铁路基本知识

第一章铁路基本知识铁路由蒸汽牵引方式开始，发展到内燃牵引方式和电气牵引方式，构成铁路系统的主要组成部分有：线路、车辆、机车、车站和信号与通信设备。第一节线路铁路线路是机车车辆和列车运行的基础。它直接承受机车车辆轮对传来的压力，为了保证列车能按规定的最高速度安全、平稳和不间断的运行，是铁路运输部门能够质量良好地完成客货运输任务，铁路线路必须经常保持完好状态。铁路线路是由路基、桥隧建筑物和轨道组成的一个整体工程结构。一、路基铁路路基是为了满足轨道铺设和运营条件而修建的土木构筑物。路基必须保证轨顶设计标高，并与桥梁隧道连接组成完整贯通的铁路线路。在铁路线路工程中，路基常见的两种基本形式是路堤和路斩。当铺设轨道的路基面高于天然地面时，路基以填筑方式构成，这种路基称为路堤，如图1-1（a）所示。当铺设轨道的路基面低于天然地面时，路基以开挖方式构成，这种路基称为路斩，，如图1-1（b）所示。此外，还有半路堤，半路斩或不填不挖路基，如图1-1（c）、（d）、（e）所示。二、桥隧建筑物当铁路线路要通过江河、溪沟、谷地及山岭等天然障碍，或要跨越公路、铁路时，就需要修建桥隧建筑物，以便铁路线路得以继续向前延伸。桥隧建筑物包括桥梁、涵洞、明遂、隧道等。（一）桥梁桥梁主要由桥面、桥跨结构、墩台及基础三部分组成，如图1-2所示。桥面是桥梁上铺设轨道的部分：桥墩结构是桥梁承受荷载、跨越障碍的部分；墩台是支撑桥墩结构的部分，包括桥墩和桥台，设于桥梁中部的支座称为桥墩，设于桥梁两端的支座叫做桥台。桥墩与桥台的底部为墩台的基础。两个相邻墩台之间的空间叫做桥孔。每个桥孔在设计水位处的距离叫孔径。从桥墩结构底部到设计水位的高度以及相邻两墩台之间的界限空间，叫桥下净空。桥梁的孔径和桥下净空应能满足排泄洪水、泥石流、流水或船舶通航的要求。每一桥跨两端支座间的距离，叫做跨度。整个桥梁包括墩台在内的总长度，是桥梁的全长。桥梁按建造材料分为钢桥、钢筋混凝土桥、石桥等：按桥梁长度分为小桥、中桥、大桥、特大桥等；按桥梁外形分为梁桥、拱桥、斜拉桥等。（二）涵洞涵洞设在路堤下部的填土中，是用以通过水流的一种建筑物。涵洞主要由洞身（有若干管节所组成）、基础、端墙和翼墙所组成，如图1-3所示。管节埋在路基之中，它具有一定的纵向坡度（从进口向出口），以便排水。端墙和翼墙的作用，是便于水流进出涵洞，同时还可以保护路堤边坡，使它不受水流的冲刷。按照建筑材料的不同，涵洞有石涵、混凝土涵、钢筋混凝土涵、铁涵等多种。涵洞的截面有矩形、圆形、拱形等不同形式。（三）隧道铁路隧道大多建在山中，以避免开挖很深的路斩，或修建很长的迂回线。此外，还有建筑在河床、海底或湖底以下的水底隧道和建筑在大城市地下的地下铁道。在隧道口应修筑洞门，以便保护洞口上方的仰坡和两侧边坡的稳定；洞顶要修建筑截水沟，用以拦截从山坡下来的流水以保护洞口。在隧道内，除了通过特别坚硬的石层以外，一般还要用砖、石、混凝土或钢筋混凝土等材料所内部衬砖，以便防止四周岩石层塌落、变形和渗水。三、轨道在路基、桥隧建筑物修建成之后，就可以在上面铺设轨道。轨道由钢筋、轨枕、连接零件、道床、防爬设备和道岔等主要部件组成，如图1-4所示。它起着机车车辆运行的导向作用，直接承受由车轮传来的压力，并将其传递给路基或桥隧建筑物。（一）钢轨钢轨的作用是直接承受车轮的巨大压力并引导车轮的运行方向，因此它应当具有足够的强度、稳定性和耐磨性。为了使钢轨具有最佳的抗弯性能，钢轨的断面形状采用“工”字形，如图1-5所示，轨头、轨腰和轨底组成。在我国，钢轨的类型或强度已每米长度的大致质量（千克数）表示，现行的标准钢轨类型有：75kg/m、60kg/m、50kg/m。钢轨的长度长一些好，这样可以减少接头的数量，列车运行平稳并可节省接头零件和线路的维修费用，但是由于加工条件和运输条件的限制，一根钢轨的轧制长度是有限的。（二）轨枕轨枕的作用是支撑钢轨，并将钢轨传来的压力传递给道床，同时又可保持钢轨的位置和距离。