无缝线路课件111111

1第一节无缝线路概述一、铺设无缝线路的意义在普通线路上，钢轨接头是轨道的薄弱环节之一，由于接缝的存在，列车通过时发生冲击和振动，并伴随有打击噪音，冲击力最大可达到非接头区的3倍以上。接头冲击力影响行车的平稳和旅客的舒适，并导致道床的破坏，线路状态恶化，钢轨及联接零件的使用寿命缩短，维修劳动费用的增加。养护线路接头区的费用占养护费用的35%；钢轨因轨端损坏而抽换的数量较其它部位大2-3倍；重伤钢轨60%发生在接头区。随着列车轴重、行车速度和密度的不断增长，上述缺点更加突出，更不能适应现代高速重载运输的需要。为了不断改善钢轨接头的工作状态，人们从20世纪30年代开始至今，一直致力于这方面的研究与实践，采用各种方法把钢轨焊接起来构成无缝线路。这中间首先遇到接头焊接质量的问题；其次，遇到了长轨在列车动力和温度力共同作用下的强度和稳定性问题；另外，还有无缝线路设计、长轨运输、铺设施工、养护维修等一系列理论和技术问题。随着上述一系列问题的逐步解决，无缝线路在世界各国得到了广泛的应用。无缝线路消灭了大量的接头，因而具有行车平稳、旅客舒适，机车车辆和轨道的维修费用减少，使用寿命延长等一系列优点。有资料表明，从节约劳动力和延长设备2使用寿命方面计算，无缝线路比有缝线路可节约维修费用30%-70%。无缝线路的长轨条长度从理论上讲可以无限长，这是发展跨区间无缝线路的理论基础。普通无缝线路轨条长度受信号机位置、道岔、特大桥等因素的限制，一般只有1-2km，随着钢轨胶结绝缘接头和无缝道岔两项关键技术的发展，跨越闭塞分区的区间无缝线路，以及跨越车站的跨区间无缝线路得以实现。随着新建铁路路基填料质量的提高及工后沉降大幅度降低、道床密实度及稳定性达到设计开通速度要求，新建线上可实现一次铺设跨区间无缝线路，消除普通线路接头造成的“记忆病害”，大幅度提高了轨道的平顺性。秦沈客专新建铁路一次铺设跨区间无缝线路的成功，标志着我国铁路无缝线路的发展跨入了新时代。跨区间无缝线路的优点是十分明显的：无缝线路的长轨条贯通区间，并与车站道岔焊连，取消了缓冲区，彻底实现了线路的无缝化，全面提高线路的平顺性与整体强度；取消了缓冲区后，轨道部件的损耗和养护维修工作量进一步减少；钢轨接头的消灭，进一步改善了列车运行条件；伸缩区与固定区交界处因温度的循环而产生的温度力峰值以及伸缩区过量伸缩不能复位而产生的温度力峰值，都由于伸缩区的消失而消失，跨区间无缝线路的防爬能力较强，纵向力分布比较均匀，锁定轨温容易保持，线路的安全性和可靠性提3高；跨区间无缝线路长轨条温度力升降平起平落，不会形成峰值，可适度提高锁定轨温，从而提高轨道的稳定性。二、无缝线路的类型无缝线路类型可根据处理钢轨内部温度应力的形式分为温度应力式和放散温度应力式两种。温度应力式普通无缝线路是由一根焊接长轨及两端2-4根标准轨组成，并采用普通接头形式。无缝线路铺设锁定后，焊接长钢轨因受线路纵向阻力的抵抗，两端自由伸缩受到一定的限制，中间部分完全不能伸缩，因而在钢轨内部产生很大温度力，其值随着轨温变化而变化。温度应力式无缝线路结构简单，铺设维修方便，因而受到广泛应用。对于直线轨道，每千米配置1840根混凝土枕，铺设温度应力式无缝线路允许轨温差分别为100℃-104℃。放散温度应力式无缝线路，又分为自动放散式和定期放散式两种，适应于年轨温差较大的地区。自动放散式是为了消除和减少钢轨内部的温度力，允许长轨条自由伸缩，在长轨两端设置钢轨伸缩接头。在大桥上、道岔两端为释放温度力，铺设的自动放散式无缝线路，是在长轨两端设置伸缩调节器。定期放散温度应力式无缝线路的结构特点与温度应力式相同。根据当地轨温条件，把钢轨内部温度应力每年调整放散1-2次。放散时，松开焊接长轨条的全部扣件，使它自4由伸缩，放散内部温度应力，应用更换缓冲区不同长度的调节轨的办法，保持必要的轨缝。此种形式已很少使用。现今世界各国主要采用温度应力式无缝线路。根据无缝线路铺设位置、设计要求的不同，可分为路基无缝线路（有砟或者无砟轨道）、桥上无缝线路、岔区无缝线路。