《轨道工程》课程设计任务书及算例解读

1《轨道工程》课程设计普通无缝线路结构设计任务书一、课程设计性质、任务与目的《轨道工程课程设计》是土木工程专业的一门实践性课程；本课程设计主要训练学生综合运用所学基础知识的能力，培养学生用定性分析方法对问题进行综合分析和评价。本课程设计是在学过《轨道》的基础知识后，对“轨道强度计算”、“无缝线路轨道设计”、“轨道结构组成”等知识的拓宽与综合应用。通过作业，使学生在巩固所学轨道结构组成、轨道强度计算的基本方法，熟悉并运用课堂所学内容，从而加深对所学内容的理解，提高综合分析和解决问题的能力。熟练掌握普通无缝线路设计步骤，了解无缝线路的特点及受力特征。通过对普通无缝线路的设计，达到对整个轨道体系的全面的认识。二、设计要求1．独立完成，有独特见解。2．文字清晰，条理清楚，步骤完整。3．文面、图面整洁，装订整齐。三、设计资料1.轨温：(0)兰州地区;(1)石家庄地区;(2)西宁地区;(3)西安地区(4)合肥地区;(5)郑州地区;(6)长沙地区。按自己对应的学号的倒数第二位选取相应地区的轨温。2.轨道条件（1）钢轨：为60kg/m的钢轨、按预期垂磨6mm计算；缓冲区钢轨采用每根长25m的标准轨；轨钢容许应力：[σs]＝36500×104Pa；（2）轨枕：混凝土Ⅱ型轨枕，每公里铺设1840根,a=544mm；（3）扣件：接头扣件为ф24mm、10.9级螺栓，六孔夹板；中间扣件为弹条Ⅱ型扣件，橡胶垫板；(4)道床：碎石道碴，顶宽3.3m，曲线外侧加宽0.05m。道碴为一级道碴，道碴厚30cm，底碴厚20cm，道床厚度3020/240h=+=cm。3．线路等级及最小曲线半径(1)线路等级：I级线路；(2)最小曲线半径：Rmin＝600m。4．行驶机车2最高行驶速度：Vmax=120km/h；钢轨支座弹性刚度：检算钢轨D＝300kN/cm；44xDkEIa=0.012283/cm检算轨下基础D＝720kN/cm；44xDkEIa=0.0153/cm轮重和轴距排列如表1所示。（共有10种前五种为内燃机车，后五种是电力机车，分别按学号的最后一位选取自己的机车的类型）表1机车计算资料类型轮轴轮重(kN)轮距(cm)构造速度(km/h)内燃机车ND2第一转向架Ⅰ105120195Ⅱ105215Ⅲ105420第二转向架Ⅰ105215Ⅱ105195Ⅲ105ND4第一转向架Ⅰ115120205Ⅱ115195Ⅲ115930第二转向架Ⅰ115195Ⅱ115205Ⅲ115东方红４第一转向架Ⅰ115120180Ⅱ115210Ⅲ115787第二转向架Ⅰ1153类型轮轴轮重(kN)轮距(cm)构造速度(km/h)210Ⅱ115180Ⅲ115NY5第一转向架Ⅰ108.5120255Ⅱ108.5180Ⅲ108.5820第二转向架Ⅰ108.5180Ⅱ108.5255Ⅲ108.5NY7第一转向架Ⅰ115120255Ⅱ115180Ⅲ115870第二转向架Ⅰ115180Ⅱ115255Ⅲ115类型轮轴轮重(kN)轮距(cm)构造速度(km/h)电力机车韶山３第一转向架Ⅰ115120230Ⅱ115200Ⅲ115780第二转向架Ⅰ115200Ⅱ1152304类型轮轴轮重(kN)轮距(cm)构造速度(km/h)Ⅲ1156Y2第一转向架Ⅰ115120233.5Ⅱ115233.5Ⅲ115801.6第二转向架Ⅰ115233.5Ⅱ115233.5Ⅲ115韶山2第一转向架Ⅰ115120233.5Ⅱ115233.5Ⅲ115593第二转向架Ⅰ115233.5Ⅱ115234.5Ⅲ115韶山1第一转向架Ⅰ115120230Ⅱ115230Ⅲ115580第二转向架Ⅰ115230Ⅱ115230Ⅲ115NY7第一转向架Ⅰ1151202555类型轮轴轮重(kN)轮距(cm)构造速度(km/h)Ⅱ115180Ⅲ115870第二转向架Ⅰ115180Ⅱ115255Ⅲ115表2钢轨截面特性表垂直磨耗（mm)项目钢轨类型（kg/m)7560500断面积F（cm2)95