城市轨道交通系统的构成——轨道

第3章城市轨道交通系统的构成——轨道第3章城市轨道交通系统的构成——轨道【学习目标】【教学建议】【理论知识】【实践操作】【评价跟进】【学习目标】1.能掌握城市轨道交通系统中轨道的概念。2.能说出轨道结构的构成要素和其所起的作用。3.能有效地辨别轨道的不同部件。【教学建议】1.教学场地：在教室和轨道模拟实训室中进行，课后可实地参观。2.设备要求：至少具有轨道构成及操作模拟演示软件1套，或仿真轨道教具1套。3.课时要求：共6课时，其中课堂讲授4课时，模拟操作2课时。【理论知识】3.1城市轨道交通轨道的概念及构成1.轨道的概念轨道是城市轨道交通系统的重要组成部分。轨道是作为一个整体结构，铺设在路基之上，直接承受列车车辆及其荷载的巨大压力，对列车运行起着导向作用的一组设备。2.轨道的构成轨道是由钢轨、轨枕、扣件、道床、道岔及其他附属设备等组成的构筑物（如图3－1）。图３-1轨道构成图【理论知识】3.1城市轨道交通轨道的概念及构成3、轨道结构与性能要求（1）轨道是城市轨道交通运营设备的基础，它直接承受列车荷载，并引导列车运行，在列车运行的动力作用下，它的各个组成部分必须具有足够的强度和稳定性，承受来自于列车的纵向和横向的位移推力，保证列车按照规定的速度、方向及不间断地运行。（2）同时轨道还需具有耐久性及适量的弹性，以确保列车安全、平稳、快速运行和乘客舒适。（3）城市轨道交通均采用电力牵引，故要求轨道结构具有良好的绝缘性以减少杂散电流。（4）根据环境保护对沿线不同地段的减振、降噪要求，轨道应采用相应的减振轨道结构。（5）从形式上看，全线轨道结构宜统一形式，采用统一的零部件，并要求外观整齐、维修工作量少且方便。【理论知识】3.1城市轨道交通轨道的概念及构成（6）从技术角度出发，轨道结构应采用成熟、先进的技术和施工工艺。（7）轨距设计要求：直线地段轨距采用标准轨距1435厘米，曲线地段轨距应按规定加宽。（8）水平位置设计要求：直线地段两股钢轨的顶面应保持同一水平，其误差按《铁路技术管理规程》规定正线不得大于4厘米；曲线地段为保证行车安全和乘客舒适，曲线外轨须按规定设置超高。（9）平面曲线设计要求：为使列车能平稳地由直线进入圆曲线或由圆曲线转入直线，应在直线和圆曲线之间按规定设置缓和曲线，以适应逐步加宽轨距和设置超高的需要。【理论知识】3.2轨道结构之一：钢轨1.钢轨的概念钢轨是指两条直线形呈平行分布，安装在轨枕或路基之上的由钢铁材料制成的金属构筑物。钢轨断面形状为“工”字形，由轨头、轨腰、轨底三大部份组成（如图3－2）。这个形状，受力好、省材料，具有最佳抗弯性能。图３-2钢轨断面结构图2.钢轨的分类(1)从钢轨的断面形状上分1)槽形钢轨。2)双头钢轨。3)平底钢轨。图３-3钢轨断面形状图【理论知识】3.2轨道结构之一：钢轨(2)从钢轨的质量和强度上分按钢轨的质量和强度不同，城市轨道交通所使用的钢轨有如下四种(钢轨的强度以kg/m表示，数值越大表明其所能承受的重量亦越大)：43kg/m、50kg/m、60kg/m和75kg/m共四种。3.钢轨的连接安装(1)传统的连接安装法传统的连接安装法是把20m左右一节的钢轨固定在轨枕之上，各节钢轨之间的接头(称为钢轨接头，亦称接缝)，通常使用鱼尾板和螺栓接合(见图３-4)。【理论知识】3.2轨道结构之一：钢轨图３-4钢轨接头图【理论知识】3.2轨道结构之一：钢轨图３-5伸缩接头【理论知识】3.2轨道结构之一：钢轨(2)较新的连接安装法该法是持续焊接钢轨，使原本一节一节的钢轨经焊接后成为无缝钢轨或长钢轨。4.钢轨的功用(1)防脱护轨当列车以高速转弯时，外弯一面的轮缘受着极大的压力，为防止轮缘负荷过重，在内弯的轨条处会装设一段钢轨，使另一边的轮缘分担列车转向时所产生的离心力，而通常这附加的轨条会比正常的轨条高些，以加强保护(见图３-6)。图３-6防脱护轨【理论知识】3.2轨道结构之一：钢轨图３-7桥上护轨【理论知识】3.2轨道结构之一：钢轨(2)桥上护轨在钢轨两侧分别装设两段钢轨，以防止列车在桥上或高地出轨时继续向外冲(见图３-7)。