根据长钢轨接头连接方式，可分为焊接无缝线路和冻结无缝线路。无缝线路轨道结构应具备的条件：（1）路基路基稳定，无翻浆冒泥、冻害及下沉挤出等路基病害。（2）道床一级碎石道砟，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。（3）轨枕和扣件混凝土枕、混凝土宽枕或有砟桥面混凝土枕，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。（4）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。第二节无缝线路的基本原理无缝线路：5是把钢轨焊接起来的线路，又称焊接长钢轨线路。无缝线路轨条长度不应短于200m，特殊地段不应短于150m。长钢轨：焊轨工厂将焊接钢轨按工厂承轨台的可容长度，焊成长250～500m的长轨，这种厂焊钢轨叫做长钢轨。长轨条：将工厂焊好的长钢轨运抵铺轨工地，在工地用小型气压焊机按设计长度把它焊接起来，这种在工地焊联起来的钢轨叫做长轨条。单元轨条：一个封锁点内铺设的长轨条叫单元轨条。第三节无缝线路的结构说明一、温度应力式无缝线路：一般由固定区、伸缩区和缓冲区三部分构成。1、结构形式：在长轨之间用几根普通标准长度的钢轨连接，以便于调节轨缝，这一区段叫缓冲区；长轨本身仅在两端约数十米长度范围内容许伸缩，容许伸缩的段落叫伸缩区；长轨中间不能伸缩的部分叫固定区。固定区长度不得短于50m。伸缩区长度一般为50～100m。——|———|—————|———|—————|———|——6缓冲区伸缩区固定区伸缩区缓冲区2、缓冲区和伸缩区的设置条件：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。3、缓冲区的作用：⑴保护绝缘接头；⑵便于调节长轨伸缩；⑶便于放散应力；⑷使长轨的伸缩不直接影响道岔。二、放散应力式无缝线路：1、分类：自动放散和定期放散2、缺点：由于每年放散应力工作量太大，这种形式的无缝线路有被淘汰的趋势。全区间无缝线路：两相邻车站咽喉道岔之间的无缝线路，取消了缓冲区，其长轨条贯穿整个区间，这样的无缝线路叫做全区间无缝线路。跨区间无缝线路：全区间无缝线路上的长轨条与车站内的道岔和线路全部焊联成一体，道岔焊成无缝道岔。也就是说，整个区段的无缝线路彻底地取消了钢轨接头，这样的无缝线路叫做跨区间无缝线7路。第四节无缝线路的计算一、无缝线路的几种轨温1、轨温：轨温指的是钢轨断面的平均温度，不只是钢轨表面或内部某点的温度，通过在钢轨的轨头、轨腰，用向光、背光几种方式所测数值的平均值，作为钢轨的实际温度。2、零应力轨温：钢轨内部温度力为零时的轨温叫做零应力轨温。也就是说，对于被锁定的长轨条，必然存在这样的一个轨温，在此轨温下，钢轨处于自由状态，其内部的温度力为零。3、中间轨温：即当地最高轨温与最低轨温的平均值T中＝(Tmax+Tmin)/2轨温差＝Tmax-Tmin4、设计锁定轨温：设计锁定轨温亦称为中和轨温，它是根据线路的具体条件，通过轨道强度和稳定性检算确定的零应力轨温。以往T设＝T中+(3～5)℃现在T设＝T中+(△t降-△t升)/2+(3～5)℃△t降------允许温降，它是相对于锁定轨温，允许轨温下降的幅度，是根据轨道的强度条件决定的；8△t升------允许温升，它是相对于锁定轨温，允许轨温上升的幅度，是根据轨道的稳定条件决定的。5、实际锁定轨温：所谓锁定轨温，理论上就是把处于自由状态的长轨条将其两端接头螺栓拧紧并扣结于轨枕使之锁定时的轨温，也就是现场长轨条的始端、终端落槽时测得的轨温平均值。6、设计锁定轨温范围：无缝线路的铺设很难在设计锁定轨温下把整段长轨条锁定，因此需要决定一个既满足强度条件，又满足稳定条件的锁定轨温范围，一般按锁定轨温±5℃设定，称之为设计锁定轨温范围。二、无缝线路的各种阻力在无缝线路上，阻止钢轨及轨道框架移动的阻力有：纵向阻力、横向阻力、竖向阻力。