铁道概论 铁路线路课件.ppt

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1、铁道概论,第二章 铁路运输基本设备,1.铁路路线 2.铁路车辆 3.铁路机车4.动车组 5.铁路车站 6.信号与交通设备,铁道概论,第一章 铁路线路第一节 概述,铁路线路是机车车辆和列车运行的基础。它直接承受机车车辆轮对传来的压力，为了保证列车能按规定的最高速度安全、平稳和不间断地运行，使铁路运输部门能够质量良好地完成客货运输任务，铁路线路必须经常保持完好状态。 铁路线路是由路基、轨道和桥隧建筑物组成的一个整体工程结构。,铁路线路是由路基、轨道和桥隧建筑物组成的一个整体工程结构。,在建筑一条铁路之前，必须进行调查研究和勘探工作，并从若干个可供比较的方案中选出一个最优方案来进行设计。 铁路建设的

2、三个阶段： 前期工作阶段：主要进行方案研究、初测和初步设计工作。 基本建设阶段：主要进行定测、技术设计和施工图设计，最后进行工程施工、验交投产。 投资效果反馈：铁路运营若干年后，有建设单位会同有关部门，对工程质量、技术指标和经济效益等考察验证，以评价设计和施工质量。,铁路的勘测设计,概述,2.1.2 铁路等级及主要技术标准,注：Mt：百万吨,2.1.2 铁路等级及主要技术标准,铁路主要技术标准包括：正线数目、限制坡度、最小曲线半径、牵引种类、机车类型、机车交路、车站分布、到发线有效长度和闭塞类型等。这些标准是确定铁路能力大小的决定因素，一条铁路选用不同的标准对设计线的工程造价和运营质量有重大影

3、响，同时又是确定设计线的工程标准和设备类型的依据。,正线：连结车站并贯穿或直股伸入车站的线路为正线。,到发线是指车站线路中能办理列车到达和出发使用的线路。到发线有效长度是指能满足该区段旅客列车最大编组辆数的长度。一般车站为650米到1000米左右。,限制坡度在一个区段上,决定一台某一类型的机车所能牵引的货物列车重量(最大值)的坡度,叫做限制坡度ix。,最小曲线半径 非专业的场合也称为“转弯半径”,牵引种类 电力牵引、内燃牵引、蒸汽牵引三种铁路机车 亦称作火车头、机关车、机车头，是铁路中专门提供动力的车辆。,牵引种类 电力牵引、内燃牵引、蒸汽牵引三种,牵引种类 电力牵引、内燃牵引、蒸汽牵引三种,

4、机车交路又称机车牵引区段，机车牵引列车往返行驶的路段。其长度称为机车交路距离。机车交路两端的车站称为区段站 。按牵引区段长度分为短交路、长交路和超长交路。短交路：一个往返交路由一班乘务组承担长交路：一个单程交路由一班乘务组承担超长交路：一个单程交路由两班乘务组承担,车站分布 为了保证必要的铁路通过能力，方便沿线的客货运输，铁路上每隔一定距离需要设置一个车站，车站把一条铁路线划分成若干个长度不同的区间，车站就成为相邻区间的分界点，区间和分界点是组成铁路的两个基本环节。,闭塞类型 用信号或凭证，保证列车按照规定的空间间隔制定运行的技术方法。铁路的闭塞装置与信号、联锁装置是保证行车安全，提高运营效率

5、和加强通过能力的重要设备。中国的基本闭塞类型有半自动闭塞和自动闭塞。闭塞类型决定车站作业间隔时分，从而影响通过能力。,铁道概论,第一章 铁路线路第二节 平面和纵断面,铁路线路在空间的位置是用它的中心线来表示的。线路中心线：路基横断面上距外轨半个轨距的铅垂线AB与路肩水平线CD的交点O在纵向的连线,2.2 铁路线路的平面和纵断面,图21 线路横断面,图2-2 线路平面 图2-3 线路纵断面,线路中心点在水平面上的投影，叫做铁路线路的平面，表明线路的直、曲变化状态； 线路中心点展直后在铅垂面上的投影，叫铁路线路的纵断面，表明线路的坡度变化。,线路平纵面设计满足三个基本要求：,（1）必须保证行车安全

6、和平顺。主要指：不脱钩、不断钩、不脱轨、不途停、不运缓与旅客乘车舒适等（2）应力争节约资金。即既要力争减少工程数量、降低工程造价；又要考虑为施工、运营、维修提供有利条件，节约运营支出。（3）既要满足各类建筑物的技术要求，还要保证它们协调配合、总体布置合理。,2.2.1 铁路线路的平面及平面图,（1）曲线要素的组成 铁路线路在转向处所设的曲线为圆曲线，其基本组成要素有：曲线半径R，曲线转角，圆曲线长L，切线长度T，缓和曲线长度L0。,线路的平面由直线、圆曲线以及缓和曲线组成。,图2-4 线路曲线地段,1.曲线要素,（2） 曲线要素的计算,直接根据数学公式可以得出： 曲线长度： 切线长度：,1）不

