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1、铁道概论,学习参考,第一章 绪论,衣食住行是人类生活的四大基本要素,无论哪一项，莫不与交通运输息息相关。自古以来，人类深受交通运输闭塞的困扰，生产、生活受到极大限制。最早的水上交通工具是独木舟,而陆上交通依靠畜力或人力。18世纪下半叶蒸汽机的发明，并相继应用于船舶和铁路，揭开了一个崭新的机动船舶时代和铁路机车牵引时代的序幕。19世纪末到20世纪初汽车和飞机也相继诞生，很快成为现代运输的主要运输工具。管道运输起源于19世纪末，当时是用于运输原油，现在已得到迅速发展。,时至今日，世界各国交通运输已相当发达，不仅可以满足客货运输的不同需求，而且快速、舒适、方便、安全可靠。现代交通运输主要包括铁路、公
2、路、水路、航空和管道五种运输方式。他们各有其不同的技术经济特征与使用范围。随着科学技术进步和社会需求的变化，各种运输方式的技术装备和组织工作不断更新，技术经济性能和使用范围也在不断变化，新型交通工具不断产,交通运输业是国民经济结构中的先行和基础产业，其主要作用表现为：1、经济作用。交通运输中的五种运输方式，既要完成国家下达的客货运输任务，还要根据市场商品需求调节各自的运输，自身所创造的经济价值是十分可观的。2、社会公益作用。现代化的交通运输业，必须不分昼夜、季节、全天候地从事正常运输，是与国家政治、经济休戚相关的。遇到非常时期，发生灾难时，如地震、洪水、大火、海啸等；或在战争时，或国家财产受到
3、威胁时，交通工具都会用来抢救危亡，恢复社会正常秩序，这种超经济的社会公益作用会显示得更为突出。,3、宏观调控作用。当国民经济失调而需要调整或治理整顿时，交通运输作为国家宏观调控工具的作用会更显得突出，如 煤炭抢运、全国性粮食调运等。五种运输方式中，铁路运输的宏观调控作用尤为明显。4、促进国家经济合理布局、协调发展。促进地区经济合理布局、协调发展，除了中心城市的作用外，要以交通要道为依托，充分发挥公路、水运、空运、管道等多种运输方式的优势。依靠若干条通过能力强的南北向、东西向的运输大通道，引导形成若干跨地区的经济区域和重点产业，优化生产力布局，优化资源配置，减少重复浪费，交通运输将起很大的促进作
4、用。,交通运输是国民经济的重点战略产业，是国民经济的重要基础设施，是制约经济与社会发展的一个重要因素。自改革开放以来，各地政府和人民都认识到“要想富，先修路”。交通运输业要先行，才能保持国民经济的持续、稳定、协调发展。5、国防意义。运输是国防的后备力量，战时又是必要的军事手段。运输业关系到民族存亡、国家安危，决非用经济尺度所能衡量。,铁路运输与其他各种现代化运输方式相比较，具有运输能力大，能够负担大量客货运输的特点，每一辆列车载运货物和旅客的能力远比汽车和飞机大得多。速度快是铁路运输的另一特点，常规铁路的列车运行速度一般为每小时80 km左右，而在高速铁路上运行的旅客列车时速目前可达21026
5、0km。铁路货运速度虽比客运慢些，但是每昼夜的平均货物送达速度也比水路运输快。此外，铁路运输成本也比公路、航空运输低。运距愈长，运量愈大，单位成本就愈低。铁路运输一般可全天候运营，受气候条件限制较小。同时具有安全可靠性，环境污染小和单位能源消耗较少等优点。由于铁路运输具有上述的技术经济特点，因此，铁路运输极适合国土幅员辽阔的大陆国家；适合运送经常的、稳定的大宗货物；适合运送中长距离的货物运输以及城市间的旅客运输的需要。,公路运输是现代运输的主要方式之一，它的主要优点是机动、灵活性强，而且对客运量、货运量大小具有很强的适应性。由于汽车运输灵活方便，可实现门到门的直达运输，因而不需要中途倒装，既加
6、速了中短途运输的送达速度，又加速了货物资金周转，有利于保持货物的质量和提高客货的时间价值。公路运输还可负担铁路、水路运输达不到的区域内的运输，它是补充和衔接其它运输方式的运输。在短距运输时，汽车客运速度明显高于铁路，但在长途运输业务方面，有着难以弥补的缺陷：第一是耗用燃料多，造成途中费用过高；第二是机器磨损大，因此折旧费和维修费用高；第三是公路运输所耗用的人力多，如一列火车车组人员只需几个人，若运送同样重量的货物，公路运输则需配备几百名司机。因此汽车运费率远高于铁路和水路；此外，公路运输对环境污染较大。总之，公路运输（高速公路除外）与其他运输方式相比，投资少、资金周转快、投资回收期短，且技术改