轨枕按照制作材料分，主要由钢筋混凝土枕和木枕两种。（三）连接零件连接零件包括接头连接零件和中间连接零件两类。接头连接零件是用来连接钢轨与钢轨间的接头的，它包括双头夹板、螺栓、螺帽和弹性垫圈等。钢轨接头处必须保持一定的缝隙，这一缝隙叫做轨缝。当气温发生变化是，轨缝可满足钢轨的自由伸缩。中间连接零件（又称扣件）的作用是将钢轨紧固在轨枕上。（四）道床道床是铺设在路基面上的石砟（道砟）垫层。主要作用是支撑轨枕，把从轨枕上部的压力均匀地传递给路基；并固定轨枕的位置，阻止轨枕纵向或横向移动；缓和机车车辆轮对对钢轨的冲击。道床的材料应当具有坚硬、不易风化、富有弹性并有利于排水的特点。常用的材料有碎石、卵石、粗砂等。其中以碎石最为优，我国铁路一般采用碎石道床。（五）防爬设备因列车运行时纵向力的作用，使钢轨产生纵向移动，有时甚至带动轨枕一起移动，这种现象叫轨道爬行。轨道爬行往往引起轨缝不匀，轨枕歪斜等线路病害，对轨道的破坏性极大，严重时还会危及行车安全。因此，必须采用有效措施加以防止。通常的做法是，一方面加强钢轨与轨枕的扣压力和道床阻力；另一方面是设置防爬设备（防爬器和防爬撑）。常用的防爬器为穿销式防爬器。（六）道岔道岔是一种使机车车辆能从一股道转入另一股道的线路连接设备，在车站上大量铺设。图1-6为最常用的普通单开道岔，它由转辙器、辙叉及护轨、连接部分组成。第二节车辆铁路车辆是运送旅客和货物的工具。它一般没有动力装置，必须把车辆连挂成列，由机车牵引才能沿路线运行。铁路车辆按用途可分为客车和货车两大类。常见的客车有硬座车、软坐车、硬卧车、软卧车、餐车、行李车、邮政车等数种。为了运送各种不同的货物，货车有平车、敞车、棚车、保温车、罐车等不同的类型。按轴数分，车辆有四轴车、六轴车和多轴车。四轴车的四根轴分别组成两个相同的转向架，能相对于车底架做自由转动，因此，缩短了车辆的固定轴距，使之能顺利通过曲线。我国铁路上的大部分车辆都采用这种形式。对于载重量较大的车辆，为使每一车辆加在线路上的重量不超过线路强度所规定的吨数（称为轴重），可以做成六轴车或多轴车。按载重量分，货车有50t、60t、75t、90t等多种。铁路车辆一般由车体、车底架、走行部、车钩缓冲装置和制动装置五个基本部分组成。一、车体车体是旅客乘坐或装载货物的部分，车体一般和车底架构成一个整体，其结构与车辆的用途有关。图1-7中示出了敞车、棚车的图片。二、车底架车底架是车体的基础。它承受车体所装货物的重量，并通过上、下心盘将重量传给走行部。在列车运行时，它还承受机车牵引力和列车运行中所引起的各种冲击力，所以必须具有足够的强度和刚度。货车车底架由中梁、侧梁、枕梁、横梁及端梁等组成，如图1-8所示。中梁位于车底架的中央，为车底架的骨干，两端是安装车钩缓冲装置的地方，是重要承受垂直载荷和纵向作用力的杆件。枕梁是车底架和转向架摇枕衔接的地方，在枕梁下部安装的上旁承和上心盘，分别于转向架摇枕上的下旁承和下心盘相对并将重量传给走行部。客车车底架构造和货车车底架相似。客车两端必须设置通过台，所以它的两端各有一个通过台架。三、走行部走行部可以引导车辆沿轨道运行，并把车辆的重量和货物载重传给钢轨，它保证车辆以最小的阻力在轨道上运行，并顺利地通过曲线。在四轴货车上，四组轮对分成两个部分，组成转向架，如图1-9所示。转向架是由两组轮对和轴箱油润装置、侧架、摇枕、滩簧减震装置等组成的一个整体。四、车钩缓冲装置车钩缓冲装置的作用是使机车和车辆或车辆之间连挂在一起，并且传递牵引力和制动力，缓和列车运行或调度作业时产生的冲击力。车钩缓冲装置包括车钩、缓冲器两部分，安装在车底架中梁的两端。图1-10为货车车钩缓冲装置。五、制动装置制动装置是用外力迫使运行中的机车车辆减速或停车的一种设备。它不仅是列车安全、正点运行的重要保证，而且也是提高列车重量和运行速度的前提条件。因此，制动装置的性能好坏，对铁路的运输能力和行车安全都有重要作用。我国机车车辆上安装的制动机主要有空气制动机和手制动机。