1、一、与轨道几何形位有关的概念第三讲 轨道几何形位二、曲线轨道外轨超高 三、曲线轨道轨距加宽 四、缓和曲线 五、轨道几何形位对各方面的影响 六、缩短轨 轨道几何形位是指轨道各部分的几何形位、相轨道几何形位是指轨道各部分的几何形位、相对位置和基本尺寸。对位置和基本尺寸。 在学习轨道几何形位之前，需要先了解机车车辆走行部分的构造。一、概念1 轨道几何形位的概念1 1）轮踏面）轮踏面2 2）轮缘）轮缘3）转向架）转向架4）全轴距）全轴距5）固定轴距）固定轴距6）车辆定距）车辆定距2 机车车辆走行部分的构造车轮踏面1 1）轮踏面：车轮沿着钢轨滚动的面。）轮踏面：车轮沿着钢轨滚动的面。轮缘2 2）轮缘：车
2、轮踏面内侧制成的凸缘。）轮缘：车轮踏面内侧制成的凸缘。3 3）转向架：）转向架：为使装有多个轮对的车辆安全顺利地通过曲线，为使装有多个轮对的车辆安全顺利地通过曲线，避免单个轮对歪斜，通常将两个或三个轮对用一避免单个轮对歪斜，通常将两个或三个轮对用一刚性构架刚性构架安安装在一起，称为转向架。装在一起，称为转向架。4 4）全轴距：）全轴距：同一车体同一车体最前位最前位和和最后位最后位车轴中心间的水平距离车轴中心间的水平距离称为机车的全轴距。称为机车的全轴距。5）固定轴距：）固定轴距：一个车架或转向架一个车架或转向架上上最前位最前位和和最后位最后位车轴间的车轴间的距离称为固定轴距。距离称为固定轴距。
3、 6）车辆定距：车辆前后两走行部分上车体支承间的距离。）车辆定距：车辆前后两走行部分上车体支承间的距离。两轴转向架两轴转向架三轴转向架三轴转向架1 1）轨距）轨距 钢轨头部的顶面下钢轨头部的顶面下16mm16mm范围内范围内两股钢轨作用边之两股钢轨作用边之间的间的最小最小距离。距离。 3 直线轨道几何形位 标准轨距：1435mm容许误差为6mm、2mm。 轨距测量工具静态：道尺动态：轨道检查车游间（见下页图） 2）水平）水平原因：原因：直线轨道上两股钢轨顶面应保持同一水平的情况，直线轨道上两股钢轨顶面应保持同一水平的情况，使两股钢轨所受荷载均匀，以保持列车平稳运行。使两股钢轨所受荷载均匀，以保
4、持列车平稳运行。 概念：概念：水平是指线路左右两股钢轨顶面的水平是指线路左右两股钢轨顶面的相对高差相对高差。两种偏差情况：两种偏差情况： 水平差：水平差：一股比另一股钢轨始终高，高差值超过容许一股比另一股钢轨始终高，高差值超过容许偏差值。偏差值。 三角坑：沿轨道纵向两股钢轨的水平变化，使轨道出三角坑：沿轨道纵向两股钢轨的水平变化，使轨道出现现扭曲扭曲的情况。两个最大水平误差点之间的距离，的情况。两个最大水平误差点之间的距离，不足不足18m18m。 3 3）高低）高低 钢轨钢轨的纵向平顺情况，也称为前后高低。的纵向平顺情况，也称为前后高低。轨道的不平顺分为静态不平顺和动态不平顺两种情况。轨道的不
5、平顺分为静态不平顺和动态不平顺两种情况。其中动态不平顺原因是：其中动态不平顺原因是： 轨底与铁垫板或轨枕之间存在间隙轨底与铁垫板或轨枕之间存在间隙 轨枕与道碴之间存在空隙轨枕与道碴之间存在空隙 轨道基础弹性的不均匀轨道基础弹性的不均匀其危害是：其危害是： 加速道床变形加速道床变形 进一步扩大轨面的不平顺进一步扩大轨面的不平顺 加剧机车车辆对轨道的破坏加剧机车车辆对轨道的破坏 4 4）方向（即轨向）方向（即轨向） 是指是指钢轨钢轨中心线在水平面上的平顺性。中心线在水平面上的平顺性。平面图钢轨中心线5 5）轨底坡）轨底坡 车轮踏面的主要部分是车轮踏面的主要部分是1:201:20的圆锥面，为使钢轨与
6、车的圆锥面，为使钢轨与车轮很好配合，钢轨不应竖直铺设，而要适当地内向倾斜，这轮很好配合，钢轨不应竖直铺设，而要适当地内向倾斜，这种倾斜是通过将轨底设置一定坡度实现的，即轨底坡。种倾斜是通过将轨底设置一定坡度实现的，即轨底坡。1:201:201:401:401：401：40轨底坡的设置轨底坡的设置 木枕线路：通过将铁垫板设置木枕线路：通过将铁垫板设置1:40 的斜坡实现。的斜坡实现。 混凝土枕线路：通过将混凝土枕的承轨台设置成混凝土枕线路：通过将混凝土枕的承轨台设置成1:40 的斜坡来实现。的斜坡来实现。 判断轨底坡设置是否得当的方法：判断轨底坡设置是否得当的方法：车轮碾压钢轨形成的光带位置车轮
