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1、第八章第八章无缝线路无缝线路 本章重点本章重点 1无缝线路概述无缝线路概述 2无缝线路纵向受力分析无缝线路纵向受力分析 1基本概念基本概念 无缝线路也叫长钢轨无缝线路也叫长钢轨线路。就是把若干根标线路。就是把若干根标准长度的钢轨经焊接成准长度的钢轨经焊接成为为10002000m而铺设而铺设的铁路线路。的铁路线路。 通常是在焊轨厂将无通常是在焊轨厂将无孔标准轨焊接成孔标准轨焊接成200500m的轨条，再运到现的轨条，再运到现场就地焊接后铺设。场就地焊接后铺设。第一节第一节 概述概述 2无缝线路发展历程无缝线路发展历程 随着无缝线路一系列理论和技术问题的解决，无缝随着无缝线路一系列理论和技术问题的
2、解决，无缝线路于五十年代得以迅速发展。德国是无缝线路发展线路于五十年代得以迅速发展。德国是无缝线路发展最早的国家，最早的国家，1926年就开始试铺，到年就开始试铺，到50年代，已将无年代，已将无缝线路作为国家的标准线路。到缝线路作为国家的标准线路。到60年代已开始试验把年代已开始试验把无缝线路和道岔焊连在一起，至今大部分道岔已焊成无缝线路和道岔焊连在一起，至今大部分道岔已焊成无缝道岔。美国虽然从无缝道岔。美国虽然从30年代开始铺设无缝线路，但年代开始铺设无缝线路，但进展较缓慢，直到进展较缓慢，直到70年代才得以迅速发展，以年平均年代才得以迅速发展，以年平均铺设铺设7590km的速度增长，最多时
3、年铺设达到的速度增长，最多时年铺设达到1万万km。到到1979年底无缝线路已超过年底无缝线路已超过12万万km，是目前全世界铺，是目前全世界铺设无缝线路最多的国家。设无缝线路最多的国家。 日本于日本于50年开始铺设无缝线路，现已铺设年开始铺设无缝线路，现已铺设5000余公里。近年来日本在新干线上采用了一次性铺余公里。近年来日本在新干线上采用了一次性铺设无缝线路技术。设无缝线路技术。 前苏联由于大部分地区温度变化幅度较大，对前苏联由于大部分地区温度变化幅度较大，对无缝线路的发展有所影响，直到无缝线路的发展有所影响，直到1956年才正式开年才正式开始铺设。近十年发展较快，无缝线路已达始铺设。近十年
4、发展较快，无缝线路已达5000余余公里。公里。 我国无缝线路从我国无缝线路从1957年开始试铺，开始时采用年开始试铺，开始时采用电弧焊法，分别在北京、上海各试铺了电弧焊法，分别在北京、上海各试铺了1km，以，以后逐步扩大。后来在工厂采用气压焊或接触焊将后逐步扩大。后来在工厂采用气压焊或接触焊将钢轨焊成钢轨焊成250500m的长轨条，然后运至铺设地点的长轨条，然后运至铺设地点在现场用铝热在现场用铝热焊或小型气焊或小型气压焊将其焊连成设计长压焊将其焊连成设计长度。一般情况下，一段无缝线路长度为度。一般情况下，一段无缝线路长度为10002000m。每段之间铺设。每段之间铺设24根调节轨，接头采用根调
5、节轨，接头采用高强度螺栓连接。高强度螺栓连接。 目前主要干线均已铺设无缝线路。目前主要干线均已铺设无缝线路。90年代开始年代开始又开始了对跨区间无缝线路的研究和试铺工作，又开始了对跨区间无缝线路的研究和试铺工作，至今无缝线路已铺设约。至今无缝线路已铺设约。 3无缝线路的基本特点及分类无缝线路的基本特点及分类 (1)(1)特点特点 与普通线路相比，无缝线路在其长钢轨段内消灭了与普通线路相比，无缝线路在其长钢轨段内消灭了轨缝，从而消除了车轮对钢轨接头的冲击，使得列车轨缝，从而消除了车轮对钢轨接头的冲击，使得列车运行平稳，旅客舒适，延长了线路设备和机车车辆的运行平稳，旅客舒适，延长了线路设备和机车车
