铁道工程-第六章-轨道几何形位

第二章轨道几何形位内容提要一、轨道几何形位概述二、机车车辆走行部分的构造三、直线轨道的几何形位四、曲线轨距加宽五、曲线轨道外轨超高六、轨道不平顺七、轨道不平顺功率谱密度（一）定义道轨道几何形位是指：轨道结构各部分的几何形状、相对位置、基本尺寸。从这两幅图来看，什么是轨道几何形位？一、轨道几何形位概述一、轨道几何形位概述（二）分类1、从平面上看：轨道由以下组成：直线；曲线；缓和曲线：一般在直线与圆曲线之间有一条曲率渐变的缓和曲线相连接。要求：轨道的方向必须正确，直线部分应保持笔直，曲线部分应具有相应的圆顺度。2、从横断面上看：轨距及轨距加宽：轨道的两股钢轨之间应保持一定的距离，为保证机车车辆顺利通过曲线，曲线轨距应考虑加宽。水平：两股钢轨的顶面应置于同一水平面（直线）或保持一定水平差（曲线）。超高：曲线上外轨顶面应高于内轨顶面，形成一定的超高，以使车体重力的向心分力抵消其曲线运行的离心力。轨底坡：为保证有锥形踏面的车轮荷载作用下钢轨顶面受力均匀，轨道的两股钢轨均应向内倾斜铺设，形成适当的轨底坡。一、轨道几何形位概述（二）分类3、从纵断面上看：轨道的前后高低钢轨顶面在纵向上应保持一定的平顺度，为行车平稳创造条件。轨道不平顺是引起列车振动、轮轨作用力增大的主要根源，对列车平稳舒适和行车安全都有重要的影响，是轨道方面直接限制行车速度的主要因素。（三）管理形式轨道几何形位按照静态与动态两种状况进行管理。静态几何形位是轨道不行车时的状态，可采用道尺及小型轨道检查车等工具测量。动态几何形位动态几何形位是行车条件下的轨道状态，可采用轨道检查车测量。我国铁路轨道几何形位的管理，实行静态管理与动态管理相结合的模式。一、轨道几何形位概述（四）意义轨道几何形位的正确与否，对机车车辆的安全运行、乘客旅行的舒适度、设备的使用寿命和养护费用起着决定性的作用。轨道几何形位的超限是引起机车车辆掉道、爬轨以及倾覆的直接因素。轨道的几何形位因素直接影响机车车辆的横向及竖向加速度，并产生相应的惯性力。在高速铁路和快速铁路中，随着运行速度的提高，影响特别显著。二、机车车辆走行部分的构造2.1机车车辆基础知识简介2.2转向架的构造和类型2.3轮对2.4机车车辆运动形态与类型二、机车车辆走行部分的构造机车车辆由车体与走行等部分组成：车体转向架转向架的主要功能是：将车体荷载均匀分配于轮对，保证机车车辆顺利通过曲线，并降低轮振动对车体的影响。车体用以载人、载货或安置动力设备，走行部分将车体荷载传递至轨道，并在轨道上走行。19世纪的铁路车辆是直接将轮对安装在车厢下，所以车辆的运行性能差，车辆载重量也较小。现代机车车辆的走行部分基本上都采用转向架结构。二、机车车辆走行部分的构造2.1机车车辆基础知识简介（1）按用途分：客运机车、货运机车和调车机车动力分散，一种叫动力集中机车的分类（2）按牵引动力分：蒸汽、内燃、电力蒸汽：建设机车内燃：东方红型内燃机车东风、东风2~东风12型内燃机车电力：韶山1~韶山9型电力机车国产交流传动电力机车内燃动车组和电动车组：国产内燃动车组、国产电动车组、高速电动车组、国产摆式动车组。二、机车车辆走行部分的构造2.1机车车辆基础知识简介（1）按用途分：客车、货车车辆的分类（2）按车辆的轴数分：四轴车、六轴车、八轴车等轴数越多，车轮也越多，载重量就越大。客车：硬座车、软座车、硬卧车、软卧车、餐车、行李车、邮政车等货车：平车、敞车、棚车、罐车、保温车等（3）按车辆的载重分：货车有50吨、60吨、70吨、80吨、88吨、96吨、107吨等不同的载重量（4）按车辆的轴重分：21吨、23吨、25吨、28吨、30吨、33吨等2.2转向架的构造和类型二轴客车转向架构架轮对二、机车车辆走行部分的构造二、机车车辆走行部分的构造二、机车车辆走行部分的构造二、机车车辆走行部分的构造三轴转向架二、机车车辆走行部分的构造二、机车车辆走行部分的构造（1）轮对轴箱装置：轮对沿着钢轨滚动，除传递车辆重力外，还传递轮轨之间的各种作用力，其中包括牵引力和制动力等。