图３-8道岔护轨【理论知识】3.2轨道结构之一：钢轨(3)道岔护轨在道岔区防止车轮在岔心处进错路线而安装的护轨(见图３-8)。5.钢轨的损伤与维修养护(1)钢轨折断钢轨折断是指钢轨全截面至少断成两部分，或裂缝已经贯通整个轨头截面或轨底截面，或钢轨顶面上有较大的掉块。(2)钢轨裂纹钢轨裂纹是指除钢轨折断之外，钢轨部分材料发生分离，形成裂纹。(3)钢轨磨耗钢轨磨耗是指小半径曲线上钢轨的侧面磨耗和波浪磨耗。(4)其他损伤其他损伤如钢轨接触疲劳伤损、钢轨纵向疲劳裂纹而导致剥离及轨头因内部存在微小裂纹或缺陷而导致的内部损伤、轨腰螺栓孔裂纹等。【理论知识】3.2轨道结构之一：钢轨【理论知识】3.3轨道结构之二：轨枕1.轨枕的概念轨枕是轨道的基础部件，它是承垫于钢轨之下，将钢轨所承受的重量压力，平均传递到道床上，同时又能有效地保持钢轨轨距和方向几何形位的轨道部件（如图3－9）。图３-9轨枕图３-10钢筋混凝土轨枕【理论知识】3.3轨道结构之二：轨枕2.轨枕的种类(1)轨枕按制造材料分为四种1)木枕。2)钢筋混凝土轨枕。3)钢枕。4)塑料轨枕。(2)轨枕按构造的种类分为三类1)横向与纵向轨枕。2)短轨与长轨枕。3)宽轨枕。图３-11横向与纵向轨枕【理论知识】3.3轨道结构之二：轨枕图３-12短轨枕与长轨枕【理论知识】3.3轨道结构之二：轨枕图３-13宽轨枕【理论知识】3.3轨道结构之二：轨枕(3)轨枕按铺设位置分为三种轨枕按铺设位置不同分为普通轨枕、道岔区岔枕和桥枕三种。1)普通轨枕。2)道岔区的岔枕。3)桥枕。图３-14岔枕【理论知识】3.3轨道结构之二：轨枕图３-15桥枕【理论知识】3.3轨道结构之二：轨枕【理论知识】3.4轨道结构之三：扣件1.扣件的概念与构成扣件是用于联结钢轨与轨枕的零件。扣件的构成：扣件由钢轨扣压件和轨下垫层两部分组成。主要包括：（1）弹性扣件：用来把钢轨紧扣在枕木上。（2）承托物：作用是把扣件固定于枕木上。（3）弹性垫板：使钢轨与枕木之间互相绝缘,避免钢轨漏电,并且能够增加轨道弹性（如图3－16）。2.扣件的作用扣件的主要作用是将钢轨固定在轨枕上，保持轨距并阻止钢轨的横纵向移动，并能提供适当的弹性。【理论知识】3.4轨道结构之三：扣件图３-16扣件构成图3.扣件的种类(1)按其结构不同为可分为弹条式扣件、扣板式扣件和弹片式扣件。图３-17弹条式扣件结构【理论知识】3.4轨道结构之三：扣件图３-18扣板式扣件结构【理论知识】3.4轨道结构之三：扣件图３-19弹片式扣件结构【理论知识】3.4轨道结构之三：扣件(2)按扣件本身弹性分可分为刚性扣件和弹性扣件。(3)按轨枕有无挡肩分可分为有挡肩扣件和无挡肩扣件。(4)其他除上述种类外，还有其他类型的特殊扣件，如专门用于轨距和水平调整量较大的调高扣件及用于板式轨道或整体道床等新型轨上的特殊扣件等。【理论知识】3.4轨道结构之三：扣件【理论知识】3.5轨道结构之四：道床1.道床的概念与作用道床是指路基、桥梁或隧道等下部结构之上，钢轨、轨枕之下的碎石、卵石层或混凝土层。它是钢轨或轨道框架的基础。道床的主要作用是支承轨枕，把来自轨枕上部的巨大荷载，均匀地分布到路基面上，大大减少了路基的变形。道床依靠本身和轨枕间的摩擦，起到固定轨枕的位置，阻止轨枕纵向或横向的移动。图３-20道床断面图2.道床的种类(1)碎石道床碎石道床又称为有碴道床，是一种比较常见的道床形式。图３-21碎石道床断面图【理论知识】3.5轨道结构之四：道床图３-22无枕式整体道床断面图【理论知识】3.5轨道结构之四：道床(2)整体道床整体道床又称混凝土整体道床，也称无碴道床，是现代城市轨道交通中常用的道床形式。1)无枕式整体道床。2)轨枕式整体道床。这种道床可分为短枕式和长枕式两种（如图3－23）。图３-23轨枕式整体道床断面图【理论知识】3.5轨道结构之四：道床(3)沥青道床沥青道床是指为了改善普通碎石道床的散体特性而加入乳化沥青或沥青砂浆而使其稳定的一种道床轨道结构形式。