.0677.4565.8对水平轴惯性矩ＪX（cm2)449032172037对竖直轴惯性矩Ｊy（cm2)661524377轨底截面系数Ｗ１（cm３)509396287轨头截面系数Ｗ２（cm３)4323392516对水平轴惯性矩ＪX（cm2)28791827对竖直轴惯性矩Ｊy（cm2)498360轨底截面系数Ｗ１（cm３)375275轨头截面系数Ｗ２（cm３)2912309对水平轴惯性矩ＪX（cm2)26901702轨底截面系数Ｗ１（cm３)363264轨头截面系数Ｗ２（cm３)264216表3速度系数牵引种类速度系数计算轨底弯曲应力用计算轨道下沉及轨下基础各部件的荷载及应用内燃电力表4钢轨强度钢种屈服极限Mpa强度极限MpaＵ７４,Ｕ７４ＣＵ4107850.4100V0.6100V0.45100V0.3100V6Ｕ７１Ｍn,Ｕ７1MnSiCu456883表5道床纵向阻力轨道特征单根轨枕的道床纵向阻力R(N)一股钢轨下单位道床纵向阻力r（N/mm）1840根/km1760根/Km木枕线路70006.46.1混凝土枕线路100009.18.75．线路条件原始弹性弯曲矢度:f0e=0.3cm；原始塑性弯曲矢度:fop＝0.3cm；线路容许弯曲矢度:f＝0.2cm；原始弯曲半波长：0l＝400cm；等效道床阻力：Q＝87N／cm；钢轨对竖直轴的惯性矩：Jy＝524cm4；轨道框架换算系数：β＝2。6.《铁路线路修理规则》中的有关无缝线路的一些规定第1条允许速度为120km／h(不含)～160km／h的线路应铺设跨区间或全区间无缝线路，允许速度大于160km／h的线路应铺设跨区间无缝线路。第2条温度应力式无缝线路，一般由固定区、伸缩区、缓冲区三部分构成。固定区长度不得短于50m。伸缩区长度应根据年轨温差幅值、道床纵向阻力、钢轨接头阻力等参数计算确定，一般为50～100m。缓冲区一般由2～4节标准轨(含厂制缩短轨)组成，普通绝缘接头为4节，采用胶接绝缘接头时，可将胶接绝缘钢轨插在2节或4节标准轨中间。缓冲区钢轨接头必须使用不低于10.9级的螺栓，螺栓扭矩应保持在700～1100N·m。绝缘接头轨缝不得小于6mm。第3条无缝线路必须有足够的强度和稳定性。铺设无缝线路应采用标准轨道结构，根据各地轨温幅度并按《铺设无缝线路允许温差表》(附录六)所列允许温升[△tu]和允许温降[△td]计算中和轨温，确定设计锁定轨温。特殊情况需加强轨道结构时，应根据行车条件和线路平纵断面情况进行强度、稳定性及缓冲区轨缝检算。中和轨温按下式计算：kudsftttTTt2][][2minmax式中[△td]，[△tu]——允许温降和允许温升(附录六)；Tmax，Tmin——当地历史最高、最低轨温；[△tk]——中和轨温修正值，取0～5℃。7第4条曲线半径小于400m或当地最大轨温幅度超过《铺设无缝线路允许温差表)(附录六)中允许铺设无缝线路最大轨温幅度时，应作特殊设计。长大坡道、制动地段及行驶重载列车区段铺设无缝线路时，可采取加强措施。第5条桥上铺设无缝线路应满足下列要求：一、位于无缝线路固定区的跨度不大于32m的简支梁桥。二、当地最大轨温变化幅度、桥长及其采用轨枕、扣件符合表5的规定。三、无缝线路在桥梁两端路基上每端锁定长度均不应小于100m。不在上述规定之列的桥梁，应对钢轨、墩台的受力状态、冬季钢轨折断时断缝的大小进行检算。若各项检算结果未超过允许值则可铺设。桥梁有浅基、孔径不足、偏心超限、载重等级不足或支座、墩台病害等，铺设无缝线路前必须进行严格检算。表5桥上扣件相关规定钢轨类型(kg／m)最大轨温幅度(℃)允许桥梁长度(m)扣件类型与扭矩钢梁桥和混凝土梁无碴桥混凝土梁有碴桥5060～70≤300钢梁桥：K型扣件混凝土梁无碴桥：WJ－2型扣件扣件扭矩：60～80N·m加强桥头线路的锁定YJ一1型扣件扭矩：60～80N·m弹条I型、弹条Ⅱ型扣件扭矩：与线路上相同加强桥头线路的锁定71～80≤24081～90≤20091～100≤1606060～70≤2207l～80≤20081～90≤1609l～100≤100第6条无缝线路轨道结构应具备的条件：一、路基。