轴箱与轴承装置是联系构架和轮对的活动关节，使轮对的滚动转化为车体沿钢轨的平动。（2）弹性悬挂装置：为减少线路不平顺和轮对运动对车体的各种动态影响（如垂向振动，横向振动等），转向架在轮对与构架（侧架）之间或构架（侧架）与车体（摇枕）之间，设有弹性悬挂装置。前者称为轴箱悬挂装置（又称第一系悬挂），后者称为摇枕（中央）悬挂装置（又称第二系悬挂）。目前，我国大多数货车转向架只设有摇枕悬挂装置，客车转向架既设有摇枕悬挂装置，又设有轴箱悬挂装置。弹性悬挂装置包括弹簧装置、减振装置和定位装置等。二、机车车辆走行部分的构造1.转向架的构造（3）构架或侧架：构架（侧架）将转向架各零、部件组成一个整体，是转向架的基础。所以它不仅仅承受、传递各作用力及载荷，而且它的结构、形状和尺寸大小都应满足各零、部件的结构、形状及组装的要求（如应满足制动装置、弹簧减振装置、轴箱定位装置等安装的要求）。二、机车车辆走行部分的构造（4）基础制动装置：为使运行中的车辆能在规定的距离范围内停车，必须安装制动装置，其作用是传递和放大制动缸的制动力，使闸瓦与轮对之间产生的转向架的内摩擦力转换为轮轨之间的外摩擦力（即制动力），从而使机车车辆承受前进方向的阻力，产生制动效果。二、机车车辆走行部分的构造二、机车车辆走行部分的构造（5）转向架支承车体的装置：转向架支承车体的方式（又可称为转向架的承载方式）不同，使得转向架与车体相连接部分的结构及形式也各有所异，但都应满足两个基本要求：安全可靠地支承车体，承载并传递各作用力（如垂向力、振动力等）；为使车辆顺利通过曲线，车体与转向架之间应能绕不变的旋转中心相对转动。转向架的承载方式可以分为心盘集中承载、非心盘承载和心盘部分承载三种。（1）按轴数分类：机车有二轴、三轴和四轴转向架。车辆有二轴、三轴和多轴转向架。车轴在转向架上的排列形式称轴列式或轴式。我国东风型内燃机车和韶山Ⅰ型电力机车为三轴转向架，其轴式为30—30（或C0—C0），其中，C表示3，脚注0表示有牵引电动机驱动的动轮轴；北京型内燃机车为二轴转向架，其轴式为20—20（或B0—B0），其中，B表示2，我国客货车辆多为二轴转向架。为了适应我国重载运输发展的要求，正在研制单节大功率八轴内燃机车，即两台四轴转向架。比较理想的轴式为B0＋B0—B0＋B0，即由两台二轴转向架组合而成一台四轴转向架，车辆则采用多转向架或转向架群。2.转向架的类型二、机车车辆走行部分的构造东风11（DF11）型内燃机车二、机车车辆走行部分的构造一系弹簧悬挂（2）按弹簧装置形式分类：机车和车辆可分为一系和二系弹簧悬挂装置。一系悬挂转向架适用于低速机车和货车车辆，二系悬挂转向架适用于中高速机车和客车车辆。二系弹簧悬挂二、机车车辆走行部分的构造（3）按行车速度分类：有高速转向架，速度在200km/h以上；普通转向架，速度在120km/h以下。重要概念（1）全轴距:同一机车车辆最前位和最后位车轴中心间水平距离BA-车辆全长B-全轴距C-车辆定距D-固定轴距二、机车车辆走行部分的构造（2）车辆定距:车辆前后两转向架上车体支承间的距离C（3）固定轴距:同一转向架上始终保持平行的最前位和最后位车轴中心间水平距离D2.3轮对轮对是由一根车轴和两个相同的车轮组成。在轮轴接合部位采用过盈配合，使两者牢固地结合在一起，绝不允许有任何松动现象发生，以保证行车安全。二、机车车辆走行部分的构造轮对承担车辆全部重力，且在轨道上高速运行，同时还承受着从车体、钢轨两方面传递来的其它各种静、动作用力，受力很复杂。因此，对轮对的要求是：二、机车车辆走行部分的构造①应有足够的强度，以保证在容许的最高速度和最大载荷下安全运行；②应在强度足够和保证一定使用寿命的前提下，自重最小，并具有一定弹性，以减小轮轨之间的相互作用力；③应具备阻力小和耐磨性好的优点，以降低牵引动力损耗并提高使用寿命；④应能适应车辆直线运行，同时又能顺利通过曲线，还应具备必要的抵抗脱轨的安全性。