7、造较容易。汽车运输的出现还不到100年，但在载货吨位、品种、技术性能、专用车种类等方面都有了很大的改进与提高，能较好地满足社会经济发展对运输的需要。,航空运输在20世纪迅速崛起，是运输行业中发展最快的行业。与其他运输方式相比，最大的特点是速度 大，并且具有一定的机动性。在当今的时代，高速性具有无可比拟的特殊价值。现代的喷气运输机，时速一般在900km左右，比火车快510倍，比海轮快2025倍。航空运输不受地形地貌、山川河流的阻碍，只要有机场并有航路设施保证，即可开辟航线，如果用直升机运输，则机动性更大。其缺点是载运能力小、能源消耗大、运输成本高。,水路运输中，除运河以外内河航道均是利用天然江河
8、加以整治，修建必要的导航设备和港口码头等就可通航；海运航道更是大自然的产物，一般不需要人工整治，且海运航线往往可以取两港口间的最短距离。因此，一般说来，河运的平均运输成本比铁路略低，而海运成本、则远比铁路为低，这是水路运输的一个突出优点。水路运输的输送能力相当大。在海洋运输中，目前世界上超巨型油船的载重量达55万吨，巨型客船已超过8万吨。海上运输在条件允许的情况下，可改造为最有利的航线，因此，海上运输的输送能力比较大。由于水路运输具有占地少、运量大、投资省、运输成本低等特点，在运输长、大、重件货物时，与铁路、公路相比，水上运输更具有突出的优点。对过重、过长的大重件货物，铁路、公路无法承运，而水
9、上运输都可以完成。对大宗货物的长距离运输，水路运输则是一种最经济的运输方式。但水路运输速度通常比铁路运输等运输工具慢，而且受自然条件的限制较大，冬季河道或港口冰冻时即须停航，海上风暴也会影响正常航行。,管道运输是使用管道输送流体货物的一种运输方式。它是随着石油工业发展而兴起并随着石油、天然气等流体燃料需求的增加而发展，逐渐形成沟通石油、天然气资源与石油加工场地及消费者之间的输送工具。管道不仅修建在一国之内，还连接国与国之间，甚至达到洲与洲之间，成为国际、洲际能源调剂的大动脉。管道运输在最近几十年得到了迅速的发展。主要的流体能源以石油、天然气、成品油为输送对象，之后发展到输送煤和矿石等固体物质，
10、将其制成浆体，通过管道输往目的地，再经脱水处理转入使用。管道运输具有输送能力大（管径为1200mm的原油管道年输送量可达1亿吨）、效率高、成本低及能耗小等优点。由于管道埋于地下，除泵站、首末站占用一些土地外，管道运输占用土地少，且不受地形与坡度的限制，易取捷径，可缩短运输里程；埋于地下基本不受气候影响，可以长期稳定运行；沿线不产生噪音且漏失污染少。管道输送流体能源，主要依靠每隔一段距离设置的增压站提供压力能，因此，设备运行比较简单，易于就地自动化和进行集中遥控，由于节能和高度自动化，用人较少，运输费用较低，是一种很有发展前景的现代化运输方式。,当然，管道运输也存在一些缺点，它适于长期定向、定点
11、、定品种输送，合理输量范围较窄，若输量变化幅度过大，则管道的优越性就难以发挥，更不能输送不同品种的货物。总之，铁路、公路、航空、水运和管道等五种现代化运输方式，各有其不同的技术经济特征和使用范围。,第二章 线路,(一)基本概念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、桥隧建筑物和轨道组成的一个整体工程结构。,(二)勘测设计的概念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
12、进行设计。铁路建设的三个阶段1、前期工作阶段主要进行方案研究、初测和初步设计工作。2、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。3、投资效果反馈阶段铁路运营若干年后，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,(三)铁路等级 铁路等级是铁路的基本标准。设计铁路时，首先要确定铁路等级。铁路技术标准和装备类型都要根据铁路等级去选定。我国铁路线路技术管理规程规定铁路等级应根据在铁路网中的作用、性质和远期的客货运量确定。我国铁路共分为三个等级如下表 注：1、远期指交付运营后第十年；2、年货运量为重车方向，每对旅客列车上下行各