7、考虑缓和曲线时,图2-5 无缓和曲线的曲线地段,2）设有缓和曲线时,图2-6 设有缓和曲线的曲线地段,0缓和曲线角 L0 缓和曲线长度,曲线长度:,2.圆曲线,小半径曲线对运营不利，这是因为： 1）限制列车运行速度，增加轮轨磨耗，降低轮轨间的粘着系数，增加列车运行阻力； 2）增加轮轨设备和维修工作量，增加轨道设备和维修工作量，增加线路长度。 其中，限制列车运行速度一项，影响到铁路线路的运营能力，也是我们关注的重点。,（1）曲线半径对运营的影响,用数学公式表达：,（1）列车运行速度与曲线半径的关系,式中： V列车运行速度，km/h； h曲线外轨超高，mm； R曲线的半径，m,（2）曲线上列车最大

8、限制速度,由公式可知，曲线半径数值一定时，影响列车运行速度的因素是曲线外轨超高度数值h。曲线外轨超高度的最大容许值，在单线铁路上一般取150mm，另外可以考虑一定量的欠超高度，但以不影响乘客的舒适度为限。则上公式可以改写为：,Cant The term is used to indicate the raising of the outer rail on curved track to allow faster speeds than if the two rails were level. Cant compensates for the centrifugal force arising

9、 from a train traversing a curve.,超高 就是轨道两根铁轨不在同一水平面上。 在曲线上，为了使车辆行驶平稳，一般外侧轨道要高于内侧轨道，使车辆向内的倾斜来克服由于转弯时的离心力。这个轨道高出的部分就叫超高。 离心力和速度及转弯半径有关。 当半径 一定时，速度越快，离心力越大，这时要设置的超高也就越大。当设置的比正好平衡的值小时，就是 欠超高。反之就是过超高。,3.缓和曲线,为保证列车安全，使线路平顺地由直线过渡到圆曲线或由圆曲线过渡到直线，以避免离心力的突然产生和消除，常需要在直线与圆曲线之间设置一个曲率半径变化的曲线，这个曲线称为缓和曲线，如下图所示为设有缓和

10、曲线的铁路曲线。,图2-7 曲线设置,（1）缓和曲线的特点,缓和曲线介于直线与圆曲线之间，是一个过渡区域。 缓和曲线的特点为： 1）曲线半径从无穷大逐渐减小到圆曲线的半径R，或从圆曲线的半径R逐渐增加到无穷大； 2）运行中列车的离心力逐渐增加或逐渐降低； 3）轨距加宽值逐渐增大或逐渐减小； 4）曲线外轨超高逐渐增大或逐渐减小。 缓和曲线的特点，目的都是更好地确保列车通过曲线时的安全、平顺，以及乘客乘坐舒适。,（2）缓和曲线方程式,我国铁路常用的缓和曲线属于三次抛物线型，其方程式为：,式中： y缓和曲线上任意点的纵坐标，m； X缓和曲线L任意点的横坐标，m； R圆曲线半径，m； l0缓和曲线长度

11、，m。,（3）缓和曲线的设置,缓和曲线应有足够的长度，在这个长度内，需完成曲线的外超高顺坡过程。同时，应该满足以下两点运营要求：,1）车轮的轮缘不致爬上内轨，外轨超高的坡度限制为：,式中: Kmin机车或车辆最小轮缘高，mm Dmax机车或车辆最大固定轴距,mm 当以轮缘最小高度28mm及最大固定轴距6.5代入，得到：,在实际取值中,i0一般不大于2，以保证车轮轮缘无爬上内轨危险。此时计算出缓和曲线长l0为:,2）保证乘客乘座舒适,当列车从直线段进入缓和曲线范围内运行时，外侧车轮在外轨上逐渐升高；当列车从圆曲线段进入缓和曲线范围内运行时，外侧车轮在外轨上逐渐降低。如果升降速度过快，会引起乘客的

12、不舒适感。设以f（mm/s)表示外侧车轮升降速度，则存在如下关系式：,通常规定，在一般地段，f=32mm/s；在困难地段，f=40mm/s。可以反推出：,在选线设计中，缓和曲线的长度可以按照下表取值：,（1）定义 转向相同的相邻两曲线称为同向曲线。 转向相反的相邻两曲线称为反向曲线。 介于两同向曲线间或两反向曲线间一般不太长的直线，称为夹直线。 设置夹直线的目的：保证行车运行平顺；确保乘客乘坐舒适感。,4.同向曲线、反向曲线、夹直线,图1-5 同向曲线与夹支线,图1-6 反向曲线与夹支线,（2）三者约束条件,1）超高的设置及其变化过程 无论同向或反向曲线，曲线外轨都要设置超高，而在直线地段则不

13、设超高。超高的变化过程是“从有到无、从无到有”。,2）超高带来的影响 超高将引起车身倾斜度和外轮竖向加速度的不断变化，使机车车辆的转向架弹簧发生振动和车身发生横向摇摆。,3）如何克服影响 为保持列车运行的平顺，保证乘客乘坐的舒适感，车身摇摆和弹簧振动应控制在容许程度之内。 A.为了控制车身摇摆的程度，一般规定，夹直线长度应能容纳23辆客车，即5070m。 B.为了控制车辆转向架弹簧振动的程度，应使第二次振动（车辆通过第二个曲线的ZH点进入第二个曲线时）发生在第一次振动（车辆通过第一个曲线HZ点进入夹直线时）消失之后。,在线路设计中，夹直线的最小长度值见表,基本阻力：列车在空旷地段沿平、直轨道运