1)沥青灌注式道床。2)沥青混凝土面层式道床。3)沥青垫层式混凝土道床。【理论知识】3.5轨道结构之四：道床图３-24沥青灌注式道床断面图图３-25沥青混凝土面层式道床断面图【理论知识】3.5轨道结构之四：道床图３-26沥青垫层式混凝土道床断面图(4)新型道床随着城市轨道交通的发展和城市对环境要求的不断提升，原有的一些道床形式已经不太适应城市的发展和需求，于是各国开始不断研制和改进道床结构，出现了一些可以满足新发展、新需求的新型道床形式，如减振浮动道床。【理论知识】3.5轨道结构之四：道床图３-27减振浮动道床3.道床的病害与维修随列车荷载反复作用，特别是碎石道床很容易产生病害，如道床变形、道床脏污、道碴粉化、道碴坍塌、道床翻浆及道床板结等。整治道床病害是碎石道床轨道的主要养护维修工作之一，如捣固、清理、更换及补充道碴等。现在多数道床维护工作是由自动化的工程列车来完成。【理论知识】3.5轨道结构之四：道床道床维护工程车【理论知识】3.6轨道结构之五：道岔1.道岔的概念道岔是一种使列车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备，通常在车站、车辆段和停车场大量使用。2.道岔的构成图３-28道岔构成【理论知识】3.6轨道结构之五：道岔(1)转辙器转辙器包括转辙机械、尖轨、轨距拉杆及其他零配件等。1)转辙机械。2)尖轨。3)轨距拉杆。4)转辙拉杆。5)其他零配件。(2)连接导轨连接导轨是指引导车轮进入辙叉的一组或多组轨道。(3)辙叉及护轨1)辙叉。2)护轨。3)翼轨。4)岔心。3.道岔的组合形式与种类(1)道岔组合的基本形式道岔组合的基本形式有三种，即线路的连接、交叉、连接与交叉的组合。(2)常用道岔的种类1)单开道岔。【理论知识】3.6轨道结构之五：道岔图３-29单开道岔2)双开道岔。图３-30双开道岔【理论知识】3.6轨道结构之五：道岔图３-31三开道岔【理论知识】3.6轨道结构之五：道岔3)三开道岔。图３-32交分道岔【理论知识】3.6轨道结构之五：道岔4)交分道岔。图３-33交叉渡线【理论知识】3.6轨道结构之五：道岔5)交叉渡线。图３-34菱形交叉【理论知识】3.6轨道结构之五：道岔6)菱形交叉。4.道岔的扳动方式(1)电动扳动电动扳动是依靠电动机的动力来推动转辙拉杆，从而扳动尖轨的扳动方式。(2)手动扳动手动扳动是利用人力借杠杆去扳动尖轨的扳动方式。【理论知识】3.6轨道结构之五：道岔【理论知识】3.6轨道结构之五：道岔图３-35道岔号数计算图5.道岔的代号道岔各有其代号，比如9号道岔、12号道岔、18号道岔等等。这个代号可不是随便排列的，它实际上代表了辙叉角（α）的余切值，也就是辙叉心部分直角三角形两条直角边FE和AE的比值，即N=ctgα=FE/AE。N就是道岔号，FE是辙叉跟端长，AE是辙叉跟端支距（如图3－35）。【理论知识】3.7轨道结构之六：其他附属设备1.防爬设备的组成与作用防爬设备主要由防爬器和防爬支撑组成。其作用主要防止轨道纵向和横向爬行。图３-36防爬器与防爬支撑图３-37轨距杆【理论知识】3.7轨道结构之六：其他附属设备2.轨距杆和轨撑的组成与作用(1)轨距杆轨距杆两端固定于轨底，每隔5～7根木枕设一根(见图３-37)。图３-38轨撑杆图【理论知识】3.7轨道结构之六：其他附属设备(2)轨撑轨撑主要用于曲线地段的轨道加强，安设于两股钢轨道心外侧。【理论知识】3.8独轨铁路轨道结构1.独轨铁路轨道结构的种类独轨铁路是一种把单轨铺设在高架桥上的新型铁路，主要分成两类，一类是较为常见的是跨座式独轨铁路，车辆跨座在轨道梁上行驶，车体两旁盖过路轨。另一类悬挂式独轨铁路，悬挂式是车辆悬挂在轨道梁下方行驶。2.跨座式独轨铁路的轨道结构1)跨座式独轨铁路的轨道通常为支柱上端的预应力钢筋混凝土轨道梁，其上铺设钢轨，车轮自车厢的下部支承于钢轨上。2)跨座式轨道道岔是由一定长度的道岔