路基稳定，无翻浆冒泥、冻害及下沉挤出等路基病害。二、道床。一级碎石道碴，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。三、轨枕及扣件。混凝土枕、混凝土宽枕或有碴桥面混凝土枕，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，木枕应使用分开式扣件。四、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860kg/m及以上钢轨第7条普通无缝线路轨条长度应考虑线路平纵断面条件及道岔、道口、桥梁、隧道所处的位置。总长度度不足1km的桥梁、隧道，轨条应连续布置。但在小半径曲线、列车制动、停车、起动、钢轨顶面擦伤严重等地段，应单独布置轨条。轨条长度不应短于200m，特殊地段不应短于150m。第8条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。第9条钢轨焊接作业质量应符合《钢轨焊接技术条件》(TB/T1632.1～TB/T1632.4)的要求。第10条联合接头不得设置在道口、桥台、桥墩或不作单独设计的桥上，距桥台边墙不应小于2m。位于中跨度桥上的联合接头应布置在1/4～l/2桥跨处，并避开边跨；在大跨度桥上，应远离纵梁断开处。允许速度大于160km/h的线路，铝热焊缝距轨枕边不得小于100mm，其他线路不得小于40mm。第11条跨区间及全区间无缝线路的维修管理应以一次锁定的轨条为管理单元，无缝道岔应以单组或相邻多组一次锁定的道岔及其间线路为管理单元。第12条跨区间无缝线路内铺设的道岔必须设在固定区。跨区间和全区间无缝线路和无缝道岔上的绝缘接头必须采用胶接绝缘，其质量应符合《钢轨胶接绝缘接头技术条件》(TB/T2975)的要求。不同类型的钢轨应采用异型轨联结，所用异型轨应符合(异型钢轨技术条件)(TB/T3066)的要求。第13条无缝道岔应做单独设计。第14条普通无缝线路每段应设位移观测桩5～7对，固定区较长时，可适当增加对数(其中固定区中间点1对，伸缩区始、终点各1对，其余设置在固定区)。跨区间和全区间无缝线路，单元轨条长度大于1200m时，设置7对位移观测桩(单元轨条起、讫点，距单元轨条起、讫点100m及400m和单元轨条中点各设置1对)；单元轨条长度不大于l200m时，设置6对位移观测桩(单元轨条起、讫点，距单元轨条起、讫点100m及400m各设置1对)。无缝道岔设3对观测桩，在间隔铁或限位器处设1对，在岔头、岔尾处各设1对。位移观测桩必须预先埋设牢固，内侧应距线路中心不小于3.1m。在轨条就位或轨条拉伸到位后，应立即进行标记。标记应明显、耐久、可靠。固定区累计位移量大于10mm时，应及时上报工务段查明原因，采取相应措施。第15条无缝线路的锁定轨温必须准确、均匀，有下列情况之一者，必须9做好放散或调整工作：一、实际锁定轨温不在设计锁定轨温范围以内，或左右股轨条的实际锁定轨温相差超过5℃；二、锁定轨温不清楚或不准确；三、跨区间和全区间无缝线路的两相邻单元轨条的锁定轨温差超过5℃，同一区间内单元轨条的最低、最高锁定轨温相差超过10℃；四、铺设或维修作业方法不当，使轨条产生不正常的伸缩；五、固定区或无缝道岔出现严重的不均匀位移；六、夏季线路轨向严重不良，碎弯多；七、通过测试，发现温度力分布严重不匀；八、因处理线路故障或施工改变了原锁定轨温；九、低温铺设轨条时，拉伸不到位或拉伸不均匀。第16条在无缝线路地段进行基建、大修(线路、桥隧、路基)、变更无缝线路结构或部分拆除时，必须有经铁路局批准的设计文件和施工安全技术组织措施。四、设计内容一)确定设计锁定轨温1.计算M0，R0，Md，Rd；2.钢轨强度计算,根据强度条件确定容许降温幅度；3.稳定性计算,根据稳定条件确定容许