铁路设计概述(一)

第一章铁路设计概述第一节铁路等级与主要技术标准一、铁路等级根据其在铁路网中的作用、性质和远期客货运量确定•Ⅰ级铁路：在路网中起骨干作用的铁路，远期年客货运量≥20百万吨；•Ⅱ级铁路：1.在路网中起骨干作用的铁路，远期年客货运量＜20百万吨。2.在路网中起联络、辅助作用的铁路，远期年客货运量≥10百万吨；•Ⅲ级铁路：为某一区域服务，具有地区运输性质的铁路，远期年客货运量＜10百万吨。•IV级铁路：为某一区域服务，具有地区运输性质的铁路，远期年客货运量＜5百万吨。二、铁路主要技术标准铁路主要技术标准包括：正线数目、限制坡度、最小曲线半径、牵引种类、机车类型、机车交路、车站分布、到发线有效长度和闭塞类型等。这些标准是确定铁路能力大小的决定因素，一条铁路选用不同的标准对设计线的工程造价和运营质量有重大影响，同时又是确定设计线的工程标准和设备类型的依据。（一）影响牵引吨数的主要技术标准1、牵引类型：电力机车：热效率高、速度高、牵引力大、比内燃机车造价低，需要接触网供电。内燃机车：独立性好，需要消耗贵重的液体燃料。蒸汽机车：构造简单、维修简单、造价低廉、热效率低、需要沿途设置给水站、功率低、输送能力低、员工工作条件差。•2、机车类型•机车类型系指同一牵引种类中机车的不同型号•韶山1型（SS1）生产厂商：株洲电力机车辆厂首台制成年份：1968年额定功率：3780千瓦传动方式：交流传动，单拍全波整流桥用途：客/货运轴式：Co-Co轴距：1435mm整备重量：138t轴重：23t构造速度：90km/h持续速度：43km/h启动牵引力：487.4Kn持续牵引力：301.1Kn轮径：1250mm通过最小曲线半径：145m电制动方式：一级电阻电制动功率：3500千瓦额定电压：25KV悬挂方式：半悬挂调压方式：低压侧有级调压控制方式：33个恒压级调压调速控制韶山2型（SS2）生产厂商：株洲电力机车辆厂首台制成年份：1969年额定功率：4620千瓦传动方式：交流传动，一段整流桥用途：客/货运轴式：Co-Co轴距：1435mm整备重量：138t轴重：23t构造速度：100km/h持续速度：51.5km/h启动牵引力：530Kn持续牵引力：303.4Kn轮径：1250mm通过最小曲线半径：145m电制动方式：一级电阻电制动功率：3107千瓦额定电压：25KV悬挂方式：半悬挂调压方式：高压侧有级调压控制方式：33个恒压级调压调速控制•韶山3型（SS3）生产厂商：株洲电力机车辆厂首台制成年份：1978年额定功率：4350千瓦传动方式：交流传动，双拍整流桥用途：客/货运轴式：Co-Co轴距：1435mm整备重量：138t•韶山3B型（SS3B）生产厂商：株洲电力机车辆厂首台制成年份：1992年额定功率：4350千瓦传动方式：交流传动，不等分三段半控桥用途：客/货运轴式：Co-Co轴距：1435mm整备重量：138t韶山3B重联型（SS3B重联）生产厂商：株洲电力机车辆厂首台制成年份：2002年额定功率：8700千瓦传动方式：交流传动，不等分三段半桥用途：客/货运轴式：2×Co-Co轴距：1435mm整备重量：2×138t轴重：23t•韶山4型（SS4）生产厂商：株洲电力机车辆厂首台制成年份：1985年额定功率：6400千瓦传动方式：交流传动，四段经济半控桥用途：客/货运轴式：2×Bo-Bo轴距：1435mm整备重量：2×92t轴重：23t韶山5型（SS5）生产厂商：株洲电力机车辆厂首台制成年份：1990年额定功率：3200千瓦传动方式：交流传动，一段全控桥加一段半控桥用途：客运轴式：Bo-Bo轴距：1435mm整备重量：86t韶山6型（SS6）生产厂商：株洲电力机车辆厂首台制成年份：1991年额定功率：4800千瓦传动方式：交流传动，两段半控桥用途：客/货运轴式：Co-Co轴距：1435mm整备重量：138t轴重：23t•韶山7型（SS7）生产厂商：株洲电力机车研究所/大同机车车辆厂首台制成年份