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1、兰州交通大学毕业设计（论文）1 第一章绪 论一、课题来源兰新线为了适应2006 年铁路第六次提速的要求，实现列车最高行车速度可达到200km/h 的提速目标值，为此兰州铁路局第一步于2000 在提速区段对原有线路和设备进行了改进和加强，其中重点工作是将原有普通道岔更换为提速道岔，实现了160km/h 第一步的既定目标。第二步是实现区段铺设跨区间无缝线路，具体要做的工作是提速道岔要实现无缝化，形成无缝道岔。当无缝道岔检算设计完成后，即可与区间无缝线路形成跨区间无缝线路。线路运行条件将大大改善，完成了再提速的准备，即200km/h 的第二步目标值将可实现。二、无缝线路概述（一）跨区间无缝线路概况（
2、二）我国铺设无缝线路的意义兰州交通大学毕业设计（论文）2 第二章无缝道岔的计算理论第一节无缝道岔概述21 世纪的中国铁路， 无缝线路将有更大的发展， 为了适应跨区间无缝线路的技术要求，现就无缝道岔的设计介绍如下：跨区间无缝线路的难点是无缝道岔。无缝道岔内所有的钢轨接头都被焊接或胶结，并在道岔两端与无缝线路长轨条焊在一起。这样，当轨温升降时，无缝道岔两端将承受温度力，通过道岔的有关部件传递，岔区无缝线路钢轨还将承受附加温度力的作用，同时道岔尖轨也将产生较大的伸缩位移，从而使岔区无缝线路显现复杂状况。道岔是薄弱环节，其受力与变形较为复杂。因此，不管在实际还是试验都证明焊接道岔是有利的，当跨区间无缝
3、线路穿越车站时，道场两端还与长轨条焊接在一起。这时道岔的受力状况将发生变化，道岔两端将承受巨大温度力，它将影响着道岔的受力与变形。因此，无缝道岔的定义应当是，不但道岔内钢轨接头被焊接或胶结，而且道岔两端要与无缝线路长轨条焊接在一起，形成直股或直、侧股无一轨缝的道岔。所以，具有无缝道岔是跨区间无缝线路的基本结构特点，也是跨区间无缝线路设计、施工与养护维修的重点之一。无缝道岔与长轨条一样要承受无缝线路的温度力的作用，受力如图2-1。无缝道岔中彻底消除了钢轨接头， 会带来一系列好处， 也是道岔及数额完善与进步。但是，由于道岔两端承受巨大的温度力，道岔也许要适当加强与改进：扣件需要换成扣压力大的放开式
4、扣件和弹条扣件；岔枕应为较大断面的混凝土枕；岔区内道床应饱满密实并且有与无缝线路相同的道床肩宽与堆高。为限制在温度力作用下道岔尖轨的过量伸缩，辙跟结构应为限位器结构以便传递温度力。兰州交通大学毕业设计（论文）3 跨区间无缝线路中的道岔，把道岔中所有的钢轨接头都焊接（或胶接）起来，道岔两端也与区间无缝线路的长轨条焊联（或胶接）在一起，使无缝道岔成为跨区间无缝线路的一部分。目前铺设的提速无缝道岔分为连续型里轨结构和非连续型里轨结构。具有连续型里轨结构的无缝道岔有：固定辙叉无缝道岔，长翼轨与心轨胶接的可动心轨无缝道岔。具有非连续型里轨结构的无缝道岔有：短翼轨可动心轨无缝道岔，长翼轨与心轨栓接的可动心
5、轨无缝道岔。无缝道岔在结构上有如下特点：第二节无缝道岔的计算参数无缝道岔计算理论是否符合实际情况，除了计算模型应正确、合理以外，选用计算参数是否符合实际且不带随意性就显得十分重要。一、辙跟阻力道岔尖轨与基本轨之间的重要联结部件是辙跟结构。目前我国道岔辙跟结构有两种：螺栓间隔铁结构和限位器结构，现就限位器结构作一介绍。限位器结构是比较适合无缝道岔的一种辙跟结构，因而在我国提速与高速道岔上得到广泛应用。在限位器子母块贴靠以前，辙跟不限制钢轨伸缩，辙跟的摩阻力mP =0。当子、母块贴靠后，将完全阻止道岔里股钢轨（尖轨）伸缩，里轨被锁定。不难理解，辙跟阻力具有双重作用， 既可限制尖轨伸缩， 也可传递温
