第三章 轨道的几何形位轨道几何形位指的是轨道各部分的几何形状、相对位置和基本尺寸 轨道几何形位的正确与否， 对机车车辆的安全运行， 乘客的旅行舒适以及设备的使用寿 命和养护费用起着决定性的作用轨道几何形位的基本要素有：轨距、水平、高低、方向及轨底坡等轨道直接承受机车车辆的轴重并引导其运行，为确保列车的安全运行， 轨道的两股钢轨之间应保持一定的距离两股钢轨的顶面应位于同一水平或保持一定的相对高 差轨道的轨向必须正确， 直线部分应保持顺直， 曲线部分应保持与半径相适应 的圆顺度 为使钢轨顶面在锥形踏面的车轮荷载作用下受力均匀， 轨道的两股钢 轨均应向内侧倾斜，使之有适当的轨底坡所以，轮与轨是一组相互作用、相互配合的不同结构体系， 轨道结构的许多标准和几何尺寸，关尺寸和性能确定的都是根据机车车辆的有第一节 轮轨间的作用关系 一、轮轨作用力 机车车辆在轨道上运行时， 车体的重量及运行中产生的各种力， 都是通过轮 对传递给钢轨， 因此，通常把机车车辆与轨道的相互作用， 称为轮轨间的作用关 系不论是机车还是车辆， 都设有减震的弹簧装置， 并将机车车辆分成簧上部分 和簧下部分簧下部分包括轮对和部分弹簧。
当列车在轨道上运行时， 簧上和簧下两部分对轨道或其相互之间都会产生复 杂的振动，如上下跳动、点头振动、摇晃以及蛇行运动等，这些振动对轨道起到 破坏作用，影响列车的平稳运行，在最不利的情况下，甚至会发生脱轨事故引起机车车辆振动的原因是多方面的车轮不圆顺、 蒸汽机车上各种构件的往复运动都能引起振动，但是，产生振动的主要原因是各种形式的轨道不平顺，例如，方向不良，存在坑洼、空吊板、前后高低等此外，列车通过钢轨接头和 道岔时也会产生振动轨道愈平顺，振动愈小，行车愈平稳，作用于轨道的破坏力也就愈小，反之 则作用于轨道的破坏力愈大 由此可见， 车轮作用于钢轨上的力， 对评定轨道的 受力条件和车轮的脱轨条件是非常重要的根据列车在轨道上运行的特点， 车轮作用于钢轨上的力分为垂直力、 横向水平力和纵向水平力等1.垂直力车轮与钢轨的接触点在动力作用下产生垂直力，它的大小由车轮的静压力、车体簧上部分的动载以及簧下部分与轨道的相互作用力来决定 车轮与钢轨接触所产生的力会达到或超过200kN～250kN，钢轨或车轮的微小不平顺所产生的附加力可达 30kN～50kN因此，在维修作业中消灭线路坑洼、保持轨道平顺是很 有必要的。
2.横向水平力 横向水平力是由于列车的蛇行运动以及通过曲线时的离心力产生的 所谓蛇 行运动，是指整节车辆或其个别轮对， 沿轨道前进时做周期性的横向运动， 如图3-1 所示当线路方向不良时，会加剧这种运动，从而增大横向水平力，对轨道 起破坏作用，影响列车的平稳运行所以，在维修作业中，拨正线路方向是很重 要的图 3-1 列车的蛇行运动 3.纵向水平力 因列车的起动、 制动或线路存在高低及三角坑， 以及轨温变化而在钢轨内部 产生的温度力及轨道纵向爬行力等，称为纵向水平力 二、脱轨种类 在轮轨的相互作用中， 由于车辆状态或线路状态的不良、 车辆偏载、 列车编 组或机车操纵不当等原因， 均有可能引起脱轨事故 从车轮脱离钢轨的形态来看，大致可分为车轮爬轨脱轨、 车轮滑上钢轨脱轨、 车轮跳轨脱轨、 车轮悬浮脱轨和 横向力过大因轨道破坏而脱轨1.车轮爬轨脱轨 当车轮与钢轨形成正冲角， 并以横向力挤压钢轨， 使车轮轮缘沿钢轨工作边滚上钢轨顶面而脱轨时，称之为车轮爬轨脱轨，如图 2.车轮滑上钢轨脱轨3-2（a）所示当车轮与钢轨形成负冲角，并以横向力挤压钢轨，使车轮轮缘边旋转边滑上钢轨顶面而脱轨时，称之为车轮滑上钢轨脱轨，如图3-2（b）所示。