14、行时所受到的阻力。包括车轴与轴承之间、轮轨之间以及钢轨接头对车轮的撞击阻力等。基本阻力在列车运行时总是存在的。 附加阻力：列车在线路上运行时，受到的额外阻力，如坡道阻力、曲线阻力、起动阻力等。附加阻力随列车运行条件或线路平、纵断面情况而定，阻力方向与列车运行方向相反。,5.曲线附加阻力,曲线附加阻力：当列车通过曲线时，由于惯性力的作用，外侧车轮轮缘紧压外轨，使其磨耗增大。又由于曲线外轨长于内轨，外轮在外轨上的滑行等原因，运行中的列车所受阻力比在直线上所受阻力大，两者之差称为曲线附加阻力。曲线附加阻力大小常用下公式计算：,（N/KN）,式中：r 单位曲线阻力（N/KN）,即列车每一吨重量所摊曲线

15、附加阻力值 R 曲线半径（m） 600 据试验得出的数据。,根据可知 曲线半径愈小，曲线附加阻力愈大，还会给运营工作带来以下不利影响：,区间线路最小曲线半径,（N/KN）,用一定的比例尺，把线路中心线及其两侧的地面情况投影到水平面上，就是铁路线路平面图。 线路平面图和纵断面图是铁路勘测设计、施工和运营的重要文件。,6.铁路线路平面图,图 线路平面图,线路纵断面由平道、坡道及设于变坡点处的竖曲线组成。,2.2.2 铁路线路的纵断面及纵断面图,图2-9 坡道坡度及坡道附加阻力示意图,设L为1000m，h为6m 则：坡度大小i为6.0。,当列车在上坡道上运行时，受到由坡道引起的阻力，称为坡道附加阻力

16、。机车车辆的质量Q(t)的重力Qg(N)可以分解为垂直于坡道的分力N和平行于坡道的分力Wi。垂直分力N由轨道的反作用力抵消了，平行分力Wi，就成为坡道附加阻力。机车车辆的坡道附加阻力Wi可用下列公式计算：Wi QgsinQgtanQgi1000Qgi,2.坡道附加阻力,列车平均每吨质量所受到的坡度阻力称为单位坡道阻力i，其计算公式如下：,(N/KN),（1）限制坡度的选定,3.限制坡度与加力牵引坡度,1）限制坡段定义 限制坡度是这样一种坡度：在这个坡度上，一台机车牵引列车连续上坡运行时，列车运行速度最终能够稳定在机车计算速度的水平上。这就是说。这个坡度既要有一定的陡度，又要有一定的长度。,2）

17、选定限制坡段的影响因素 限制坡度的选定，需要考虑以下问题：首先，要确保列车运行速度不能过低。其次，需考虑：铁路等级、地形条件、牵引种类、运输要求、邻线牵引定数。,（2）加力牵引坡度的确定,1）加力牵引坡段的定义 在一条轶路线的全线范围内，地形是不相同的。有一般地段，有困难地段，还可能有特殊困难地段(如跨越山岭地段)。 在特殊困难地段，线路纵断面的设计有两个方案： A.可以修建隧道穿过山岭； B.也可以利用高坡(坡度值大于限制坡度数值的坡段)跨越山岭。在这个坡段上，列车必须以双机牵引或多机牵引。这种坡段称为加力牵引坡段。例如，我国京张铁路的关沟段和宝成铁路的宝凤段，都采用了加力牵引坡段。,图2-

18、8 双机牵引,2）加力牵引坡度最大值的计算 加力牵引坡度的最大值计算公式：,式中： Fj数台机车计算牵引力之和，千牛； p数台机车计算质量之和，吨； Q单机牵引地段按限制坡度计算的牵引质量，吨； W计算速度时机车单位基本阻力，牛/千牛； W计算速度时车辆平均单位基本阻力，牛/千牛； g重力加速度。,线路纵断面图是用一定的比例尺（水平方向为1:10000、垂直方向为1:1000）和规定的符号，把平面图上的线路中心线展直后投影到铅垂面上，并注有线路平面和纵断面有关资料的图。,4.铁路线路纵断面图,图2-9 线路纵断面图,为满足行车和线路养护维修的需要，在铁路沿线设有许多用来表明铁路建筑物及设备位置

19、和技术状态的标志。线路标志应设在线路里程增加方向的左侧机车车辆限界以外，距钢轨头部外侧不小于2 m处。曲线标等不超过钢轨顶面的标志，为不妨碍某些特种车辆在工作状态时顺利通过，可设在距钢轨头部外侧不小于1.35m处。,2.2.3 线路标志,1.线路标志的作用 线路的标志是为线路的维修和养护和司机和车长等工作上的需要而设置的。,（1）公里标、半公里标 是线路的里程标。 公里标从铁路线路起点开始，每走一公里设置一个；半公里标 设于线路的半公里处。,2.线路标志的类型及设置地点,（2）曲线标 为曲线的技术参数，在上面标明曲线的有关要素(曲线长度、缓和曲线长度、曲半径、超高、加宽)。该标设置于圆曲线的中