6、度力给道岔基兰州交通大学毕业设计（论文）4 本轨。二、无缝道岔道床纵横向阻力为得到符合实际的道岔道床纵横向阻力参数，在众多试验数据的基础上，确定出无缝道岔道床纵横向阻力。（一）无缝道岔纵向阻力众所周知，道岔中岔枕的长度是各不相同的。为计算与使用方便， 在无缝道岔的计算中采用单位岔枕长的道床阻力作为计算参数。在这取0r =29.8N/cm.。（二）无缝道岔横向阻力考虑到无缝道岔辙跟（限位器）前面区段为其稳定性薄弱地段， 因此重点考虑了 2.6m长岔枕的道床横向阻力。因此，我们用2.6m 长岔枕的道床横向阻力来检算无缝道岔的稳定性是合适的，也是偏于安全的。三、钢轨扣件推移阻力与阻矩由于无缝道岔计算
7、理论中要涉及钢轨扣件推移阻力和阻矩这两个计算参数，通过试验测得、型弹性扣件的阻矩1020MN.m 第三节无缝道岔的计算理论一、基本原理二、无缝道岔里轨伸缩位移的计算理论（一）计算参数阻止里股钢轨伸缩的影响因素较多，但主要有三个；道床阻力、岔枕刚度和扣件阻矩。当然辙跟结构也是一个因素，不过它只在辙跟处起作用，相当于无缝线路的接头阻兰州交通大学毕业设计（论文）5 力外除辙跟外，阻止道岔里股的伸缩的阻力并非常量，且由多种阻力因素组成。为便于计算，把上述三种阻力换算成当量阻力。其单位当量阻力。其单位当量纵向阻力p 为0abpppp（2-1）式中0p 道岔各轨线单位道床纵向阻力。四轨线岔枕：里侧轨线0
8、0()2rplba（2-2）外侧轨线（基本轨）0 0()2rpLlba（2-3）二线轨岔枕：0 02r Lpa（2-4）ap 岔枕刚度单位换算阻力236 (34)t apE Jpfalbba（2-5）bp 钢轨扣件阻矩单位换算阻矩2t bpMpaab（2-6）0r 岔枕单位枕长道床纵向阻力；L岔枕长度；a岔枕间距；M扣件阻矩；E J岔枕横向水平刚度。E为岔枕弹性模量， 混凝土枕535 10E2/ cm；J为岔枕对竖直轴的惯性矩3 12d hJ，d为枕宽；h为枕高。l道岔两股最外侧钢轨中心间距，可分段计算得：ilsy（辙跟至导曲线终点）02lsxN（导曲线终点至叉点）02lsxN（叉点以后）其中
9、s道岔直、侧股线路钢轨中心间距，150smm ；iy 导曲线支距；N道岔号数；兰州交通大学毕业设计（论文）6 0x 计算岔枕距叉点距离。b道岔相邻里外侧钢轨间距，也可分段计算; iby (辙跟至导曲线终点）0bsxN（导曲线终点至叉点）bs（叉点以后）分别对0p 、ap 、bp 进行说明一下：1. 道岔轨线单位道床纵向阻力0p 。无缝道岔处于道床之中， 道床的纵向阻力显然也影响道岔钢轨的位移与传力。因此在计算中必须考虑道床阻力这一参数。道岔岔枕的道床阻力不像线路轨枕道床阻力那样简单。首先是岔枕长度不一，各枕道床阻力不同，因此就不能按每根岔枕道床阻力来考虑，应与岔枕长度挂钩，用单位枕长阻力来计算
10、。其次，岔枕上有四线轨或二线轨，且各岔枕上轨线的间距也不同，在把岔枕道床阻力分配到各轨线时要考虑这一因素。2. 岔枕换算阻力ap 。 除了辙跟之外，岔枕便是道床各股钢轨间最重要的联接部件了。岔枕所起的作用， 特别是四线轨岔枕的作用在无缝道岔计算中不可忽视。当无缝道岔直、侧股均与无缝线路长轨条焊连时， 道岔基本轨处于无缝线路固定区， 基本轨无伸缩位移。若钢轨扣件足够强，基本轨相当于岔枕的支点。而道岔里股钢轨（尖轨及其连接轨条）由于一端承受温度力，钢轨相对于无缝线路伸缩区钢轨，要产生伸缩位移，从而通过扣件带动岔枕发生弯曲变形。如（图2-1） 。引起岔枕弯曲变形的力tP与岔枕里股钢轨处的弯曲矢度f之
11、间的关系可由公式求得1tPK f（2-7）1236 (34)E JKlbb（2-8）同理，tP 作为道岔钢轨的位移阻力时，也可求得由于岔枕的弯曲刚度而形成的单位换算阻力ap ：t aPpa（2-9）显然，ap 中包含有道岔里股伸缩位移， 即岔枕弯曲矢度， 这将是计算无缝道岔里股伸缩位移趋于复杂。岔枕刚度既阻止里股钢轨自由伸缩，也传递部分温度力给基本轨。3. 扣件阻矩换算阻力bp 。无缝道岔的里股钢轨一端承受温度力作用时，该钢轨与基本轨产生相对位移，而扣件阻矩将参与阻止这种相对位移，形成扣件换算阻力。显然该换算阻力也是基本轨与里轨的联接阻力，它既参与阻止里轨自由伸缩，也传递部分温度兰州交通大学毕