13、按0.7Mt(Mt:百万吨)年货运量折算。,(四)铁路主要设计标准选定铁路主要技术标准是设计铁路的基本决策，应根据国家要求的年输送能力和确定的铁路等级，考虑沿线资源分布和国家科技发展规划，并结合设计线的地形、地质、气象等自然条件，经过论证比选确定。铁路主要技术标准：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、闭塞类型、到发线有效长度。这些标准是确定铁路能力大小的决定因素。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响。,(一)铁路线路纵断面组成要素线路纵断面定义：线路中心线(曲线部分展直后)在垂直面上的投影，叫做线路纵断面（如下图所示）。线路纵断面组成要素：
14、为了适应地面的起伏，线路上除了平道外，还修成不同的坡道。因此平道与坡道就成了线路纵断面的组成要素。,(二)坡道阻力坡道的陡与缓用坡度来表示。坡度的大小用千分率来表示。i=h/L=tana,坡道阻力：列车在坡道上运行时，会受到一种由坡道引起的阻力，这一阻力叫坡道阻力。机车车辆所受的重力Qg可分为两个分力F1和F2，F1由轨道的反作用力所抵消，则F2就是坡度附加阻力。单位坡道阻力：列车平均每一千牛质量所受到的坡道阻力。,单位坡道阻力,【结论】1、机车车辆每一吨质量，上坡时所受的坡度阻力，近似等于用千分率表示的这一坡道坡度的十倍。2、列车上坡时，坡道阻力为“+”，列车下坡时，坡道阻力为“-”。3、坡
15、度越大，上坡阻力越大，同一台机车(在列车运行速度相同条件下)所能牵引的列车重量则减小。,(一)线路标志的作用1、为了线路的维修和养护；2、为了司机和车长等工作上的需要。(二)线路标志的类型及设置地点1、公里标、半公里标公里标、半公里标（如两图所示）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、曲线标曲线标（如下图）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、曲线半径、超高、加宽)。,该标设置于圆曲线的中部，示意图如下：,(三)坡度标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（如下面各图所示）。,坡度标设在
16、变坡点处，如下图所示：此外，还有桥涵标、隧道标、鸣笛标、作业标等等。线路标志应埋设在计算里程方向的线路左侧。,铁路线路是由路基、桥隧建筑物、轨道组成的一个整体工程结构。(一)路基路基的基本形式路基的基本形式：主要有路堤和路堑。路堤：铺设轨道的路基面高于天然地面时，路基以填筑的方式构成，这种路基称为路堤。路堑：当铺设轨道的路基面低于天然地面时，路基以开挖方式构成，这种路基称为路堑。,路基的排水设备 为保持路基经常处于干燥、坚固和稳定的状态，路基上设有一套完整的排水设备。1、排除地面水设施：纵向排水沟、侧沟和截水沟等设施。,2、排除地下水的设施：为了拦截地下水，降低地下水位，采用渗沟和渗管排水设施
17、。,钢轨一、作用:直接承受车轮的巨大压力并引导车轮运行方向。二、类型:以每米长度的重量表示，现行标准钢轨类型有：70 kg/m；60 kg/m；50 kg/m等三、长度:钢轨的标准长度为25 m、12.5 m两种。,轨枕一、作用:支承钢轨，将钢轨传来的压力传递给道床，并且还可以保持钢轨位置和轨距。二、类型:木枕和钢筋混凝土枕。木枕：弹性好，重量轻，铺设更换方便；但消耗木材，使用寿命短。钢筋混凝土枕：使用寿命长，稳定性能高，养护工作量小等。三、长度:一般为2.5 m。,联结零件 联结零件可分为接头联结零件和中间连接零件。1、接头联结零件作用:联结钢轨与钢轨间的接头；组成:鱼尾板、螺栓、螺帽、弹性