6、辆的使用寿命，减少了线路养护维修工作量，并能适应高使用寿命，减少了线路养护维修工作量，并能适应高速行车的要求，是轨道现代化的发展方向。速行车的要求，是轨道现代化的发展方向。 (2(2）分类）分类 1) 无缝线路根据处理钢轨内部温度应力方式的不同，无缝线路根据处理钢轨内部温度应力方式的不同，可分为可分为温度应力式和放散温度应力式温度应力式和放散温度应力式两种类型。两种类型。 温度应力式无缝线路是由一根焊接长钢轨及其两温度应力式无缝线路是由一根焊接长钢轨及其两端端24根标准轨组成，并采用普通接头的形式。根标准轨组成，并采用普通接头的形式。 放散温度应力式无缝线路，又分为自动放散式和放散温度应力式无
7、缝线路，又分为自动放散式和定期放散式两种，适用于年轨温差较大的地区。定期放散式两种，适用于年轨温差较大的地区。采用伸缩接头采用伸缩接头的放散温度应的放散温度应力式无缝线路力式无缝线路 2)无缝线路根据钢轨铺设长度划分为：无缝线路根据钢轨铺设长度划分为：普通无缝线路普通无缝线路全区间无缝线路全区间无缝线路跨区间无缝线路跨区间无缝线路第二节第二节 无缝线路纵向受力分析无缝线路纵向受力分析线路阻力线路阻力纵向阻力纵向阻力横向阻力横向阻力竖向阻力竖向阻力接头阻力接头阻力扣件阻力扣件阻力道床纵向阻力道床纵向阻力道床横向阻力道床横向阻力轨道框架水平刚度轨道框架水平刚度道床竖向阻力道床竖向阻力轨道框架垂直刚
8、度轨道框架垂直刚度 一、无缝线路纵向阻力一、无缝线路纵向阻力 无缝线路纵向阻力包括接头阻力、扣件阻力及无缝线路纵向阻力包括接头阻力、扣件阻力及道床纵向阻力。道床纵向阻力。 1接头阻力接头阻力 钢轨两端接头处由钢轨夹板通过螺栓拧紧，产钢轨两端接头处由钢轨夹板通过螺栓拧紧，产生阻止钢轨纵向位移的阻力，称接头阻力。接头生阻止钢轨纵向位移的阻力，称接头阻力。接头阻力由钢轨夹板间的摩阻力和螺栓的抗剪力提供。阻力由钢轨夹板间的摩阻力和螺栓的抗剪力提供。为了安全，我国接头阻力仅考虑钢轨与夹板间的为了安全，我国接头阻力仅考虑钢轨与夹板间的摩阻力。摩阻力。夹板受力图夹板受力图接头阻力接头阻力： PH=nS 摩阻
9、力的大小主要取决于螺栓摩阻力的大小主要取决于螺栓拧紧后的张拉力和钢轨与夹板之拧紧后的张拉力和钢轨与夹板之间的摩擦系数间的摩擦系数f。接头螺栓拧紧接头螺栓拧紧后产生的拉力在夹板的上、下接后产生的拉力在夹板的上、下接触面上将产生分力。图中触面上将产生分力。图中T为水为水平分力；平分力；N为法向分力，它垂直为法向分力，它垂直于夹板的接触面；于夹板的接触面；R为为N与与T的合的合力，它与的夹角等于摩擦角力，它与的夹角等于摩擦角，其中其中T = P/2，则有：，则有：式中式中 P一枚螺栓拧紧后的拉力一枚螺栓拧紧后的拉力(kN)； 夹板接触面的倾角，夹板接触面的倾角，tani； i为为轨底顶轨底顶面接触面
10、斜率，面接触面斜率，50、75kg/m钢轨：钢轨： i 1/4；43、60kg/m钢轨：钢轨： i 1/3。 当钢轨发生位移时，夹板与钢轨接触面之间将产生当钢轨发生位移时，夹板与钢轨接触面之间将产生摩阻力摩阻力F， F将阻止钢轨的位移。将阻止钢轨的位移。 一枚螺栓对应有四个接触面，其上所产生的摩阻力一枚螺栓对应有四个接触面，其上所产生的摩阻力之和之和S为：为： 因为接头一端有三枚螺栓，因此接头阻力因为接头一端有三枚螺栓，因此接头阻力PH为：为： 钢的摩擦系数一般为，而钢的摩擦系数一般为，而f =tan，则有，则有；又有；又有arctani。 相应值代入得到：相应值代入得到：70、50kg/m钢
11、轨：钢轨：SP；60、43kg/m钢轨：钢轨：SP。 由以上分析表明：一枚螺栓的拉力接近它所产生的接由以上分析表明：一枚螺栓的拉力接近它所产生的接头阻力。接头阻力的表达式，可写成：头阻力。接头阻力的表达式，可写成： PH=nP 接头阻力与螺栓材质、直径、拧紧程度和夹板孔数有接头阻力与螺栓材质、直径、拧紧程度和夹板孔数有关。在其他条件均相同的情况下，螺栓的拧紧程度就是关。在其他条件均相同的情况下，螺栓的拧紧程度就是保持接头阻力的关键。扭力矩保持接头阻力的关键。扭力矩T与螺栓拉力与螺栓拉力P的关系可用的关系可用经验公式表示：经验公式表示：T = K D P式中式中T 拧紧螺帽时的扭力矩拧紧螺帽时的