12、业设计（论文）7 力给基本轨。其扣件阻矩M与相应作用力 tP 之间的关系为：2 tMPb（2-10）同样，若把 tP 当作钢轨位移阻力，其单位轨长换算阻力bp 为：2t bPMpaab（2-11）（二）里轨伸缩位移的计算图式根据道岔结构，无缝道岔里股钢轨的伸缩有种两类型，图式对应有两种温度力图。如图 2-2 和图 2-3 （三）采用简易方法计算里轨的伸缩位移, 如上两图所示：fEF（2-12）其中阴影部分面积；E钢轨的弹性模量；F钢轨截面积。三、无缝道岔基本轨附加温度力的计算理论当轨温升降时，道岔里股钢轨承受的温度力将通过道岔的有关部件部分的传递给基本轨，成为基本轨的附加温度力。因此，计算基本
13、轨的附加温度力首先需要掌握温度力有里轨传到基本轨的途径与规律。（一）附加温度力传递的途径1. 辙跟结构限位器结构。当轨温升降幅度较小，道岔里股伸缩位移不大时，限位器中的子、母块分离，辙跟不传递温度力，此处的基本轨未通过辙跟结构承受任何附加温度力，当轨兰州交通大学毕业设计（论文）8 温升降幅度较大时，限位器的子母块接触，这是辙跟结构将会把接触后里轨增长的温度力全部传给基本轨，成为 mP 力： mPEFa t式中t子母块接触后轨温变化幅度。2. 岔枕。岔枕是道岔里轨与基本轨之间又一主要联结部件。只有四线轨岔枕才能把部分温度力由里股传递到基本轨，其传递的主要途径是通过岔枕的弯曲刚度来实现。使岔枕发生
14、弯曲变形的里股部分温度力tP 将传递到基本轨上，tP的传递数值将取决于道岔结构与焊接方式：这里就介绍一下固定辙叉无缝道岔（半焊）：1tPK f（2-13）1236 (34)E JKlbb（2-14）式中f岔枕弯曲变形矢度。tP 将分别传递给直侧股基本轨，即基本轨的附加温度力为tP。公式中的符号同前。附加温度力的方向是随岔枕的位移方向而变化的。3. 钢轨扣件。当道岔里股与基本轨之间产生相对位移时，道岔钢轨扣件将通过其阻矩把里股钢轨的部分温度力传递给基本轨。（二）基本轨附加温度力数值计算与分布规律如上所述，里股是通过辙跟、岔枕、扣件逐点把温度力传递给基本轨的。基本轨在承受这些附加温度力的同时要产生
15、位移或有位移趋势，这时道床阻力也发挥作用，通过岔枕把阻力作用在基本轨上，影响基本轨附加温度力的数值。可分不同情况计算基本轨附加温度力。1. 基本轨附加温度力的计算。传递到基本轨的附加温度力是逐点作用的，作用点不同，其附加温度力也不同。（1）辙跟点：在辙跟（或限位器）相对的基本轨上，只作用有辙跟摩阻力mP 或剩余温度力 mP （限位器结构）。因此其附加温度力为限位器结构00P（2）岔枕点：在基本轨的岔枕点上，计算道岔里轨位移时，除了岔枕弯曲刚度和扣件阻矩传递的温度力外，道床阻力也发挥作用，因而岔枕点上基本轨的附加温度力为四线轨岔枕 ittPPPQ（2-15）二线轨岔枕 itPPQ（2-16）式中
16、Q基本轨上岔枕道床阻力兰州交通大学毕业设计（论文）9 四线轨岔枕0 2rQLlb二线轨岔枕0 2r LQ2. 基本轨附加温度力的分布规律。有道岔里轨传到基本轨上的附加温度力都是以集中力的形式作用在基本轨的辙跟与岔枕点上的，同时基本轨又受到道床纵向阻力的影响，其附加温度力的分布应遵循一定的规律。（1）当基本轨承受附加温度力时，其道床阻力将起阻止附加温度力引起的基本轨位移的变化作用。只有一个集中纵向力作为附加温度力作用在基本轨上时，根据力学知识，其基本轨附加力图将如图2-4 所示，形成拉、压区面积相等的形状。图 2-4 基本轨单位道床阻力：四线轨岔枕地段基本轨：0 02rLlbQpaa二线轨岔枕（轨枕）地段基本轨：0 02r Lpa（2）当道岔基本轨上有一段钢轨没有道床阻力时，集中纵向力作用在基本轨上，其力的分布图式如图2-5 所示。图 2-5 图中d为无道床纵向阻力作用的轨长。这里需要算出集中力纵向力P在作用点的分配比例。由于