20、部，示意图如下：,该标设置于圆曲线的中部，示意图如下：,坡度标设在变坡点处。,（3）坡度标 表示该坡道的坡度大小及坡段长度，并用箭头表示上坡和下坡。水平线表示坡度为，坡度标设在变坡点处。箭头后面的数字表示坡度值，以千分率表示，下面的数值表示这个坡度的长度，以米为单位。,（4）桥梁标 表示桥梁的位置（中心里程）和桥梁编号的标志。 设在桥梁中心里程（或桥头）处，桥梁标的标面上注有按线路计算里程方向统一编排的桥梁序号和所在线路的中心里程。,（5）管界标 设在铁路局、工务段、领工区、养路工区、供电段、电力段的管辖地段的分界点处，正面和背面分别标明所向的单位名称，侧面注有管界的字样 。,铁路路基是轨道的

21、基础，承受并传递轨道的重量及列车的动载荷。,2.2.4 铁路路基,1.铁路路基特点： 1)是铁路线路的重要组成部分，在整个铁道工程中占有很大比重； 2)铁路路基采用天然土、石构筑，暴露于大自然中，不断受到侵蚀、破坏。,图2-10 铁路路基,2.铁路路基设计要求： 1)慎重对待，从设计、施工、运营做全面考虑，并通过技术经济比较进行调整； 2)路基应该具有坚固、稳定、耐久，可以抵抗各种自然因素的影响。,本节学习要求 1、从路基横断面入手，学习掌握各种铁路路基横断面； 2、重点掌握铁路路基的组成； 3、关于铁路路基稳定性的学习。,通常，把垂直于线路中心线的路基横截面称为路基横断面，简称路基断面。按照

22、路基所处的地势情况与横断面的形状，路基断面可以分为6类：,2.2.4.1 路基的断面形式,1、路堤 路基设计标高高于地面标高，用土、石填筑而成的路基。,图2-11 路堤断面简图,2、路堑 路基设计标高低于地面标高，通过挖掘而形成的路基。,图2-13 路堑实物,图2-12 路堑断面简图,3、不填不挖路基 路基设计标高与地面标高相同，轨道直接铺设在经过处理的天然地面上。,图2-15 半路堤断面简图,图2-14 不填不挖路基断面简图,4、半路堤 在山岳地区，通过部分填筑而形成的路基。,5、半路堑 在山岳地区，通过部分挖掘而形成的路基。,图2-16 半路堑断面简图,图2-17 半路堑实物图,6、半路堤

23、半路堑 经过填、挖两部分构成的路基。,图2-18 半路堤半路堑断面简图,2.2.4.2 路基的组成,1.路基本体 铁路路基本体主要包括：路基顶面、路肩和路基边坡。,路基是由路基本体和路基附属设施两部分组成。,图2-19 铁路路基组成,（1）路基顶面 路基顶面即路基的顶部，是铺设轨道的工作面。 根据路基顶面形状，路基顶面的形状，分为有路拱、无路拱两种形式。（见图2-20a、b） 路基顶面的宽度是指从路基一侧的路肩边缘到另一侧路肩边缘之间的距离。（见图2-21）,图2-20b 无路拱路基断面,图2-20a 有路拱路基断面,图2-21 路基顶面宽度示意图,2.路肩与路基边坡 路肩：路基顶面两侧无道床

24、覆盖的部分。 路基边坡：路肩边缘以外的斜坡。,图2-22 路基路肩与边坡示意图,路肩的作用： 1）抵抗路基核心部分在受压力时向外发生挤动、变形，加强路基的稳定性； 2）防止道渣滚落于路基坡面，保持道床完整； 3）便于设置必要的线路、信号标志； 4）供铁路现场作业人员行走，便于进行工作。,3.路基附属设施,图2-23 排水沟,路基附属设施的作用：保证路基的强度与稳定。,（1）排水设施 1）地面排水设施汇集地表雨水，引到路基以外。 例如：排水沟（见图2-23）、截水沟等。 2）地下排水设施截断、疏导地下水，排出路基。,图2-24 路基边坡度冲刷防护,（2）防护设施 1）路基边坡度坡面防护增强路基边

25、坡的抗风化能力。 例如：植被防护、砌石防护等。（2）路基边坡度冲刷防护用于滨河、河滩、水库地段防护。 例如：植被防护、抛石防护等。 路基边坡防护见图2-24。,图2-26 挡土墙,（3）加固工程通过修建加固结构物或其它措施，使路基获得稳定。 例如：挡土墙（图2-25）、扶壁、挡棚（图2-26）等。,图2-25 山体挡棚,1、路基本体主要是由哪几部分组成的？试画图说明。,2、路基的附属设施可以分为几类，举例说明。,本节习题,2.2.5 桥隧建筑物,桥梁，在铁路架空的部位承托轨道。 桥梁由上部结构（桥跨）和下部结构（桥墩、桥台、墩台基础）组成。轨道传来的力，通过桥墩、墩台、基础，传递至基底面上。,

26、图2-27 内昆线金沙江大桥,隧道，铁路穿越山岭所开凿的地下通道。 其底部承托着轨道，四周承受着围岩的压力。 隧道也可以代替桥梁，从河道、海峡下穿过，即水下隧道。,图2-28 内昆线安边2号隧道,涵洞，设置在路基下的过水建筑物。 承受通过路基传来的动力载荷，以及路基土体的土压力。,图2-29 涵洞,本节学习要求： 1、了解铁路桥梁、隧道、涵洞的功用； 2、了解铁路桥梁、隧道、涵洞的基本技术构造。,2.2.5.1 铁路桥梁,桥梁简介 1.桥梁的作用与分类 作用：供铁路线路跨越水流、山谷或其它建筑物的设施。 （1）跨越河流跨河桥。 （2）跨越山谷跨谷桥。 （3）跨越铁路、公路跨线桥。 （4）跨越市

