无缝线路类型及纵向受力分析

无缝线路类型及纵向受力分析通过了解铺设无缝线路的意义及类型，掌握无缝线路的各种线路阻力，钢轨温度力、伸缩位移与轨温变化的关系。难点：温度力图1）列车通过轨缝时产生冲击和振动，并伴随打击噪声。2）接头冲击力影响行车的平稳和旅客的舒适，促使道床的破坏、线路状态恶化、钢轨及联结零件使用寿命缩短、维修劳动费用增加。3）养护维修接头区的费用大。4）接头区轨端损坏比其它部位大2～3倍，60％以上重伤钢轨发生在接头区。一、铺设无缝线路的意义和类型1普通线路的缺点本质上，解决了普通线路的缺点。消灭了大量的接头，使行车平稳、旅客舒适，同时机车车辆和轨道维修费用减少，使用寿命长。因此铺设无缝线路的意义重大。2无缝线路的意义温度应力式定期放散式自动放散式放散温度应力式无缝线路3无缝线路的类型温度应力式无缝线路是指把钢轨焊成长轨节铺在线路上，拧紧扣件锁定后，由于各种线路阻力约束长轨节不能自由伸缩，一年四季随钢轨温度变化，长轨节内承受着不断变化的温度拉力或压力。长轨节端部之间的连接大多采用接头夹板及螺栓，其特点是结构简单，铺设维修方便。放散温度应力式无缝线路目前一般已不使用。接头阻力纵向阻力扣件阻力道床纵向阻力道床横向阻力线路阻力横向阻力轨道框架水平刚度道床竖向阻力竖向阻力轨道框架垂直刚度二、各种线路阻力1接头阻力在钢轨接头处两钢轨端部由钢轨夹板通过螺栓拧紧，产生阻止钢轨位移的摩阻力称为接头扣件阻力，简称接头阻力。接头阻力由钢轨夹板间的摩擦力和螺栓的抗剪力提供。为了安全，我国接头阻力PH仅考虑钢轨与夹板间的摩擦力。式中s——钢轨与夹板间对应一枚螺栓的摩擦力；n——接头一端的螺栓数。HPns2cos2sin()PRPθαN＝＋2扣件阻力中间扣件和防爬设备抵抗钢轨沿轨枕面纵向位移的阻力，称扣件阻力。为了防止钢轨爬行，要求扣件阻力必须大于道床纵向阻力。扣件阻力是由钢轨与轨枕板面之间的摩擦力和扣压件与轨底扣着面之间的摩阻力所组成。摩阻力的大小取决于扣件扣压力和摩擦系数的大小。一组扣件的阻力F为：122()FP式中P——扣件一侧扣压件对钢轨的扣压力；μ1——钢轨与垫板之间的摩擦系数；μ2--钢轨与扣压件之间的摩擦系数。扣件阻力是由钢轨与轨枕板面之间的摩擦力和扣压件与轨底扣着面之间的摩阻力所组成。摩阻力的大小取决于扣件扣压力和摩擦系数的大小。一组扣件的阻力F为：122()FP式中P——扣件一侧扣压件对钢轨的扣压力；μ1——钢轨与垫板之间的摩擦系数；μ2--钢轨与扣压件之间的摩擦系数。据铁道科学研究院试验，如果混凝土轨枕下采用橡胶垫板，不论是扣板式扣件还是弹条式扣件，其摩擦系数为μ1+μ2=0.8。扣板受力图bPPab拉式中P拉——扣件螺栓所受拉力，与螺帽扭矩有关；a、b——扣板着力点只螺栓中心的距离。122()bFPab拉扣件摩阻力：3道床纵向阻力是指道床抵抗轨道框架纵向位移的阻力。一般以每根轨枕的阻力R，或每延长厘米阻力r表示。它是抵抗钢轨伸缩，防止线路不均匀爬行的重要参数。道床纵向阻力受道碴材质、颗粒大小、道床断面、捣固质量、脏污程度、轨道框架重量等因素的影响。只要钢轨与轨枕间的扣件阻力大于道床抵抗轨枕纵向位移的阻力，则无缝线路长钢轨的温度应力和温度应变的纵向分布规律将完全由接头阻力和道床纵向阻力确定。