图 3-2 爬轨脱轨与滑上脱轨爬轨脱轨与滑上脱轨都属于作用时间大于0.05s，并且在脱轨过程中，轮缘会在轨顶留下清晰的轧痕 根据我国行车安全部门统计， 轮轨关系脱轨事故的脱 轨形态，大多数是爬轨脱轨3.车轮跳轨脱轨 跳轨脱轨是在横向力和横向加速度都很大，车轮轮缘猛烈冲击钢轨工作边，其脱轨系数远超过正常安全限度，而作用时间又小于0.05s时发生的车轮轮缘撞击钢轨工作边后跳起， 在横向力作用下继续横移而脱轨 爬轨脱轨能在低速和 高速下发生，而跳轨脱轨一般只在高速下发生，轨头上也无爬轨痕迹 4.车轮悬浮脱轨 车轮悬浮脱轨使作用于钢轨的轮重减少到零的情况上，车轴的一侧车轮悬 起，6 轮踏面离开轨面，此时如受到横向力，车轮就会横移到轨头上或轨头外侧 而脱轨车轮悬浮脱轨，在我国，车体刚度大的篷车多有发生，脱轨点多在超高 递减率大的缓和曲线上 5.轨道破坏脱轨 轨道破坏脱轨往往发生在列车产生巨大横向力使钢轨倾翻或轨排横移的区 段，如大坡道、 小半径曲线的段、 轨道状态严重不良及多机牵引制动的段易发生 此类故障三、脱轨系数脱轨系数是衡量车轮在横向力作用下，是否会爬上轨头而脱轨的指标 计算公式是根据测取的横向力Q 与车轮作用于钢轨上的垂直力P 之比，即 Q/P≤1.2，超过 1.2 即认为是危险的。
第二节 轨道几何形位的基本要素 本章主要论述直线轨道的几何形位， 曲线轨道的几何形位有部分要素的标准 与直线轨道不一致，其差别将在第四章曲线轨道的构造特点中论述 一、轨距 两钢轨作用边之间的最小距离， 叫做轨距钢轨作用边是指钢轨头部与车轮 轮缘相接触的侧面 因为钢轨铺设时， 相对于轨枕有一向内倾斜的轨底坡， 所以规定测量轨距时，应在钢轨头部顶面以下16mm 处量取，如图 3-3 所示轨距分为直线轨距合曲线轨距， 《铁路技术管理规程》规定我国铁路标准干线采用的直线轨距为1435mm轨距的允许误差规定为：增宽不得超过6mm，减窄不得超过 2mm，所以，直线轨距的最大值为1441mm，最小值为 1433mm图 3-3 测量轨距示意图轨道的直线轨距应控制在允许的范围内，如果轨距过大， 将会增加列车在直线上运行时的蛇行运动， 加大轮缘对钢轨的横向冲击 轨距过小， 又会增加行车 阻力和轮轨间的磨损轨距的变化应缓和平顺，规定在每1m 直线轨道上，正线及到发线的轨距变化不得超过 2mm，站线及专用线不得超过 3mm因为在短距离内，轨距如有显著变化，即使不超过允许误差，也会增加列车运行中的横向摇摆因此，限制轨 距变化率，对于保证行车平稳，保持轨道方向来说，是非常重要的，特别是在高速行车的段尤为重要。
轨距可用道尺或其他工具测量 用道尺测量轨距时， 道尺必须与钢轨成垂直的位置为了避免因道尺位置不正确而发生错误，测量时应把道尺的固定端紧靠钢轨的内侧一点上，另一端做少量前后移动，再记取最小读数 二、水平线路左右两股钢轨顶面的相对高度差，称为“水平 ”在直线的段，两股钢轨的顶面应保持在同一水平上， 以保证它们均匀承担负荷、 均匀磨损， 并使列车运 行平稳曲线的段的外股钢轨应按规定标准超高左右钢轨顶面如出现水平误差，将增大列车摇摆和不平稳性为此， 《铁路技术管理规程》 规定，两股钢轨顶面水平的允许误差为：正线与到发线不得大于4mm，其他线不得大于 6mm并规定水平误差的变化率为：沿钢轨纵向 1m 距离内，水平误差变化不应超过 1mm，即水平变化率不大于 1‰实践中有两种性质不同的钢轨水平误差（病害），对行车的危害程度也不同一种是在一段相对长的距离内， 一股钢轨的轨顶水平始终较另一股为高， 这种水平误差或病害称为水平差 另一种是在一段不太长的距离内， 先是左股钢轨较右股高，后是右股较右股高， 而且两个最大水平误差点之间的距离小于 18m，这种水平误差或病害称为三角坑，见图 3-4三、前后高低单股钢轨顶面纵向高低不平的现象，在养路工作中习惯称为 “前后高低 ”，简称“高低 ”。