27、区、工业区、农作物区旱桥。,图1-64 跨河桥(陇海线渭河桥),图1-65 跨谷桥(南昆线八渡3号大桥),图1-66 跨线桥,图1-67 旱桥(西康线),图1-68 跨河桥组成部分简单图,2.桥梁结构 我们以跨河桥为例，其组成部分为：桥跨、桥墩、桥台、墩台基础。,图1-69 连续梁桥,3.桥梁分类 桥梁的型式很多，根据桥梁受力情况，分为5类：梁桥、拱桥、刚架桥、悬桥和组合体系桥等。,（1）梁桥 梁桥在竖向载荷作用下只产生竖向反力。桥跨为梁，只受桡受剪，不受到轴向力。梁桥又分简支梁桥、连续梁桥（见图1-69）、悬臂梁桥。,图1-70 实体拱拱桥,（2）拱桥 拱桥在竖向载荷下有竖向反力和横向反力，

28、无铰拱桥还产生支座弯矩。桥跨为拱，以受压为主，也受桡受剪。拱桥可以分为实体拱拱桥和桁拱拱桥。,图1-71 斜腿刚架桥,（3）刚架桥 刚架桥的特点是桥跨与墩台以刚性连接成一体，在竖向载荷的作用下有竖向反力和水平反力，无铰刚架还有支撑弯矩。刚架以受桡为主，也受剪和轴向力。从造型上刚架桥可以分为门形刚架桥和斜腿刚架桥。,图1-72 悬桥,（4）悬桥（见图1-72） 悬桥以缆索跨过塔顶，锚定于河岸上作为承重结构，在缆索上悬挂吊杆，吊起桥面系。缆索受拉。,图1-73 斜拉桥,（5）组合体系桥 组合体系桥是由不同体系组合而成的桥梁。例如：系杆拱桥是由梁与拱的组合体系；斜拉桥是（见图1-73）梁与索的组合体

29、系。,2.1.5.2 隧道,在崇山峻岭间修建铁路，为了保证现代化铁路的顺直、平缓，需要开凿隧道让铁路穿过。我国是一个多山的国家，铁路线上隧道长度的比重将会越来越大。,1.隧道的基本组成,隧道是修筑在地层内的建筑物，铁路隧道结构由主体建筑物和附属建筑物组成。 主体建筑物洞门、洞身衬砌。作用是保持隧道的稳定，保证列车的安全运行。 附属建筑物避车洞、防排水设施、通风设施。为隧道安全、养护与维修隧道的需要而设置。,图1-75大瑶山隧道洞门,图1-76 秦岭隧道的洞身衬砌,隧道洞口的安全（动画）,问题：如何防止仰坡塌方，落石堵塞洞口？,2.隧道的衬砌结构,衬砌是用于支持隧道四周围岩，防止其塌落的设施。

30、隧道衬砌材料应该具有足够的强度、耐久性；特殊地段还要求抗冻、抗渗、抗侵蚀性。,2.4.2.3 隧道洞门,隧道洞门的学习内容主要是考虑洞口位置的选择： 结合地形、地质、水文地质情况，施工及运营条件，洞口有关工程全面考虑。,3.铁路隧道附属建筑物,（1）避车洞及其作用 小避车洞保证隧道内维修人员的安全。 大避车洞存放工具材料。 隧道两侧，每隔60m设置一小洞，每隔300m设置一大洞。,（2）隧道通风设备 隧道的通风是隧道设计的重点内容。 原因之一是当蒸汽机车、内燃机车通过隧道时，排出有害气体。如果隧道通风不良，将危害旅客和铁路工作人员的健康。 隧道通风有两种形式：自然通风；机械通风。,（3）防排水

31、设施 我国的隧道防排水技术，采用以“排”为主，“截、堵、排”的综合治水方法。 “截”截断地表水、地下水流入隧道的通道。 “堵”在洞身衬砌内设置防水层，防止地下水渗入隧道。 “排”将洞身衬砌后的积水引入隧道，通过隧道内的水沟排出。,2.1.5.3 涵洞,涵洞设在路堤下面的填土中，是用以通过水流的一种建筑物。,有砟轨道,无砟轨道,高速铁路轨道结构类型,2.2 轨 道,钢轨,木质轨枕,混凝土轨枕,轨枕,扣件,道床,道岔,道岔,无砟轨道,我国主要的无砟轨道类型分为三种,无砟轨道,CRTSI型,CRTSII型,板式,双块式,板式,双块式,CRTSIII型板式（我国自主设计）,京津城际高铁采用的是CRTS

32、I型双块式无砟轨道,2.2 轨 道,在路基、桥隧建筑物修成之后，就可以在上面铺设轨道。轨道由钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备和道岔等主要部件组成。它起着机车车辆运行的导向作用，直接承受由车轮传来的巨大压力，并把它传布给路基或桥隧建筑物。,动画,2.2.1 钢轨,1）支承和引导车轮； 2）为车轮滚动提供阻力较小的表面； 3）承受车轮的作用力并传布于轨枕； 4）在电气化铁路和自动闭塞区段，作为轨道电路使用。,2.2.1.1 钢轨的功用,要充分发挥的这四点功用，钢轨应该具备哪些特点？,思考题目,2.2.1.2 钢轨的特点与钢轨断面,钢轨的作用是直接承受车轮的巨大压力并引导车轮的运行方向，因而它应