目前我国铁路车辆上使用的车轮绝大多数是整体辗钢轮，它包括踏面、轮缘、轮辋、幅板和轮毂等部分。1—踏面；2—轮缘；3—轮辋；4—幅板；5—轮毂；6—轮箍；7—扣环；8—轮心。二、机车车辆走行部分的构造•踏面：车轮与钢轨的接触面；•轮缘：突出的圆弧部分，是保持车辆沿钢轨运行，防止脱轨的重要部分；•车轮内侧面：轮缘内侧面的竖直面；•车轮外侧面：与车轮内侧面相对的竖直面；•车轮宽度：车轮内外两侧面之间的距离；•轮辋：车轮上踏面下最外的一圈；•轮毂：轮与轴互相配合的部分；•幅板：联接轮辋与轮毂的部分，幅板上有两个圆孔，便于轮对在切削加工时与机床固定并供搬运轮对之用。二、机车车辆走行部分的构造车轮内侧面车轮外侧面车轮踏面机车锥型踏面二、机车车辆走行部分的构造车轮踏面需要制成一定的斜度，其作用是：(1)便于轮对通过曲线。车辆在曲线上运行，由于离心力的作用，轮对偏向外轨。在外轨上滚动的车轮与钢轨接触的部分直径较大，而沿内轨滚动的车轮与钢轨接触部分直径较小，其大直径的车轮沿外轨行走的路程长，小直径的车轮沿内轨行走的路程短，正好与曲线区段线路的外轨长内轨短的情况相适应，便于轮对顺利通过曲线，减少车轮在钢轨上的滑行。(2)便于轮对自动调中。在直线线路上运行的车辆，其中心线与轨道中心线如不一致，则轮对在滚动过程中能自动纠正其偏离位置。(3)保持踏面磨耗沿宽度方向的均匀性。从上述分析可知，车轮必须制成有斜度的锥形踏面，但其自动调中的功能，又成为轮对乃至整个车辆发生自激蛇行运动的原因。二、机车车辆走行部分的构造轮对蛇行运动二、机车车辆走行部分的构造两种车轮踏面－锥型、磨耗型锥型踏面有两个斜度，即1:20和1:10，前者位于轮缘内侧48～100mm范围内，是轮轨的主要接触部分，后者位于距内侧100mm以外部分。踏面的最外侧有R=6mm的圆弧，以便于通过小半径曲线，也便于通过辙叉。车辆锥型踏面二、机车车辆走行部分的构造磨耗型踏面是在改进锥型踏面的基础上发展起来的。各国车辆运行情况证明，锥型踏面车轮的初始形状，随着运行过程的磨损成一定形状（与钢轨断面相匹配），随后车轮与钢轨的磨耗都变得缓慢，其形状也趋于稳定。实践证明，车轮踏面若制成类似磨耗后的稳定形状，即磨耗型踏面，可明显减少轮与轨的磨耗，并延长使用寿命，减少车轮修复旋切的材料，减少换轮、旋轮的检修工作量。磨耗型踏面可减少轮轨接触应力，保持车辆直线运行的横向稳定，有利于曲线通过。二、机车车辆走行部分的构造车辆磨耗型踏面二、机车车辆走行部分的构造•车轮名义直径：钢轮在离轮缘内侧70mm处测量所得的直径。车轮直径的大小，对车辆的影响各有利弊。轮径小，可以降低车辆重心，增大车体容积，减小车辆簧下质量，缩小转向架固定轴距，但其阻力增加，轮轨接触应力增大，加速踏面磨耗；小直径车轮通过轨道凹陷和接缝也产生较大的振动。轮径大的优缺点则与之相反。所以，车轮直径尺寸的选择，应视具体情况而定。我国货车标准轮径为840mm，客车标准轮径为915mm。•踏面的测量线：通过踏面上距车轮内侧面一定距离的一点作一水平线。•轮缘高度f：测量线至轮缘顶点的距离。•轮缘厚度d：距测量线10mm处量得的厚度。二、机车车辆走行部分的构造3428测量线轮缘高度轮缘厚度车轮名义直径70二、机车车辆走行部分的构造轮背内侧距离T：轮对上左右两车轮内侧面之间的距离。轮对宽度q：轮背内侧距离加上两个轮缘厚度（2d）称为轮对宽度：dTq2+=二、机车车辆走行部分的构造轮对宽度必须与轨距相配合。为使机车车辆安全通过轨道，所有轮对都应有标准的宽度，只容许很少的制造公差。《铁路技术管理规程》规定，我国机车车辆轮对的主要尺寸如下：表3-1轮对主要尺寸表（mm）轮缘厚度d轮背内侧距离T轮对宽度q名称轮缘高度f正常最小最大正常最小最大正常最小车辆轮253422135613531350142414211394机车轮283323135613531350142214191396二、机车车辆走行部分的构造2.4机车车辆运动形态与类