第六章 轨道几何图形ppt课件.ppt

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1、西南交通大学,1,第六章轨道几何图形 本章要点：,线路平纵断面要素 轮对及其尺寸 三角坑，轨底坡 曲线轨距加宽的原因及条件 曲线外轨超高与最大限速 缓和曲线长度的确定 曲线缩短轨,西南交通大学,2,6.1 线路的平面及纵断面,铁路在空间上的位置是由线路中心线在水平和垂直面上的投影所决定的。 一、线路平面 线路平面要素 直线 曲线 圆曲线 缓和曲线,1.圆曲线1）圆曲线要素 转角 半径R 切线长T 曲线长L,西南交通大学,3,(m),(m),2）我国规定： Rmax = 4000 m Rmin = I、II级为800 m 困难条件 450 m III级为600 m 困难条件 350,西南交通大学

2、,4,2.缓和曲线 1）作用：实现直线与圆曲线的过渡 2）特点：在直缓点处R= 在缓圆点处R=a,西南交通大学,5,二 线路纵断面1.纵断面要素 平道 坡道 上坡 下坡2.坡度表示 i = h/L3.几个概念1）限制坡度：区间或牵引区段内限制列车牵引重量的坡度。2）变坡点：坡道与坡道或坡道与平道的交点3）竖曲线：纵断面上用于连接两相邻坡道的圆曲线,西南交通大学,6,6.2 直线轨道,对直线轨道的要求 1.轨距符合要求 2.水平良好 3.轨底坡正确一 轮对 1.轮对构成：一根轴，两个轮子 2.踏面：车轮与钢轨接触的圆周面,西南交通大学,7,3.轮对尺寸1)轮背内侧距离（T）及轮对宽度（q） q

3、= T + 2d T=13533 mm 机车车辆相同,2)车轮踏面形状及尺寸 (mm) h d m机车 28 33 140车辆 25 32 135,西南交通大学,8, 我国铁路轨距：1435+6-2 mm 轨距变化：正线2 站线3,二 轨距1.轨距（S）两钢轨头部内侧水平距离 我国规定为两钢轨头部内侧顶面下16mm水平距离,西南交通大学,9,2.游间（） 轮缘外侧与轨头内侧间的距离（当一侧轮缘 紧贴钢轨时） = S q = S -（T + 2d）,的计算： min = Smin- qmax= Smin-（Tmax + 2dmax） =1433 -（1356 + 234） =9（mm）,max

4、= Smax- qmin = Smax -（Tmin + 2dmin） = 1441 -（1350 + 222） = 47（mm）,西南交通大学,10,西南交通大学,11,一 水平：在直线上，要求的钢轨顶面处于同一平面1）三角坑：在不长的范围内，两根钢轨交替高出对 方。 条件：当L18m，且h1+h24mm（正线）; h1+h26mm（站线） 三角坑危害：引起列车脱线,西南交通大学,12,2) 水平误差 a.两钢轨高度差 正线4mm 站线6mm b.水平误差变化率1（1m长度内不超过1mm）,3）轨底坡 a.作用：保证车轮压力通过钢轨中心线 b.坡度：直线：1：40 曲线：曲线里轨轨底坡根据超

5、高适当加大,西南交通大学,13,4）方向与高低1.方向:纵向单根钢轨要直 到发线、正线4 mm 要求正矢 (10m范围） 其它线6 mm2.高低:单根钢轨纵向高度变化 到发线、正线4mm 要求高差 （10m范围） 其它线6mm,西南交通大学,14, 6.3曲线轨道一 轨距加宽 原因：轮缘挤压外轨 产生摩擦阻力 外轨移动轨距变宽引起脱线 与加宽值有关的因素： 曲线半径 轮缘厚度 固定轴距 轮缘与钢轨的内接形式 1.轮缘与钢轨的内接形式,西南交通大学,15,斜接通过。机车车辆的车架或转向架最前位的外轮轮缘与外轨轨距线接触，最后位的内轮轮缘与内轨轨距线接触自由内接。机车车辆车架或转向架外侧最前位的外

6、轮轮缘与外轨轨距线接触，其他各轮轮缘不与轨距线接触地在轨道上自由行驶。楔接通过。机车车辆车架或转向架外侧最前位与最后位的轮缘同时与外轨轨距线接触，内侧中间车轮（轴为奇数时）或靠近中间的两车轮（轴为偶数时）轮缘与内轨轨距线接触正常强制内接。为避免机车车轮以楔住内接形式通过曲线，对楔住内接所需轨距加上直线轨道轮轨间最小游间的一半值。,西南交通大学,16,西南交通大学,17,2.加宽计算 1)条件：a.以自由内接形式为原则 b.以两轴转向架车辆为标准 c.以机车能顺利通过曲线为标准 2）公式: SZ = qmax + f 其中： Sz 静力自由内接条件下的轨距 qmax 最大轮对宽度 f 矢距,西南