33、当具备足够的强度、稳定性和耐磨性。 为了使钢轨具有最佳的抗弯性能，钢轨的断面形状采用“工”字形，如下图所示，由轨头、轨腰和轨底组成。,1.钢轨特点：四个“度”刚度抵抗由动荷载引起的挠曲变形；韧度防止动荷载引起钢轨折断；硬度防止被车轮压陷或磨损太快；顶面粗糙度有利于机车的牵引力、制动力的实现。,2.钢轨断面,(1)断面形状 钢轨断面的造型统一为“工”字形,钢轨断面图,(2)断面特点,轨底较宽有利于保证钢轨稳定,钢轨断面的组成(动画),钢轨的作用是直接承受车轮的巨大压力并引导车轮的运行方向，因而它应当具备足够的强度、稳定性和耐磨性。 为了使钢轨具有最佳的抗弯性能，钢轨的断面形状采用“工”字形，如下

34、图所示，由轨头、轨腰和轨底组成。,钢轨断面图,在我国，钢轨的类型或强度以每米长度的大致质量（公斤数）表示，现行的标准钢轨类型有：75公斤米、60公斤米、50公斤米。 钢轨的长度长一些好，可以减少接头的数置，列车运行平稳并可节省接头零件和线路的维修费用，但是由于加工条件和运输条件的限制，一根钢轨的轧制长度是有限的。目前我国钢轨的标准长度有25米和12.5米两种，对于75公斤米钢轨只有25米长一种。此外，还有专供曲线地段铺设内轨用的标准缩短轨若干种。,2.2.1.3 钢轨长度、钢轨接头、轨缝,1.钢轨长度我国制造的标准钢轨，长度有25米与12.5米两种。2.钢轨接头普通轨道的接头，通常用螺栓、夹板

35、等连接。3.轨缝铺轨时，需要在钢轨接头处预留轨缝。轨缝要求：(1)高温时，钢轨膨胀不会导致轨道挤压变形；(2)低温时，钢轨收缩不会导致接头拉压变形。轨缝作用：适应钢轨热胀冷缩的需要。,思考题目：钢轨接头如何应付钢轨的热胀冷缩,4.轨缝计算公式,轨缝的计算通常使用经验公式：,式中： 计算轨缝尺寸（毫米）； tmax最高钢轨温度（当地历年最高气温加20摄氏度）； t铺轨时的钢轨温度（摄氏度）； L钢轨长度（米）； c阻力限制的钢轨伸缩量（毫米）（12.5米钢轨取12 毫米，25米钢轨取34毫米）,本节习题,1、钢轨的功用是什么？ A.在电气化铁路和自动闭塞区段，作为轨道电路使用。 B.承受车轮的作

36、用力并传布于轨枕； C.支承和引导车轮； D.为车轮滚动提供阻力较小的表面； E.承受车轮的作用力并传布于轨枕与道床；,2、根据钢轨的功用，推断钢轨应具备的特点。,3、计算： 某地铺轨，选用12.5米钢轨，铺轨时测得轨温为41度，当地最高气温为44度，求应该预留的轨缝大小。,2.2.2 轨枕,2.2.2.1 轨枕的功用、特点,根据下图，试推测轨枕的功用。并说明轨枕应具备的特点。,1.功用 1)承受钢轨的垂直力、水平力。 2)传递这二力给道床和路基。 3)保持钢轨方向、位置、轨距。,2.特点 坚固耐久、具有弹性、造价合理、制造维修方便。 可以认为，轨枕是介于钢轨与道床之间，承受来自钢轨的各向压力

37、，并将压力弹性地均布于道床的设施。,2.2.2.2 轨枕的分类,轨枕按照制作材料分，主要有钢筋混凝土枕和木枕两种。我国铁路所使用的主要是预应力混凝土枕。,木枕,钢筋混凝土轨枕,思考题,铁路线路在不同地段，选用的轨枕是不相同的。例如，在桥梁、隧道、道岔处使用的轨枕就同一般线路上使用的轨枕有区别。 因此，木枕和混凝土枕，根据不同场合的用途，可以分为：（提示：5选3） A. 普通枕 B.一般枕 C.岔枕 D.桥枕 E.隧枕,2.2.2.3 轨枕的布置,1.每千米配置轨枕数 每千米配置的轨枕根数，由运量、行车速度、线路等级条件决定。力求在最经济条件下，保证轨道具有足够的强度与稳定性。,我国铁路规定：

38、(1)木枕轨道，每千米轨枕数最多为1920根，最少为1440根； (2)混凝土枕轨道，每千米轨枕数最多为1840根，最少为1440根。,图1-17 配置轨枕数示意图,符合右下侧条件(蓝字表示)之一的地段，轨道应该加强，即每千米的轨枕数需要增加,2.轨枕间距的计算,图1-18 轨枕间距示意图,到目前为止，你对轨枕的了解有多少普通轨道上，轨枕间的距离一样不？,普通轨道上，钢轨接头处车轮的冲击动荷载大，接头轨枕间距（c）应该比中间轨枕间距（a）小一些。而且，从c向a过渡时，应该有一个过渡轨枕间距（b），以适应荷载的变化。三者大小为：abc。,c一般是给定的：木枕为440mm，混凝土枕为540mm。由