线路高低表现为线路伸展范围较长（几米至几十米）的坑洼新铺或经过大修后的线路， 其轨面是平顺的，但是经过一段时间列车运行后，由于路基下沉、道床捣固不实、扣件松动、轨枕失效和钢轨磨耗的原因，钢轨将 产生不均匀下沉，造成轨面的高低不平在有些的方（如钢轨接头附近）下沉较 多，出现坑洼有些的方，从表面上看轨面是平顺的，但实际上轨底与铁垫板或 轨枕之间存在间隙 （间隙超过 2mm 时称为吊板），或轨枕底面与道床顶面道碴之 间存在间隙 （间隙超过 2mm 时称为空板或暗坑），当列车通过时， 这些的段的轨 道下沉较大，将产生不平顺，引起列车的剧烈振动钢轨前后高低不平而存在的不平顺，危害甚大 列车通过这些处所时， 冲击动力增加， 促使道床变形加速， 从而又进一步扩大不平顺， 使列车对轨道的破坏力增大，形成一个恶性循环的过程，对行车极为不利据有关部门试验，连续三 块空吊板可以使钢轨内受到的力增加一倍以上一般来说，长度在 4m 以下的不平顺，都会使机车车辆对轨道产生较大的破坏力，从而加速道床变形，所以，一 旦发现钢轨高低超限应立即处理 一般说来， 钢轨高低对轨道的破坏作用，成反比，即长度愈短，破坏力愈大同它的深度成正比， 而同它的长度 经过维修或大修的轨道，要求目视平顺，前后高低差用 10m 弦量不超过 4mm。
为保持轨道的纵向平顺性， 《铁路线路维修规则》规定线路高低允许误差 如表 3-1 所示表 3-1 线路高低允许误差项目正线及到发线站线及专用线高低用 10m弦量，弦至轨面上的距离不超过用 10m弦量，弦至轨面上的距离不超过4mm 6mm 捣固空吊板不超过8% 空吊板不超过12% 长度在 100mm～300mm 范围内的不平顺，主要起因于钢轨波浪形磨耗，焊 接接头低塌或轨面擦伤等， 车轮经过这些处所会产生冲击， 行车速度越高， 冲击越大例如，当列车以 90km/h 的速度通过一处深为3mm、长 350mm 的低洼时，一个机车动轮产生的冲击力可达 30t 左右，接近于静载重的三倍但是，对这种 不平顺往往容易忽视，轨道检查车也往往不能完全反映出来四、方向 轨道上钢轨工作边沿纵向的平顺程度，叫做轨道的 “方向 ” 轨道的方向也叫轨向， 反映在直线轨道部分为直线是否平直， 曲线轨道部分 曲线是否圆顺 严格来说， 直线轨道并非是一条理想的平直直线， 而是由许多波 长为 10m～20m 的波浪形曲线所组成，因其曲度很小，故通常不易用肉眼看出 为了确保行车的平稳和安全， 《铁路线路维修规则》规定，直线的段的轨道 方向必须目视平顺，用 10m 长的弦线沿钢轨内侧面测量时，其误差正线及到发 线不得超过 4mm，站线及专用线不得超过 6mm。
线路方向对行车平稳有特别重要的意义，因为，如果线路的直线不直， 曲线不圆顺，则必然会引起列车的左右摇摆和蛇行运动， 加剧轮轨间的撞击力， 从而引起其他线路病害 在行驶高速列车的轨道上， 线路方向对行车的平稳性尤为重要相对轨距来说， 轨道方向往往是控制性的， 只要方向偏差保持在允许范围以内，那么轨距变化对车辆振动的影响就不会很大。