12、扭力矩(Nm)； K扭矩系数，扭矩系数，K； P螺栓拉力螺栓拉力(kN)； D螺栓直径螺栓直径(mm) 。 列车通过钢轨接头时产生的振动，会使扭力矩下降，列车通过钢轨接头时产生的振动，会使扭力矩下降，接头阻力值降低。据国内外资料，可降低到静力测定值接头阻力值降低。据国内外资料，可降低到静力测定值的的4050。所以，定期检查扭力矩，重新拧紧螺帽。所以，定期检查扭力矩，重新拧紧螺帽，保证接头阻力值在长期运营过程中保持不变，是一项，保证接头阻力值在长期运营过程中保持不变，是一项十分重要的措施。修理规则规定无缝线路钢轨接头必须十分重要的措施。修理规则规定无缝线路钢轨接头必须采用级螺栓，扭矩应保持在采用
13、级螺栓，扭矩应保持在700900Nm。表。表81所所示为计算时采用的接头阻力值。示为计算时采用的接头阻力值。 2扣件阻力扣件阻力 中间扣件和防爬设备抵抗钢轨沿轨枕面纵向位移的中间扣件和防爬设备抵抗钢轨沿轨枕面纵向位移的阻力，称扣件阻力。为了防止钢轨爬行，要求扣件阻阻力，称扣件阻力。为了防止钢轨爬行，要求扣件阻力必须大于道床纵向阻力。力必须大于道床纵向阻力。 扣件阻力是由钢轨与轨枕垫板面之间的摩阻力和扣扣件阻力是由钢轨与轨枕垫板面之间的摩阻力和扣压件与轨底扣着面之间的压件与轨底扣着面之间的摩阻力所组成。摩阻力的摩阻力所组成。摩阻力的大小、取决于扣件扣压力大小、取决于扣件扣压力和摩擦系数的大小。和
14、摩擦系数的大小。一组一组扣件的阻力扣件的阻力F为：为：F=2(1+2)P 。扣板受力图扣板受力图 据铁道科学研究院试验，如果混凝土轨枕下采用橡据铁道科学研究院试验，如果混凝土轨枕下采用橡胶垫板，不论是扣板式扣件还是弹条式扣件，其摩擦胶垫板，不论是扣板式扣件还是弹条式扣件，其摩擦系数为：系数为：1+2。 扣压力扣压力P的大小与螺栓所的大小与螺栓所受拉力的大小有关。以扣板受拉力的大小有关。以扣板式扣件为例：式扣件为例： 式中式中P拉拉扣板螺栓拉力，扣板螺栓拉力，与螺帽扭矩有关；与螺帽扭矩有关； a、b扣板着力点至扣板着力点至螺栓中心的距离。螺栓中心的距离。 扣件摩阻力扣件摩阻力F的表达式为：的表达
15、式为： 实测资料指出，在一定的扭矩下，扣件阻力随钢轨实测资料指出，在一定的扭矩下，扣件阻力随钢轨位移的增加而增大。当钢轨位移达到某一定值之后，位移的增加而增大。当钢轨位移达到某一定值之后，钢轨产生滑移，阻力不再增加。钢轨产生滑移，阻力不再增加。 垫板压缩和扣件局部磨损，将导致扣件阻力下降，垫板压缩和扣件局部磨损，将导致扣件阻力下降，通常垫板的压缩与扣件的磨损按通常垫板的压缩与扣件的磨损按1mm估计。估计。 此外，列车通过时的振动，会使螺帽松动，扭矩下此外，列车通过时的振动，会使螺帽松动，扭矩下降，导致扣件阻力下降。为此规定：扣板扣件扭矩应降，导致扣件阻力下降。为此规定：扣板扣件扭矩应保持在保持
16、在80120Nm；弹条扣件为；弹条扣件为100150Nm。 道床纵向阻力道床纵向阻力轨枕与道床之间的摩阻力轨枕与道床之间的摩阻力枕木盒内道碴抗推力枕木盒内道碴抗推力 3道床纵向阻力道床纵向阻力 道床纵向阻力系指道床抵抗轨道框架纵向位移的阻力。道床纵向阻力系指道床抵抗轨道框架纵向位移的阻力。一般以每根轨枕的阻力值，或每延毫米分布阻力表示。一般以每根轨枕的阻力值，或每延毫米分布阻力表示。它是抵抗钢轨伸缩，防止线路爬行的重要参数。它是抵抗钢轨伸缩，防止线路爬行的重要参数。 道床纵向阻力受道碴材质、颗粒大小及级配、道床断道床纵向阻力受道碴材质、颗粒大小及级配、道床断面、捣固质量、脏污程度、轨道框架重量等因素的影响。面、捣固质量、脏污程度、轨道框架重量等因素的影响。 注意：注意： 只要钢轨与轨枕间的扣件阻力大于道床抵抗轨枕纵只要钢轨与轨枕间的扣件阻力大于道床抵抗轨枕纵向移动的阻力，则无缝线路长钢轨的温度应力和温度向移动的阻力，则无缝线路长钢轨的温度应力和温度应变的纵向分布规律将完全由接头阻力和道床纵向阻应变的纵向分布规律将完全由接头阻力和道床纵向阻力确定。力确定。 可以看出：道床纵向阻可以看出：