39、上图可知：,式中： L每节钢轨长度（含一个轨缝宽度8mm） n每节钢轨下轨枕根数,1、轨枕的功用是什么？它应该具备什么特点？,3、计算： 某一地区修建地方铁路，钢轨选用25m标准轨，轨枕选用混凝土枕。在一般地段，要求每千米轨枕数为1600根。现有一长1100m的隧道，计算在该隧道内铺轨需要的轨枕数目,并求出轨枕的三个间距a、b、c。,2、轨枕按照其材质可以分为哪两类？这两类轨枕各自的优缺点是什么，以及改进措施是什么？,2.2.3.1 联结零件,联结零件分为接头联结零件和中间联结零件。 接头联结零件： 两节钢轨的末端，用接头联结零件联结。先用两块鱼尾板夹住钢轨，然后用螺栓拧紧。为防止螺栓松动，在

40、螺帽与鱼尾板之间，加有弹簧垫圈。,接头联结零件,钢轨的接头连接动画,2.2.3.2 中间联结扣件,中间联结扣件的作用： 把钢轨与轨枕牢固地联结起来，以确保钢轨位置稳定。 根据轨枕的性质，中间联结扣件可以分为：木枕联结扣件和混凝土枕联结扣件。 从分类上我们可以推测，不同的轨枕，存在不同的联结方式。,图1-19 钢轨与轨枕的联结,1.木枕扣件及木枕联结方式 目前，我国木枕轨道地段中间联结方式主要有混合式和分开式。 （1）混合式（见图1-20） 目前大量采用的联结方式是混合式。混合式是先用道钉把垫板与木枕扣紧，然后再用道钉将钢轨、垫板和木枕三者同时联结。混合式扣件零件少，安装成本低，但扣紧力不如分开

41、式。,钢轨与木枕的混合式连接（动画）,图1-20 钢轨与木枕的混合式联结,（2）分开式（见图1-21） 分开式是将垫板分别与轨枕和钢轨单独扣紧。 分开式扣压力大，能有效防止钢轨的横、纵向位移，同时便于安装与更换，但成本高。在特殊线路与桥上线路使用。,图1-21 钢轨与木枕的分开式联结,2.混凝土枕联结扣件及混凝土枕联结方式 由于混凝土枕重量大、刚度大，因而混凝土枕扣件的性能也比木枕扣件好。,图1-21 钢轨与混凝土枕联结,主要表现为： 1、扣压力足。当钢轨弯曲、转动时，不会导致钢轨沿垫板发生纵向移动。 2、适当的弹性。混凝土枕的弹性比木枕差许多，其弹性主要由扣件提供。 3、具有绝缘性能。,2.

42、2.4 道床,道床介于轨枕与路基之间，是轨道的重要组成部分。道床是铺设在路基面上的石碴（道碴）垫层。主要作用是支承轨枕，把从轨枕上部的压力均匀地传递给路基；并固定轨枕的位置，阻止轨枕纵向或横向移动；缓和机车车辆轮对对钢轨的冲击。,道床断面,图1-23 道床示意简图,2.2.4.1 道床的功用与材料选择,1.道床的功用：,1）承受来自轨枕的压力，均匀的传递到路基； 2）提供轨道的横、纵向力，保持轨道的稳定； 3）提供轨道弹性，减缓、吸收轮轨的冲击、振动； 4）提供良好的排水性能，减少路基病害； 5）便于轨道养护维修作业。,图1-24 碎石道床示意图,以碎石、矿渣、沙子等为材质构成的碎石道床，满足

43、以上5点要求，价廉物美，是我国目前使用最广泛的道床类型。,2.道床应具备的性能,图1-24 碎石道床示意图,1）质地坚硬，耐压、耐磨，具有弹性；2）排水性能好，吸水度小；3）不易风化、侵蚀。,2.2.4.2 道床断面,道床断面为梯形，主要有三个要素：,1）道床厚度（h）:足够的厚度，有利于减小基面应力，降低发生永久变形的可能，确保轨道稳定。 2）顶面宽度（b）：一般为3米。 3）边坡坡度（i）,图1-25 道床纵断面示意图,1、道床的的功用有： A. 承受来自钢轨的压力，均匀的传递到路基； B.提供轨道的横、纵向力，保持轨道的稳定； C.提供轨道弹性，减缓、吸收轮轨的冲击、振动； D.提供良好

44、的排水性能，减少路基病害； E.便于轨道养护维修作业,本节习题,2、根据道床功用，描述其应该具备的性能。 A.质地坚硬，耐压、耐磨； B.耐高温，抗热性好； C.不易风化、侵蚀； D.排水性能好，吸水度小； E.具有良好弹性。,2.2.5 防爬设备,1.爬行的定义 列车运行时，车轮作用于钢轨上除产生竖直力和横向力外，还产生一个纵向水平推力，能引起钢轨的纵向移动，有时甚至带动轨枕沿着线路方向一起移动，此种现象称为轨道的爬行。,1.防止爬行的措施 防止爬行，需要加强接头扣件、中间扣件的扣紧力。扣紧力的加强，是通过安装防爬设备实现的。 在直线地段，由于列车纵向力的作用，轨枕可能被拉斜。 预防方法是将