7、交通大学,18,f的计算如图2： f/L=L/（2R-f） 略去等式右边的f，则有,其中：R曲线半径L固定轴距,故：,西南交通大学,19,分析： f与R成反比，与L2成正比 在R一定条件下，L增大，则f增大 因此，固定轴距的大小是决定机车车辆能够顺利通过曲线的重要因素。 故 曲线加宽量：e= Sz-S S直线轨距,西南交通大学,20,2）机车通过条件验算 因机车固定轴距较车辆大，故条件放宽 条件：Sz应能满足机车以强制内接形式通过曲线,西南交通大学,21,公式：,Sx 楔住内接时的轨距S2h 强制内接时的轨距注:1）一般SzS2h 2）R350m不加宽 300R350m 加宽5mm R300m

8、 加宽15mm 3）加宽值在缓和曲线范围内递减,西南交通大学,22,3.曲线最大容许轨距1）按最不利条件考虑 a.轮缘最薄 b.一侧轮缘紧贴钢轨 c.踏面变坡点在轨头部圆弧内,西南交通大学,23,注：实际标准值 Sb=Smax-q=1456-6=1450（mm） 其中：Smax曲线最大容许轨距 dmin最薄轮缘 Tmin最小轮背内侧距离 R钢轨头部圆弧半径 Amin车轮内侧面至踏面变坡点的距离最大加宽量 emax = Sb S = 15 (mm),西南交通大学,24,1）限界 1.机车车辆限界 机车车辆外部轮廓尺寸 2.建筑接近限界 对靠近轨道建筑物不能侵入规定线路空间的限制尺寸,4.曲线线间

9、距加宽,西南交通大学,25,2）线间距两相邻线路中心线间的距离 a.直线 区间：线间距4000mm 车站：线间距5000mm b.曲线 1.线间距需加宽 2.建筑接近限界需加宽,西南交通大学,26,二 曲线外轨超高与最大限制速度 1.外轨超高的作用 1.平衡离心力 2.使两根钢轨均匀磨耗,2.外轨超高计算1)按两根钢轨受 力相等原则 由图中两相 似三角形，求 超高h,西南交通大学,27,h-外轨超高(mm)J-离心力Q-机车车辆质量(t)S-两钢轨中心间距 取1500(mm)g-重力加速度 9.81m/s2,因为离心力：,R-曲线半径 mV-列车速度 Km/h,所以超高：,西南交通大学,28,

10、2) 平均速度的确定 超高度h的确定取决于列车平均速定Vp a.均方根速度,其中：Q列车质量（t） N每昼夜通过的相同重量与速度的列车数 V列车速度（km/h）注：此公式适用于速度较低，重量较大的列车线路。,西南交通大学,29,b.不计列车质量均方根速度,注:h是理论超高要经过运营实践调整 现场多用实测方法获得Vp 规定最大超高值 双线 150mm 单线 125mm,注：此公式适用于旅客列车数量较大的线路。 c.新线设计采用的速度 Vp=0.8Vmax 式中:Vmax新线设计最高行车速度(km/h) 故：,西南交通大学,30,3.曲线最大限制速度受超高限制,h未被平衡的超高hsh实际需要的超高

11、hp平均超高（由Vp 决定）,若 h 为正，称欠超高 h 为负，称过超高 根据：,西南交通大学,31,故：曲线最大容许速度一般情况： 特殊情况：,据以上公式，若R=2500m，列车最高速度可达200km/h以上。,我国规定： h（欠超高） 75mm 一般情况 90mm 特殊情况,西南交通大学,32,三 缓和曲线 1.缓和曲线作用 离心力过渡 超高过渡 曲线加宽过渡 2.缓和曲线形式3次抛物线,方程式：,式中：c缓和曲线半径变更率 c=l 缓和曲线起点至任意点半径长度 l缓和曲线上任意点半径,西南交通大学,33,4.在缓和曲线范围内的外轨超高顺坡 形式,直线型：在变坡点产生冲击，适用于低速行车。

12、 曲线形：顺坡倾角为0，适用于高速行车。,直线型,曲线形,3.在缓和曲线范围轨距的加宽1)加宽在缓和曲线范围内逐渐完成2)加宽递减率1,西南交通大学,34,5.缓和曲线长度的确定 1）需要考虑的因素 a.外轨超高递减坡度不致使车轮脱轨 b.外轮升高（降低）的速度不至于使旅客不适 c.未被平衡的离心加速度的增大率不至于影响 旅客舒适 d.车轮由直线到曲线时，产生的动能损失不能 超标 e.养护维修方便 2）按外轨超高递减坡度确定 原则：悬空的内轮不能爬上钢轨,西南交通大学,35,若：h、i0 已知,Kmin最小轮缘高度（mm）Lmax最大固定轴距（mm）I0 超高顺坡坡度， 一般2L0 缓和曲线长