空气制动机又叫自动制动机，是利用压缩空气产生制动力的，一般用作列车制动。手制动机是用人力进行制动，一般只在调车时对个别车辆或车组实行制动用。第三节机车机车是铁路运输的牵引动力。由于铁路车辆大都不具备动力装置，需要把客车或货车连挂成车列，由机车牵引沿钢轨运行。铁路采用的机车类型很多。从运用上分，有客运机车、货运机车和调度机车。客运机车要求速度高，货运机车需要牵引力大，调度机车要有机动灵活的特点。按牵引动力分，可分为蒸汽机车、内燃机车和电力机车。一、蒸汽机车蒸汽机车是通过蒸汽机，把燃料的热能转换成机械能，用来牵引列车的一种机车。它主要由锅炉、蒸汽、行走部、车架、煤水车、车钩缓冲装置以及制动装置等部分组成。锅炉是供给机车动力的能源，装在两侧的两套汽机则是把蒸汽的热能装换成机械能，以驱动机车运行。铁路是从蒸汽机车的发明开始的，但蒸汽机车的总效率一般只有5%-9%，煤水消耗量大，在现代铁路运输中已被其它车辆所替代。二、内燃机车内燃机车是以内燃机作为原动力的一种机车。内燃机车的热效率一般可达30%，是各类机车中效率最高的一种。机车整备时间短，持续工作时间长，适用于长交道路；用水量少，适用于缺水地区；初期投资比电力机车少，而且机车乘务员劳动条件好，便于多机牵引。但内燃机车最大的缺点是对环境和大气有污染。内燃机车按传动方式的不同可分为电力传动内燃机车和液力传动内燃机车两种类型。电力传动内燃机车的能量传输过程是由柴油机驱动主发电机发电，然后向牵引供电机供电使其旋转，并通过牵引齿轮传动驱动机车轮对旋转。根据电机形式不同，可分为直-直流电力传动、交-直流电力传动、交-直-交电力传动和交-交流电力传动等类型内燃机车。液力传动内燃机车的原动力仍是柴油机，在柴油机和机车动轮之间，装有一套液力传动装置，利用工作油改变柴油机的外特性，以适合列车运行的要求。液力传动内燃机车与电力传动内燃机车相比，除传动装置不同外，其余部分都相似的。三、电力机车电力机车牵引动力是电能，但机车本身没有原动力，而是依靠外部供电系统供应电力，并通过机车上的牵引电动机驱动机车前进。电力机车具有功率大、热效率高、速度快、过载能力强和运行可靠的特点。因此，电力机车必将成为铁路的主要牵引动力。电力机车主要由车体、车底架、行走部、车钩缓冲装置和一套电气设备等组成。有关电力机车的内容将在第九章叙述。第四节车站车站既是铁路办理客、货运输的基地，又是铁路系统的一个基层生产单位。在车站上，除办理旅客和货物运输的各项作业以外，还办理和列车运行有关的各项工作。为了完成上述作业，车站上设有客货运输设备及与列车运行有关的各项技术设备，还配置了客运、货运、行车、装卸等方面的工作人员。目前，我国铁路上有大小车站几千个。根据它们所负担的任务量和国家政治上、经济上的地位，共分为六个等级：即特等站、一、二、三、四、五等站。车站按技术作业的不同可分为中间站、区段站和编组站。编组站和区段站总称为技术站。按业务性质又可分为货运站、客运站和客货运站等。中间站是为沿线城乡人民及工农业生产服务，提高铁路区段通过能力，保证行车安全而设的站。它主要办理列车的到发、会让和越行，以及客货运业务。中间站设备规模小，但数量很多。它遍布全国铁路沿线中、小城镇和农村，在发展地方工农业生产，沟通城乡物资交流中起着很重要的作用。区段站多设在中等城市和铁路网上牵引区段的起点和终点。区段站的主要任务是为邻接的铁路区段供应及整备机车，为无改编中转货物列车办理规定的技术作业，并办理一定数量的列车解编作业和客货运业务。编组站是铁路网上办理大量货物列车解体和编组作业，并设有完善调车设备的车站。铁路枢纽是铁路网的一个组成部分。在铁路网终端或交汇地区，由各种铁路线路、专业车站以及其他为运输服务的有关设备组成的总体，称为铁路枢纽。铁路枢纽是客货流从一条铁路转运到各接轨铁路的中转地区，也是所在城市客货到发及联运的地区。除枢纽内各种车站办理的有关业务外，在货物运输方面，有个铁路方向之间的无改编列车和改编列车的专线以及担当枢纽