1、道床的纵向阻力：是指阻止钢轨及轨道框架纵向位移的阻力。包括：接头阻力、扣件阻力、道床纵向阻力⑴接头阻力：接头夹板阻止钢轨纵向位移的阻力，一般应达到900N·m～1000N·m。⑵扣件阻力：各种扣件及防爬设备阻止钢轨相对于轨枕纵向位移的阻力。轨枕扣件保持正、靠、紧，扭矩达到100～150N·m(特殊设计除外)。⑶道床纵向阻力：道床抵抗轨道框架纵向位移的阻力。92、道床的横向阻力：道床抵抗轨道框架横向位移的阻力。包括：接头阻力、扣件阻力、道床横向阻力3、道床的竖向阻力：道床抵抗轨道框架竖向(垂直)方向的阻力。4、影响道床阻力的因素：⑴道床的饱满程度⑵道床的肩宽(负担道床的横向阻力)⑶道床的肩部堆高(堆高比加宽肩部效果好)⑷道碴的各类及内径尺寸⑸线路维修作业的影响三、温度应力与温度力：无缝线路的特点是轨条很长，当温度变化时，钢轨要发生伸缩，但由于有约束作用，不能自由伸缩，在钢轨内部要产生很大的温度力。为保证无缝线路的强度和稳定性，需要了解长轨内温度力及其变化规律。为此首先要分析温度力、伸缩位移与温度变化关系。1、温度应力：如果钢轨完全被固定，不能随轨温变化而自由伸缩，则将在钢轨内部产生温度应力。根据胡克定律，温度应力为：бt＝E*α*△t=250△t(N/cm2)бt-----温度应力(N/cm2)10α-----钢轨的线膨胀系数，取11.8*10-6/℃△t-----钢轨温度变化值(℃)描述：当轨温每升高或降低1℃时，在钢轨内每1cm2的断面上，将产生250N的压应力或拉应力。2、温度力：当轨温变化时，整个钢轨断面所承受的拉力或压力，称为温度力。公式:Pt＝бtF＝250F△t（N）Pt-----温度力（N）F-----钢轨断面积（cm2）50kg/mF＝65.80cm260kg/mF＝77.45cm23、结论：бt＝250△t及Pt＝250F△t可以看出:（1）在两端固定的钢轨中所产生的温度力，仅与温度变化幅度有关，而与钢轨本身长度无关。因此，从理论上讲，钢轨可焊接成任意长，且对钢轨内温度力变化没有影响。控制温度力大小的关键是如何控制轨温变化幅度△t。（2）对于不同的钢轨，同一轨温变化幅度产生的温度力大小不同。如轨温变化1℃所产生的温度力，对于75kg/m、60kg/m、50kg/m的钢轨分别是23.6、19.2、16.3kN。（3）无缝线路钢轨伸长量与轨温变化幅度△t、轨长L有关，与钢轨断面面积无关。为降低长轨条内的温度力，需要选择一个适宜的锁定轨温，又称零应力状态轨温。在铺设无缝线路中，长轨条始终11端落槽就位时的平均轨温称为施工锁定轨温。施工锁定轨温不一定等于设计锁定轨温，但应该在设计锁定轨温允许变化范围内。锁定轨温是决定钢轨温度力水平的基准，因此根据强度、稳定条件确定锁定轨温是无缝线路设计的主要内容。钢轨温度不同于气温。影响轨温的因素比较复杂，它与气候变化、风力大小、日照强度、线路走向和所取部位等均有密切关系。根据多年观测，最高轨温Tmax要比当地的最高气温高18-25℃，最低气温Tmin比当地气温低2-3℃。设计锁定轨温通常等于最高气温加20℃，最低气温等于最低气温。图1表示我国主要地区轨温资料。图1全国主要地区轨温表钢轨锁定后，所承受的温度应力和温度力的大小，与轨温变化大小有密切关系，一定地区下的最高轨温和最低轨温12是一定值，因此，锁定轨温的高低直接影响无缝线路温度力的大小，选择无缝线路锁定轨温是一件十分重要的工作，如果锁定轨温偏高，到了冬天，钢轨承受的温度拉力过大，就可能造成钢轨折断，反之，如果锁定轨温偏低，到了夏天，钢轨承受的温度压力很大，就可能发生胀轨跑道，造成事故。第五节无缝线路的稳定性一、稳定性的概念无缝线路作为一种新型轨道结构，其最大特点是夏季高温季节在钢轨内部存在巨大的温度压力，容易产生轨道横向变形。在列车动力或人工作用下，轨道弯曲变形有时会突然增大，这一现象称为胀轨跑道，在理论上称为丧失稳定性。这将严重危及行车安全。无缝线路稳定性的计算主要