7、碾压钢轨形成的光带位置在中心：得当在中心：得当在内侧：偏小在内侧：偏小在外侧：偏大在外侧：偏大曲线外股钢轨轨面较内股钢轨轨面高，称为外轨超高。曲线外股钢轨轨面较内股钢轨轨面高，称为外轨超高。 二、曲线轨道外轨超高1 概念 在曲线地段，车在曲线地段，车体受到离心力的作用，体受到离心力的作用，被推向外股钢轨，加被推向外股钢轨，加大了外股钢轨的压力，大了外股钢轨的压力，使旅客产生不适，货使旅客产生不适，货物移位，甚至使列车物移位，甚至使列车颠覆。外轨超高使车颠覆。外轨超高使车体向内倾斜，体向内倾斜，借助车借助车体自重的水平分力与体自重的水平分力与离心力相平衡离心力相平衡，即抵，即抵消离心力的作用。消
8、离心力的作用。 2 作用设置超高的基本要求：设置超高的基本要求： 保证两股钢轨的受力比较均匀；保证两股钢轨的受力比较均匀； 保证旅客乘坐的舒适度；保证旅客乘坐的舒适度； 保证行车平稳和安全。保证行车平稳和安全。 3 设置方法1 1）外轨提高法）外轨提高法2）线路中心高度不变法）线路中心高度不变法h0/2h0/2h04 外轨超高度的确定1 1）理论要求）理论要求 保证内外股钢轨受力相等。保证内外股钢轨受力相等。2 2）欠超高）欠超高 对于客车，因为速度快，所以超高设置不够，即离心对于客车，因为速度快，所以超高设置不够，即离心力没有被完全平衡。力没有被完全平衡。3 3）过超高）过超高 对于货车，因
9、为速度慢，所以超高设置过剩，即横向对于货车，因为速度慢，所以超高设置过剩，即横向水平分力比离心力大。水平分力比离心力大。4 4）最大容许外轨超高值）最大容许外轨超高值 列车因为某种原因需要停车，避免在静止状态下列车列车因为某种原因需要停车，避免在静止状态下列车不会倾倒的最大外轨超高值。不会倾倒的最大外轨超高值。5 5）超高限速）超高限速 对于客车，速度太大会使未被平衡的离心力超限，因对于客车，速度太大会使未被平衡的离心力超限，因此必须限速。此必须限速。 5外轨超高的计算20011.8vhRv0计算方法有两种：22211 111 1011222nnnnniiiiiN GvN GvN G vvN
10、GN GN GN GvN G式中：Ni一昼夜通过的各类速度和牵引重量均相同的列车次数；Gi各类列车重量(kN)；vi实测各类列车速度(km/h)。1）全面考虑一昼夜每一趟列车的速度和重量来计算2）新线设计和施工时，平均速度v0的计算方法0max0.8vv2max07.6vhR20011.8vhR6限速的计算0max11.8hhvR 2max011.8vhhR 机车车轮转向架是一个矩形刚体，固定轴距内各轮机车车轮转向架是一个矩形刚体，固定轴距内各轮对整体转向。对整体转向。在小半径曲线，为使机车车辆顺利通过曲在小半径曲线，为使机车车辆顺利通过曲线而不致被楔住或挤开轨道，减小轮轨间的横向作用力线而不
11、致被楔住或挤开轨道，减小轮轨间的横向作用力，以减少轮轨磨耗，以减少轮轨磨耗，轨距要适当加宽。，轨距要适当加宽。三、曲线轨道轨距加宽1 加宽的原因 将里股钢轨向曲线内侧横移适当的量值，使里股到轨道将里股钢轨向曲线内侧横移适当的量值，使里股到轨道中心的距离较外股增加一个加宽值，而保持外股至中心的距中心的距离较外股增加一个加宽值，而保持外股至中心的距离为标准轨距之半离为标准轨距之半S S0 0/2/2。加宽的情况如下表所示。加宽的情况如下表所示。 2 加宽的办法曲线半径（曲线半径（m m）轨距加宽（轨距加宽（mmmm）R350R3500 0350R300350R3005 5R300R3001515加