组成：道床纵向阻力，是由轨枕与道床之间的摩阻力和枕木盒内道碴抗推力组成。线路的养护维修作业的影响：除了道碴材质、颗粒大小、道床断面等因素外，线路的养护维修作业在一定程度上破坏了道床原状，使道床纵向阻力降低，需要通过一定时间的列车碾压后，才能恢复到原有的阻力值。4道床横向阻力是指道床抵抗轨道框架横向位移的阻力。它是防止胀轨跑道，保持无缝线路稳定的重要因素。前苏联资料表明，稳定轨道框架的力，65%是由道床提供的，而钢轨为25%，扣件为10%。影响道床横向阻力的因素有：1）道床的饱满程度道床的饱满程度关系到轨枕与道碴接触面的大小及道碴之间的啮(nie4)合程度，直接影响到道床阻力值。试验资料表明，木枕与道碴各接触面的阻力占道床横向阻力的百分数为：枕底：占14～22％枕侧：占35～53％枕端：占30～32％。2）道床肩宽道床肩部所承担的道床横向阻力约占总道床横向阻力的1/3。其阻力形成在于轨枕产生位移时扰动道碴使棱体滑动，构成滑动面，该滑动面上的剪力即为这部分阻力。滑动面3）道床肩部堆高试验表明：在肩宽为550mm的端部道床堆高185mm的梯形棱体，道床横向阻力比不堆高时要增加12％，比肩宽为300mm的道床增大34％。我国无缝线路广泛使用肩部堆高道碴。4）道碴的种类及粒径砂砾石道床阻力值比碎石道碴的道床阻力值低30～40％。5）线路维修作业的影响维修作业会导致道床阻力下降。6）行车条件的影响列车通过时，在两转向架之间轨道框架抬起以及振动情况都使道床阻力下降。5轨道框架刚度是指钢轨与轨枕通过扣件联接而成的框架结构的整体刚度，它表示轨道抵抗弯曲变形的能力。它也是防止胀轨跑道，保持无缝线路稳定的因素。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轴向温度力。三、钢轨温度力的产生tll2.48()tPtAN其中A——钢轨断面积（mm2）。由以上两式可得知：1）在两端固定的钢轨中产生的温度力，仅与轨温变化幅度有关，而与钢轨本身长度无关。因此，从理论上说，钢轨可任意增长而不影响其内部温度应力值。这就是跨区间无缝线路可以铺设的理论根据。降低钢轨内部温度应力的关键，在于如何控制轨温变化幅度。长度为l可自由伸缩的钢轨，当轨温变化Δt℃时四、伸缩位移一根钢轨所受的温度力P为tll2.48()tPtAN2）对于不同类型的钢轨，同一轨温变化幅度产生的温度力大小不同。3）无缝线路钢轨伸长量与轨温变化幅度，轨长有关，与钢轨断面积无关。长度为l可自由伸缩的钢轨，当轨温变化Δt℃时一根钢轨所受的温度力P为五、轨温、锁定轨温和中间轨温1轨温1）概念这里的轨温是指钢轨的温度，简称“轨温”。一般指钢轨断面的平均轨温，也称有效轨温。2）意义轨温对无缝线路的设计、铺设、养护维修至关重要。3）量测轨温由专用的轨温计来量测，目前使用的有吸附式轨温计和红外数字轨温计等。4）最高轨温和最低轨温最大高18～25℃接近铺设长轨节，其始终端落槽时的平均钢轨温度，即钢轨从自由状态转化为被完全固定状态时的轨温称为锁定轨温。锁定轨温影响着钢轨内部的温度应力。2锁定轨温锁定轨温又称“零应力轨温”，理由：钢轨从自由状态转化为被完全固定状态时，钢轨内部的温度应力等于零。