：1992年额定功率：4800千瓦传动方式：交流传动，一段全控桥加一段半控桥用途：客/货运轴式：Bo-Bo-Bo轴距：1435mm整备重量：138t轴重：23t构造速度：100km/h韶山8型（SS8）生产厂商：株洲电力机车辆厂首台制成年份：1996年额定功率：3600千瓦传动方式：交流传动，不等分三段半桥用途：客运轴式：Bo-Bo轴距：1435mm整备重量：88t轴重：23t构造速度：170km/h持续速度：100km/h韶山9型（SS9）生产厂商：株洲电力机车辆厂/株洲电力机车研究所首台制成年份：1998年额定功率：4800千瓦传动方式：交流传动，不等分三段半控桥用途：客运轴式：Co-Co轴距：1435mm整备重量：126t轴重：21t韶山9G型（SS9G）生产厂商：株洲电力机车辆厂/株洲电力机车研究所首台制成年份：2002年额定功率：4800千瓦传动方式：交流传动，不等分三段半控桥用途：客运轴式：Co-Co轴距：1435mm整备重量：126t轴重：21t构造速度：170km/h持续速度：99km/h启动牵引力：286Kn持续牵引力：169Kn轮径：1250mm通过最小曲线半径：145m•3、限制坡度一定类型的机车、牵引（单机牵引）一定质量的列车，在持续相当长的最大上坡道上行驶，仍能保持以计算速度做等速运行，这个最大坡度称为限制坡度。千分率符号：每1000m水平距离的高差数值。对于线路上坡、下坡、平坡，常用（+），（-），（0）表示。（1）限制坡度的选定1）限制坡段定义限制坡度是这样一种坡度：在这个坡度上，一台机车牵引列车连续上坡运行时，列车运行速度最终能够稳定在机车计算速度的水平上。这就是说。这个坡度既要有一定的陡度，又要有一定的长度。2）选定限制坡段的影响因素限制坡度的选定，需要考虑以下问题：首先，要确保列车运行速度不能过低。其次，需考虑：铁路等级、地形条件、牵引种类、运输要求、邻线牵引定数。•4、到发线有效长车站内除正线外，其他指定座位列车到达和出发的股道，称之为到发线。到发线有效长度：指列车在到发线上停留时，不妨碍邻线列车通过的股道最大长度。一级二级铁路到发线有效长度：1050m,850m,750m,650.三级铁路到发线有效长度：850m,750m,650m,550m.(二)影响通行能力的主要技术标准•1、正线数目：指连接并贯穿车站线路的数目。•单线铁路：只有一条铁路，在同一区间或同一闭塞分区内，同一时间只允许一列车运行，交会或越行只能在车站进行。•双线铁路：•多线铁路：2、车站分布：车站分布距离大小，决定列车在区间的往返走行时分，从而影响通过能力。单线建站距离不宜小于8公里，双线不宜小于15公里。3、闭塞方式（1）半自动闭塞：（2）自动闭塞：车站与车站之间的区间称为站间区间；车站与线路所之间的区间称为所间区间；自动闭塞区段上通过色灯信号机之间的段落称为闭塞分区。车站与车站之间的区间称为站间区间；车站与线路所之间的区间称为所间区间；自动闭塞区段上通过色灯信号机之间的段落称为闭塞分区。3、区间的分类车站——设有配线办理列车到发、会让、越行、解编及客货运业务的地点。区段——指两相邻技术站间的铁路线段，它包含了若干个区间和分界点，区段的长度一般取决于牵引动力的种类或路网状况。4、车站、区段的概念分界点技术站区间区间区间区间区间区段（三）行车速度的主要技术标准•1、最小曲线半径：设计线采用的曲线半径最小值，它涉及到行车安全、旅客舒适度、行车速度、运行时间、工程投资等。•2、机车交路：铁路机车都在一定得区段内往返行驶，往返的区段叫机车交路，其长度叫机车交路距离，两端车站叫区段站。影响第二节区间线路平面设计铁路线路在空间的位置是用它的中心线来表示的。线路中心线是指距外轨半个轨距的铅垂线AB与两路肩边缘水平连线CD交点O的纵向连线。如下图所示：图2－1－2线路平面图2－1－3线路纵断面线路中心线在水平面上的投影，叫做铁路线路的平面，表明线路的直、曲平面变化状态；线路中心线展直后在铅垂面上的投影，叫铁路线路的纵断面，表明线路的起伏、坡度变化。