12、宽值加宽值3 加宽递减率 一般地段：不得大于一般地段：不得大于1 1 特殊条件：不得大于特殊条件：不得大于2 2 四、缓和曲线 行驶于曲线轨道的机车车辆，出现一些与直线运行显著不同的受力特征。如曲线运行的离心力，外轨超高不连续形成的冲击力等。为使上述诸力不致突然产生和消失，以保持列车曲线运行的平稳性，需要在直线与圆曲线轨道之间设置一段曲率半径和外轨超高度均逐渐变化的曲线，称为缓和曲线。当缓和曲线连接设有轨距加宽的圆曲线时，缓和曲线的轨距是呈线性变化的。1 概念概括起来，缓和曲线具有以下几何特征：1. 缓和曲线连接直线和半径为R的圆曲线，其曲率由零至1/R逐渐变化。2. 缓和曲线的外轨超高，由直
13、线上的零值逐渐增至圆曲线的超高度，与圆曲线超高相连接。3. 缓和曲线连接半径小于350m的圆曲线时，在整个缓和曲线长度内，轨距加宽呈线性递增，由零至圆曲线加宽值。因此，缓和曲线是一条曲率和超高均逐渐变化的空间曲线空间曲线。 2 缓和曲线几何特征1）离心力逐渐增加半径：无穷大半径：无穷大R 半径由无限大渐变到圆曲线半径，使产生的离心力逐渐增加，有利于行车平稳。2）向心力逐渐增加实现外轨超高逐渐增加实现外轨超高逐渐增加 在缓和曲线内实现外轨超高逐渐增加，使向心力逐渐增加的量与离心力的增加相适应。3）实现轨距加宽小半径曲线小半径曲线 曲线半径小于350m时，轨距加宽可在缓和曲线范围内实现。 3 作用
14、2 常用缓和曲线 在纵断面上，外轨超高顺坡的形式有两种形式。一种形式是直线形；另一种形式是曲线形。 我国采用了直线型超高顺坡的三次抛物线我国采用了直线型超高顺坡的三次抛物线。 1）要保证行车的安全，使车轮不致脱轨2）要保证外轮的升高（或降低）速度不超过限值，以满足旅客舒适要求3）线路设计规范的规定3 长度的确定1）曲线半径2）路段旅客列车设计速度3）地形条件 4 选用条件五、轨道几何形位对各方面的影响 轨道是机车车辆运行的基础，直接支承机车车辆的车轮，并引导其前进，因而机车车辆的走行部分的基本几何形位与轨道的几何形位之间应密切配合。轨道几何形位正确与否，对机车车辆的安全运行、乘客的旅行舒适度、
15、设备的使用寿命和养护费用起着决定性的作用。1 影响安全性的因素 轨距、水平、轨向、外轨超高。这些几何形位超限是产生机车车辆掉道、爬轨以及倾覆的直接原因。2 影响旅行舒适度的因素 轨距、轨向、外轨超高顺坡及其变化率、缓和曲线线形、前后高低。这些几何形位因素直接影响机车车辆的横向及竖向的加速度，产生响应的惯性力，在高速铁路和快速铁路中，随着运行速度的提高，该影响特别显著。3 影响设备使用寿命和养护维修的因素 轨距、轨向、水平、前后高低和外轨超高。这些因素对钢轨的磨耗和轨道各部件的受力有较大影响，直接影响养护维修的工作量和费用。 曲线地段里股长度短于外股的长度，若铺设长度相同的钢轨，则里股钢轨接头比
16、外股钢轨接头超前。而我国铁路线路为减少轮对对接头的冲击次数，改善行车和维修条件，采用了相对式。 为使接头相对，曲线外股应使用标准轨，里股钢轨利用长制缩短轨调整接头位置，使里外股接头保持对接或接头的错开量不超过一定的限值。六、缩短轨1 采用缩短轨的原因 式中式中 L L0 0标准缩短轨长度，按计算结果选用缩短量标准缩短轨长度，按计算结果选用缩短量 较小的缩短轨；较小的缩短轨； L L标准钢轨长度，标准钢轨长度，25m25m或或12.5m12.5m； S S1 1两股钢轨中心距离，一般用两股钢轨中心距离，一般用1.5m1.5m； R R曲线半径（曲线半径（m m）。）。 注：允许在曲线尾按实际情况
17、插入个别相应的缩短轨。注：允许在曲线尾按实际情况插入个别相应的缩短轨。 10(1)SLLR2 2 缩短轨长度确定缩短轨长度确定 式中式中 e e两股钢轨的错开量（两股钢轨的错开量（mmmm）；）； 缩短轨的缩短量（缩短轨的缩短量（mmmm）。）。 40 mm2e（）3 3 曲线上容许最大错开量曲线上容许最大错开量 其最大错开量为其最大错开量为40mm40mm加上所采用缩短轨其缩短量加上所采用缩短轨其缩短量的一半，即的一半，即10(1)SLLR 4 4 缩短轨布置步骤缩短轨布置步骤1）选拟缩短轨长度1500()2 (mm)yHzyHlllllR 2）计算总缩短量yH () +2 M=0.008z