比如一根25.0m长的钢轨被拨入线路，其两端联接上夹板，并拧紧接头螺栓时的轨温为20℃，那么我们就可以将20℃算作该钢轨的锁定轨温。因为只要接头螺栓被拧紧，那么该根钢轨的自由伸缩就受到完全限制，无论是升温还是降温，钢轨内部均产生温度应力。由此，我们也可以认为：锁定轨温是钢轨内部温度应力的起算点。因此，锁定轨温是设计、铺设及养护无缝线路的重要技术资料，我们必须予以高度重视。无缝线路设计的核心根据轨道结构的承载能力（最高轨温时不丧失稳定，最低轨温时强度足够），当地的最高、最低气温来选择合适的锁定轨温。六、轨端伸缩量计算1基本温度力图及轨端伸缩量计算以锁定后，轨温下降为例，分析长轨节温度力分布与钢轨伸缩情况。1）基本温度力图HH2.5PtA轨温下降——接头阻力阻止钢轨缩短——在钢轨全长内产生温度拉力，其值等于接头阻力值——轨温下降至△tH时，接头阻力值为接头所能提供的最大阻力值——轨温继续下降——接头无法提供的阻力部分由道床纵向阻力来提供（下降越多，需要被克服阻力的轨枕也越多）――下降至最低温度时，温度力Pt由接头阻力和在伸缩区范围内的道床纵向阻力Pl提供。其中，接头阻力换算轨温变化度数：A——钢轨断面积（mm2）缓冲区缓冲区伸缩区伸缩区固定区刚刚锁定时温度应力图Ｔ锁Ｔ0＝T锁缓冲区缓冲区伸缩区伸缩区固定区Ｔ锁T锁Ｔ1T锁－ΔtH轨温下降时温度应力图PH轨温下降——接头阻力阻止钢轨缩短——在钢轨全长内产生温度拉力，其值等于接头阻力值缓冲区缓冲区伸缩区伸缩区固定区Ｔ锁Ｔ2＝T锁－ΔtH轨温下降ΔtH时温度应力图PH轨温下降至△tH时，接头阻力值为接头所能提供的最大阻力值缓冲区缓冲区伸缩区伸缩区固定区Ｔ锁Ｔ3轨温下降值大于ΔtH时温度应力图Ｔ3T锁－ΔtHPHr轨温继续下降——接头无法提供的阻力部分由道床纵向阻力来提供（下降越多，需要被克服阻力的轨枕也越多）缓冲区缓冲区伸缩区伸缩区固定区Ｔ锁温度力达到最大温度拉力时温度应力图Ｔ4＝T锁－ΔtmaxmaxPtrrxxPH下降至最低温度时，温度力Pt由接头阻力和在伸缩区范围内的道床纵向阻力Pl提供。其中△tmax——从锁定轨温算起，轨温的最大变化值，取（Tmax－t0）、（t0－Tmin）中最大的一个（℃）；tHmaxHsmax2.5mm)PPAtPlrr（2）伸缩区长度3）长轨节一端的最大伸缩量缓冲区缓冲区伸缩区伸缩区固定区Ｔ锁lsPHrmaxPtrlsΩBCA222maxmax2(max)(2.5)mm22tHHrlEAEAPPAtPEArEAr（）maxPt拉rPH2轨温反向变化时的温度力图maxPt拉rPHmaxPt拉rPHrPHPHmaxPt拉rPHPHmaxPt拉maxPt压P峰-rrPHmaxPt拉maxPt压P峰-rrPHmaxPt拉maxPt拉maxPt压P峰-rrrrrPHPH3标准轨温度力图及轨端伸缩maxPt拉rPHL0/2maxPt拉rPHL0/2rPHL0/2maxPt拉rPHL0/2rPHL0/2maxPt拉rPHL0/2rL0/2maxPt拉rL0/2ΩΩ参见教材P116。2tH(max)2PPlBKGHBKCrlEAEAEAEA短＝HMGCBAONFEDK大家听课谢谢