13、度（m）H 超高（mm）,西南交通大学,36,3）按旅客舒适度计算 原则：车轮上升（下降）速度不能太快,式中： f 车轮上升速度 L0 缓和曲线长度 h 超高,西南交通大学,37,规定：既有线 一般地段 f=28mm/s 有：L010h/Vmax 困难地段 f=40mm/s 有：L07h/Vmax,式中： h单位为m。 Vmax是实际最高速度单位km/h 新线 一般地段 f=32mm/s 困难地段 f=40mm/s Vmax采用最高设计速度注： 按1）、2）两种方法求 L0 ，取大者 L0 长度一般为20-150m之间,西南交通大学,38,四 曲线缩短轨 1.为何采用曲线缩短轨保证相对接头的实

14、现。 2.曲线里轨总缩短量的计算（Lz）,1)圆曲线里轨缩短量的计算,西南交通大学,39,式中： S1两钢轨中心线之间距离 圆心角（弧度） Ly圆曲线长度,西南交通大学,40,2)缓和曲线里轨缩短量的计算,代入1式,西南交通大学,41,式中:l1,l2分别为缓和曲线起始点至计算点的长度。当计算点从缓和曲线起点开始时，有l1=0,l2=l则,又在整个缓和曲线长度上有,整个曲线里股缩短量为：,故,西南交通大学,42,西南交通大学,43,西南交通大学,44,3.缩短轨的数量与配置,式中：k所选用缩短轨的缩短量 N曲线内轨数目 注: 一般情况有NM（M曲线外轨数目) 若NM则选取缩短量更大的钢轨 正线

15、内外轨轨缝相错量（a/2）+40（mm） （a为缩短量），其它线（a/2）+60（mm）,西南交通大学,45,西南交通大学,46,6.3.1 曲线（1）曲线超高 最大超高度的选择应保证在曲线上停车而又遇到大风时，也不致使列车倾覆，并考虑不同速度列车所产生的未被平衡的加速度不致过大。目前，除日本东海道新干线规定最大超高度为200mm外，其余各线及法国高速干线上最大超高度均为180mm。欠超高的数值各国规定大致在60130mm，法国和德国一级干线最大采用130 mm，意大利最大也采用130 mm，东海道新干线最大采用60 mm，山阳新干线为030 mm。（2）最小曲线半径 各国规定4000-700

16、0m, 6.4高速铁路轨道几何形位,西南交通大学,47,（3）缓和曲线 随着列车运行速度的不断提高，过去使用的三次抛物线型缓和曲线难以完全满足旅行舒适的要求，轨道稳定条件也受到一定影响。为了改善这种状况，有些国家研究采用了曲线型超高顺坡缓和曲线。在这种缓和曲线范围内，与曲率相适应的超高也按曲线变化，并规定适当的变化率。这种曲线在列车经过时，各种力的作用不突然产生和消失，适应高速行车的需要。因此，高速铁路一般采用高次缓和曲线。,西南交通大学,48,（4）夹直线 列车通过同向曲线或反向曲线时，受力情况甚为复杂，除因外轨超高关系车辆绕线路纵轴转动外，还有缓和曲线始终点处的冲击以及未被平衡横向加速度变

17、化的影响等。为了使列车平稳地通过该地段，必须在同向曲线或反向曲线之间加入段夹直线段。 夹直线应尽量长些，这对运营是有利的。特别是反向曲线时的夹直线更应长些，因为列车通过反向曲线时，其曲线单位附加阻力比单个曲线增大，影响运行中列车的稳定与安全。,西南交通大学,49,德国高速铁路的夹直线最小长度按0.4v计算。日本高速铁路则规定：一般应大于100 m，列车速度低于110km/h时，可大于50m。,西南交通大学,50,6.3.2 坡度与竖曲线 （1）坡度 高速铁路坡度大小是根据地形和经济条件决定的。比如法国TGV东南线，沿线经过一连串高度在500900 m之间的山岭。如采用同巴黎里昂旧线相一致的限制坡度，即8，就得建造很多高架桥和隧道。出于确定新线只开行轻快旅客列车，决定采用35的限坡，都是动力坡，共有四段。这样，就使高速旅客列车在巴黎里昂间的行程缩短到426km，比旧线少86km。（2）竖曲线半径 法国TGV东南线的竖曲线半径采用25000 m；TGV大西洋线采用16000 m；而日本除东海道新干线采用10 000 m以外，其余各线均采用15000 m。,