18、lNllML取整，四舍五入（为曲线外股标准钢轨根数）3）计算缩短轨数量2111500 (mm)2HllRl 4）累计缩短量 第一缓和曲线（ZHHY）：坐标原点在ZH点，则任一接头处内轨累计缩短量为 l2 2钢轨接头距钢轨接头距HYHY点距离（点距离（m m）2215001500+ (mm)2HlllRR 圆曲线（HYYH）：坐标原点在ZH点，累计缩短量 l3第二缓和曲线上任一钢轨接头至第二缓和曲线上任一钢轨接头至HZ点的曲线点的曲线长长(mm)。 2331500 (mm)2zHlllRl 第二缓和曲线(YHHZ)：坐标原点在缓和曲线终点（HZ），缩短量为 计算出累计缩短量计算出累计缩短量l1
19、1、l2 2、l3 3后，与实际的累后，与实际的累计缩短量相比，两者之差即为接头错开量计缩短量相比，两者之差即为接头错开量e e，当，当e e大于大于/2/2时，则在该处铺设一根厂制缩短轨。时，则在该处铺设一根厂制缩短轨。 5）布置 某线路第11#曲线，圆曲线半径为1000m，缓和曲线l0=120m，圆曲线长ly256.3m，铺设的标准轨长度L=25m。曲线起点至第一根钢轨进入曲线的长度为7.3m，里程为K253+49.52，试进行该曲线的配轨计算并进行布置。5 5 实例实例1001.5(1)25(1)24.9625 (m) 1000 24.96 mSLLRL故取。解： 缩短轨长 最大允许错开
20、量40404060 mm22e（） 01500()1500 (256.3 120)564.45 (mm)1000zylllR 总缩短量564.4514.11 , 1440lzNN取根256.32 12019.8514 25.008M 根（可以） 缩短轨根数 外轨标准轨的根数（考虑预留轨缝8mm）2111500 (mm)2HllRl 2215001500+ (mm)2HlllRR2331500 (mm)2zHlllRl 计算l1、l2、l3 “”为标准轨，“”为缩短轨。 计算出累计缩短量（理论缩短量）后，与实际的累计缩短量相比，两者之差即为接头错开量e，当e大于/2时则在该处设一根标准缩短轨。
21、缩短量的计算是以外股增加一根标准缩短轨后，接头处所对应的内股应有的缩短量为结果。计算时应考虑预留轨缝8mm。 进行缩短轨布置 曲线里股铺设一定数量的缩短轨后，仍不可避免地存在里股钢轨接头超前或错后的现象。按不同的缩短量，超前或错后量可达80mm，甚至更多。单根钢轨误差可以对此进行调整。 注：不能用增减轨缝的办法调整接头的相错量，以免造成轨缝技术状态不良。因此，每到一批钢轨后，都应仔细测量其实际长度及其测量时的轨温，并进行标记，以便使用。 6 6 单根钢轨误差的作用单根钢轨误差的作用配轨里程K253+49.52缩短轨长度L24.96m圆 曲 线 半径R1000m曲线总缩短量Lz564.45mm圆
22、 曲 线 长度ly256.3m使用缩短轨根数N14缓 和 曲 线长度lH120进入曲线后第一个接头后的长度7.3m轨排编号接头号数由ZH或HY点到接头的长度（m）计算缩短量钢轨类型实际缩短量接头错开量附注K25-31过ZH 7.3m000进入缓曲7.3m4232.30870+7 5357.3162140-19 6482.3244240+2 75107.3327280-8 86过HY12.34m109120-11进入圆曲12.34m9737.348146160-14 10862.356184200-16 11987.364221240-19 1210112.372259240+19 1311137.38296280+16 1412162.388334320+14 1513187.396371360+11 1614212.404409400+9 1715237.412446440+6 1816至HZ113.88483480+3进入缓曲6.12m191788.872515520-5 201863.864539520+19 211938.856555560-5 222013.848563560+3 缩短轨布置示意图缩短轨布置示意图七、曲线整正方法很多，主要采用偏角法偏角法和绳正法绳正法。具体内容自学。
