力F：F=mv2/R=Gv2/gR（公式1）式中G—車輛重力（KN）；v—行車速度（m/s）；R—曲線半徑（m）；g—重力加速度，g=s2；由公式1可知，列車通過曲線時(shí)，離心力的大小由三大因素影響：①車輛自重；②車輛行車速度；③鐵路曲線半徑。二、對曲線行駛中的離心力應(yīng)對措施1、鐵路曲線半徑為了保證列車的行駛安全，在鐵路的設(shè)計(jì)和建造時(shí)，國家《修規(guī)》對不同速度等級的鐵路規(guī)定了車輛可以安全通過的圓曲線的最小半徑，高速鐵路和平原地區(qū)干線鐵路一般比較平直，用較大的曲線半徑；山區(qū)鐵路、工廠支線、車輛段道岔的咽喉區(qū)、編組站、城市地鐵等受地形的制約較大的地段，只能使用較小的曲線半徑，列車必須限速通過。2、曲線超高與限速結(jié)合為了平衡列車曲線行駛中所產(chǎn)生的離心力，需要把曲線外軌適當(dāng)抬高，使機(jī)車車輛的自身重力產(chǎn)生一個(gè)向心的水平分力，以抵消離心慣性力，達(dá)到內(nèi)外兩股鋼軌受力均勻和垂直磨耗均勻等，滿足旅客舒適感，提高線路的穩(wěn)定性和安全性。外軌超高是指曲線外軌頂面與內(nèi)軌頂面水平高度之差。在設(shè)置外軌超高時(shí)，主要有外軌提高法和線路中心高度不變法兩種方法。外軌提高法是保持內(nèi)軌標(biāo)高不變而只抬高外軌的方法。線路中心高度不變法是內(nèi)外軌分別各降低和抬高超高值一半而保證線路中心標(biāo)高不變的方法。曲線超高的大小由列車通過時(shí)離心力的大小確定。由于離心力與行車速度的平方成正比，與曲線半徑大小成反比，因此曲線半徑越小，行車速度越高，則離心力越大，所需設(shè)置的超高就越大。在曲線半徑R（m）和行車速度υ（km/h）都為已知的情況下，根據(jù)列車橫向受力平衡條件，可推導(dǎo)出鐵路曲線超高h(yuǎn)（mm）的計(jì)算公式為:h=R（公式2）式中h—外軌超高值（mm）υ—行車速度（km/h）R—曲線半徑（m）當(dāng)曲線半徑一定時(shí)，超高度設(shè)置是否合適，在很大程度上取決于平均速度υ選用是否恰當(dāng)。對實(shí)際曲線來說，曲線實(shí)設(shè)超高h(yuǎn)。是根據(jù)平均速度υ得到的，曲線實(shí)際超高一旦設(shè)置，即為固定值，而通過曲線的各種列車速度是不相同的，或大于平均速度，或小于平均速度，即不可能使所有列車產(chǎn)生的離心力完全得到平衡，因此車體仍承受一部分未被平衡的離心力，車內(nèi)有質(zhì)量的物體(人或物)就會(huì)產(chǎn)生未被平衡的離心力。由公式2可知，列車以速度υ通過曲線時(shí)，要求設(shè)置的超高為h=υ2/R,而實(shí)際設(shè)置的超高為h。==υ。2/R;如果υ與υ。不等。h與h。的差值△h稱為未被平衡的超高。當(dāng)υ＞υ。時(shí)，h＞h。，△h是由于實(shí)設(shè)超高不足造成的：當(dāng)υ＜υ。時(shí)，h＜h。，△h是由于實(shí)設(shè)超高過大造成的。超高不足稱為欠超高;超高剩余稱為超高或余超高,因此列車在通過曲線時(shí)應(yīng)進(jìn)行限速通過。3、緩和曲線火車從直道進(jìn)入彎道時(shí)，為了行車安全，必須經(jīng)過一段緩沖軌道，使得曲率連續(xù)地增加，以保證火車的向心加速度不發(fā)生跳躍性的突變,所以緩和曲線在彎道設(shè)計(jì)中必不可少。在緩和曲線范圍內(nèi)，外軌超高由零遞增或遞減到圓曲線上或直線的超高量，使向心力逐漸增加或減少，與離心力的增減相配合。三、小半徑曲線軌距加寬列車進(jìn)入曲線軌道時(shí)，仍然存在保持其原有形式方向的慣性，只是受到外軌的引導(dǎo)作用方才沿著曲線軌道行駛。在小半徑曲線，為使列車順利通過曲線而不致被楔住或擠開軌道，減小輪軌間的橫向作用力，以減少輪軌磨耗，軌距要適當(dāng)加寬。加寬軌距，系將曲線軌道內(nèi)軌向曲線中心方向移動(dòng)，曲線外軌的位置則保持與軌道中心半個(gè)桂劇的距離不變。曲線軌道的加寬值與機(jī)車車輛轉(zhuǎn)向架在曲線上的幾何位置有關(guān)。列車行進(jìn)在曲線上時(shí)，由于前后輪距限制，當(dāng)前輪在受外軌向內(nèi)側(cè)的擠壓力后，車輪會(huì)沿著外側(cè)軌道進(jìn)行行進(jìn)，此時(shí)列車縱軸線與線中心線不在一條線上，而列車轉(zhuǎn)向架是一個(gè)整體，不會(huì)隨著線路的彎曲而變形，因此需要軌道加寬后，后輪在軌道才有一定的活動(dòng)量