（1）曲线要素的组成铁路线路在转向处所设的曲线为圆曲线，其基本组成要素有：曲线半径R，曲线转角α，曲线长L，切线长度T，缓和曲线长度L0。线路的平面由直线、圆曲线以及缓和曲线组成。图2-1-4线路曲线地段1.曲线要素一、平面组成和曲线要求（2）曲线要素的计算直接根据数学公式可以得出：曲线长度：切线长度：1）不考虑缓和曲线时图2-1-5无缓和曲线的曲线地段2）设有缓和曲线时图2-1-6设有缓和曲线的曲线地段在设计有缓和曲线时，涉及几个参数：β0——缓和曲线角；p——内移距；m——切垂距曲线长度：切线长度：图2-1-7设有缓和曲线的曲线地段式中：β0——缓和曲线角，p——内移距，m——切垂距二、圆曲线小半径曲线对运营不利，这是因为：1）限制列车运行速度，增加轮轨磨耗，降低轮轨间的粘着系数，增加列车运行阻力；2）增加轮轨设备和维修工作量，增加轨道设备和维修工作量，增加线路长度。其中，限制列车运行速度一项，影响到铁路线路的运营能力，也是我们关注的重点。（1）曲线半径对运营的影响用数学公式表达：（1）列车运行速度与曲线半径的关系式中：V——列车运行速度，km/h；h——曲线外轨超高，mm；R——曲线的半径，m（2）曲线上列车最大限制速度由公式可知，曲线半径数值一定时，影响列车运行速度的因素是曲线外轨超高度数值h。曲线外轨超高度的最大容许值，在单线铁路上一般取150mm，另外可以考虑一定量的欠超高度hq，但以不影响乘客的舒适度为限。则上公式(1-8)可以改写为：三、缓和曲线为保证列车安全，使线路平顺地由直线过渡到圆曲线或由圆曲线过渡到直线，以避免离心力的突然产生和消除，常需要在直线与圆曲线之间设置一个曲率半径变化的曲线，这个曲线称为缓和曲线，如下图所示为设有缓和曲线的铁路曲线。图2-1-8曲线设置（1）缓和曲线的特点缓和曲线介于直线与圆曲线之间，是一个过渡区域。缓和曲线的特点为：1）曲线半径从无穷大逐渐减小到圆曲线的半径R，或从圆曲线的半径R逐渐增加到无穷大；2）运行中列车的离心力逐渐增加或逐渐降低；3）轨距加宽值逐渐增大或逐渐减小；4）曲线外轨超高逐渐增大或逐渐减小。缓和曲线的特点，目的都是更好地确保列车通过曲线时的安全、平顺，以及乘客乘坐舒适。（2）缓和曲线方程式我国铁路常用的缓和曲线属于三次抛物线型，其方程式为：式中：y——缓和曲线上任意点的纵坐标，m；X——缓和曲线L任意点的横坐标，m；R——圆曲线半径，m；L0——缓和曲线长度，m。（3）缓和曲线的设置缓和曲线应有足够的长度，在这个长度内，需完成曲线的外超高顺坡过程。同时，应该满足以下两点运营要求：1）车轮的轮缘不致爬上内轨外轨超高的坡度限制为：式中:Kmin——机车或车辆最小轮缘高，mmDmax——机车或车辆最大固定轴距,mm当以轮缘最小高度28mm及最大固定轴距6.5代入，得到：在实际取值中,i0一般不大于2‰，以保证车轮轮缘无爬上内轨危险。此时计算出缓和曲线长L0为:2）保证乘客乘座舒适当列车从直线段进入缓和曲线范围内运行时，外侧车轮在外轨上逐渐升高；当列车从圆曲线段进入缓和曲线范围内运行时，外侧车轮在外轨上逐渐降低。如果升降速度过快，会引起乘客的不舒适感设。设以f（mm/s)表示外侧表示外侧车轮升降速度，则存在如下关系式：通常规定，在一般地段，f=32mm/s；在困难地段，f=40mm/s。可以反推出：在选线设计中，缓和曲线的长度可以按照下表取值：曲线半径（m）Ⅰ级铁路Ⅱ级铁路Ⅲ级铁路（1）（2）（3）（1）（2）（3）（1）（2）40003030202020202020300040302030202020202500504020303020202020006050304030202020150080704050403030201200100805060503030301000120100607060404030800150120709070405040700150