45、防爬器与防爬支撑配合使用。,图1-26 石质防爬器,（a）穿销式防爬器,（b）防爬器的安装,（c）防爬器,在曲线地段，由于列车横向力的作用，很容易引起轨距扩大。预防方法是采用轨距拉杆进行加固。,图1-27 轨距拉杆,1、由于列车制动、转向，以及温度变化是轨道发生爬行的原因，请分析容易发生爬行的地段： A.道岔地段 B.隧道地段 C. 长大下坡道 D.曲线地段 E. 车站到发线,本节习题,2.3 道岔,什么是道岔？ 机车车辆在运行过程中，常常需要由一条线路转入另一条线路，或跨越其它线路。在就需要设置线路的连接与交叉设备，即道岔。,道岔是铁路轨道的重要组成部分。由于道岔数量多、使用寿命短、限制列车

46、速度、行车安全性低，与曲线、接头并称为轨道的三大薄弱环节。,道岔的分类及功用： 1、线路的连接设备 引导铁路机车车辆由一条线路进入另一条线路。,2、线路的交叉设备引导机车车辆由一条线路跨越另一条线路。,图1-29 线路连接道岔,图1-30 线路交叉道岔,3、连接与交叉设备 既可以引导铁路机车车辆由一条线路进入另一条线路，也能够引导机车车辆由一条线路跨越另一条线路。,图1-31 线路连接、交叉道岔,本节学习内容与知识要点：,1.我国最常见的道岔是普通单开道岔，简称单开道岔，属于第1类道岔，即线路的连接设备。 单开道岔构造相对简单，具有一定的代表性，是本章的学习重点。 2.在了解和掌握单开道岔的基

47、本特征之后，我们需要了解其它类型的道岔； 3.道岔是轨道的三大薄弱环节之一，限制列车运行速度。最后，我们学习提高列车过岔速度的措施。,2.3.1 单开道岔构造,2.3.1.1 单开道岔的概述,单开道岔是最简单、最常用的一种道岔。,普通单式道岔的组成1基本轨；2尖轨；3翼轨；4护轨,1.单开道岔的组成 （1）三大组成部分：转辙器部分；辙叉及护轨部分；连接部分。,（2）7个组成部件： 转辙器部分的基本轨、尖轨； 辙叉及护轨部分的翼轨、护轨、岔心； 连接部分的直轨、导曲线轨。,图1-33 单开道岔结构与名称,转辙器：包括两根尖轨和两根基本轨，是引导机车车辆转线的部分。 连接部分：包括两根直轨和两根导

48、曲线轨。它是将转辙器和翼轨联结起来的部分。 辙叉及护轨：辙叉设在两条钢轨的交叉处，其作用是使运行在一条钢轨上的列车车轮的轮缘能越过另一条钢轨。,1.单开道岔各组成部分的功能,思考题,图1-34 单开道岔组成部分一,请指出道岔的组成部分及组成部件。（见图1-34、1-35、1-36）,图1-35 单开道岔组成部分一,2.3.1.2 单开道岔的转辙器部分,1.转辙器部分的功用与组成 功用：引导机车车辆的行驶方向。 组成：两根基本轨、两根尖轨、各种联结零件、道岔转换设备。,图1-37 单开道岔的转辙器部分,2.基本轨（图1-37中图示B） 基本轨是用12.5米或25米标准轨经过适当加工制成。主线基本

49、轨为直线。侧线基本轨为折线或曲线型,图1-37 单开道岔的转辙器部分,3.尖轨（图1-37中图示A） 尖轨是转辙器部分最重要的组成部件。通过转辙机械的作用，两根尖轨往复摆动，从而引导机车车辆进入主线或侧线行驶。,2.3.1.3 辙叉与护轨部分,辙叉与护轨部分由主轨、护轨、翼轨、岔心四个部件构成。其中，翼轨和岔心是辙叉的主要构成部分。（见图1-38）,图1-38 辙叉与护轨部分组成示意图,辙叉构造及基本术语（动画）,从两翼轨最窄处到辙叉心实际尖端之间，存在着一段轨线中断的空隙，叫做辙叉的有害空间。当机车车辆通过辙叉有害空间时，轮缘有走错辙叉槽而引起脱轨的可能，因此，必须设置护轨，对车轮的运行方向

50、实行强制性的引导。,2.护轨 正确地引导机车车辆轮对的走向，防止其撞击辙叉叉心，使列车平顺、安全地通过有害空间。（见图1-39）,图1-39 道岔护轨,可动心轨辙叉的心轨与尖轨同时扳动（如图），心轨尖端总是同一根翼轨密贴而同另一根翼轨分离，这样就不存在有害空间。使行车平稳而安全，消除了列车直向过岔速度的限制。,可动心轨撤叉,3.活动心轨辙叉,1、单开道岔的组成部分有： A.岔心部分 B.转辙器部分 C. 基本轨部分D.辙叉及护轨部分 E. 连接部分 2、什么是有害空间？对铁路行车有何影响？可以采取什么措施减少有害空间的影响？,本节习题,2.3.2 其他类型道岔与交叉设备,除了单开道岔以外，还有