18、垫圈等。,中间联结零件作用：将钢轨紧扣在轨枕上；分类：木枕用和钢筋混凝土用。,型弹条扣件,木枕用中间联结零件,道床一、作用：1.支承轨枕，把从轨枕上传来的压力均匀地传给路基；2.固定轨枕的位置，阻止轨枕纵向和横向移动；3.缓和机车车轮对钢轨的冲击。二、使用材料：碎石、卵石、粗砂等，其中以碎石为最优。我国铁路一般都采用碎石道床。,防爬设备一、线路爬行因列车运行时纵向的作用，使钢轨甚至带动轨枕产生纵向移动，这种现象叫线路爬行。二、危 害轨缝不均，轨枕歪斜，对轨道造成极大破坏，危及行车安全。三、防爬措施安装防爬器和防爬撑。防爬撑可采用废旧枕木；在山区可采用石条代替。,道岔作用:使机车车辆从一股道转入
19、另一股道的线路连接设备。在车站上大量铺设，用的最多的是单开道岔。一、普通单开道岔(一)组成：转辙器、辙叉及护轨、连接部分。1.转辙器 组成：两根基本轨、两根尖轨、转辙机械；作用：操作转折机械可以改变尖轨的位置，确定道岔的开通方向。,2.辙叉及护轨 组成：辙叉心、翼轨、护轨；作用：保证车轮安全通过两股轨线的相互交叉处。有害空间：从两翼轨最窄处到辙叉心实际尖端之间，存在一个轨线中断的空隙。(1)由于有害空间的存在，当机车车辆通过辙叉有害空间时，轮缘有可能走错辙叉槽而引起脱轨；(2)设置护轮轨的运行方向实行强制性的引导。道岔有害空间是限制列车过岔速度的一个重要因素。活动心轨道岔：消灭有害空间，适应列
20、车高速运行要求。(1)活动心轨和心轨是同时被扳动的；(2)当尖轨开通某一方向时，活动心轨的辙叉心轨就与开通方向一致的翼轨密贴，而与另一翼轨分开，从而消灭了有害空间，使列车安全通过道岔。,3.连接部分组成：两根直轨，两根导曲轨；作用：连接转辙器和辙叉器及护轨部分，使之成为一组完整道岔。,(二)用中心线表示道岔一般在图纸上，都采用中心线形式表示道岔。,(三)道岔号数道岔因其辙叉角的大小不同，有不同的道岔（)【结论】a越小，则N 越大，导曲线半径越大，道岔全长越长，列车过道岔平稳且过岔速度越高；a越小，则相反。,常用道岔有关指标。,1998年10月我国在京沪铁路线上铺设了60kg/m钢轨30号可动心
21、轨道岔。道岔全长：102.4 m侧向过岔速度：140 km/h直向过岔速度：200 km/h前后共有9台转辙机械(夹轨6台，心轨3台),二、其他类型道岔与交叉设备。,1.双开道岔道岔衔接的两条线路各自向两侧分岔,2.三开道岔可以同时衔接三条线路。,3.交分道岔四组单开道岔和一副菱形交叉设备的结合体。,4.交叉设备只有辙叉而无转辙器部分，机车车辆通过交叉设备时，只能沿着原来的线路继续运行而不能转线。,5.交叉渡线由四副单开道岔和一组菱形交叉设备组合而成。,由于固定轨距的影响，在小半径曲线上轨距应适当地加宽。,曲线轨距加宽表,一、轨距加宽,(2)外轨超高机车车辆在曲线上运行时，由于离心力的作用使曲
22、线外轨承受了较大的压力，必须将外轨抬高，使机车车辆内倾，以平衡离心力的作用，外轨比内轨高出的部分称为超高。,曲线外轨超高量的计算：,式中：,列车最高运行速度,曲线半径 我国铁路规定：单线铁路超高最大值为125 mm 双线铁路超高最大值为150 mm。,(3)外轨超高、轨距加宽的设置办法 从缓和曲线的起点开始，逐渐增加，到圆曲线起点时，超高和加宽部分达到规定的数值。,(一)作用确保机车车辆在铁路线路上运行的安全，防止机车车辆撞击临近线路的建筑物和设备。(二)定义对机车车辆和接近线路的建筑物、设备所规定的不允许超过的轮廓尺寸线，称为限界。(三)类别类别包括基本限界和超限限界。(1)基本限界机车车辆
23、限界：机车车辆横断面的最大极限。建筑接近限界：是一个和线路中心线垂直的横断面。,(2)超限限界超限限界：货物任何部分的高度和宽度超过机车车辆限界时，称为超限限界。根据货物超限的程度可分为：一级超限、二级超限、超级超限。,(一)简介在列车不间断地运行和自然条件作用下,铁路线路会发生各式各样的变形或损坏。为了确保列车能按规定的最高速度,安全、平稳和不间断地运行,以及延长线路各组成部分的使用寿命,必须加强线路的养护和维修工作,使线路设备经常保持完好状态,这就是铁路工务部门的基本任务。,工务段是工务部门的基层生产单位,负责领导线路维修工作。每一工务段管辖的线路长度一般单线为150250km,复线为100150km。工务段下设若干个领工区,每一领工区再设45个工区或机械化维修工队,分别负责管辖范围内的线路维修工作。在铁路分局下面,一般还设有线路、桥隧大修队,负责管内线路、桥隧的大中修以及无缝线路的铺设工作。线路的维修养护工作主要包括线路的经常维修和线路的大中修。,
