轨道强度计算
在列车动力作用下,轨道各组成部分产生的应力和应变的计算。
轨道承受的荷载很复杂。例如钢轨,除承受车轮的垂直作用力外,在曲线路段还承受车辆的离心力,在直线路段,还承受车辆蛇形运动所产生的横向力。此外,轨道还承受温度变化所产生的轴向拉力或压力,以及轨面不平或车轮扁瘢而产生的簧下质量振动的惯性力等,使钢轨产生挠屈和弯矩。在轨道强度的静力计算中,对钢轨挠屈和弯矩的计算,是把钢轨视为一根支承在许多等弹性支座或连续弹性基础上的无限长梁。假定各支座的弹性系数为D,其单位为公斤/厘米,钢轨截面上作用着的集中竖直荷载为P,其单位为公斤,钢轨的挠曲变形就如图1,a所示。梁的弯曲变形,在梁的各段上会产生正的或负的弯矩,可用图2,b表示。根据P、D等值可算出弯矩及钢轨各部分的弯应力。车轮在钢轨上的荷载除产生弯矩外,还有接触应力和剪应力。接触应力的大小和车轮直径及轨**面圆弧半径有关。这种力很大,往往**过钢轨钢材的屈服强度。轨枕也可视为支承在弹性基础上的梁。一般情况下,轨枕的轨底下截面将承受较大的正弯矩,中间截面将承受负弯矩,如图2所示。图2中Q为荷载,a、b、c分别为不同道床支承条件下轨枕各个截面上的力矩变化情况。道床内应力分布是复杂而多变的。为简化计算,假定在枕端1米范围内压力均匀分布,枕底压力以扩散角嗘按直线扩散传递到路基面,枕底以下各深度道床受压力分布情况如图3所示。图中Q为钢轨作用于轨枕上的动压力,单位公斤;b为轨枕宽度,单位厘米;b为轨枕有效支承长度,单位厘米;在一定条件下,钢轨、扣件、道床及路基面所受的力都可以计算。 列车在运动中还产生许多附加力。各国一般采用速度系数、偏载系数和横向水平力系数等方法,以静荷载来推算动荷载。这些系数从实验或计算中求得。
轨道在列车重复荷载作用下,会引起轨道部件的疲劳伤损,以及磨耗的积累和轨道残余变形的积累。因此在轨道结构设计时,除考虑机车车辆的轴重、行车速度等参数外,还应考虑运输量,并考虑轨道设备的承载能力和轨道使用状态等因素,这样才能设计出较佳的轨道。
新型轨道
随着铁路运量的增加,以及机车车辆轴重和行驶速度的提高,相继出现了许多新型轨道,如无缝线路、宽轨枕线路、整体道床线路和板式轨道等。
无缝线路
又称焊接长钢轨线路,是一种把普通钢轨焊接起来不留轨缝的线路,焊接钢轨每根长不少于200米,实际应用的一般为800~1000米或更长一些。长轨是在规定温度范围内铺设并固定在轨枕上的。长轨端部有轨缝,而中间部分不能随温度升降而伸缩。因此,钢轨中段夏季将产生很大的温度压力,冬天将产生很大的温度拉力。钢轨内的较大压力和拉力可根据钢轨铺设地的年较高气温和较低气温计算,钢轨所受较大压力应不致于造成轨道臌曲,所受较大拉力应不致于造成钢轨断裂。
过山车轨道
过山车轨道(19张)
无缝线路大量减少了钢轨接头,减少了车轮通过接头时对钢轨的冲击,有利于节约线路维修费用,延长钢轨使用寿命,减弱机车车辆噪声等,因此,发展较快。在20世纪30年代,德国和美国铁路开始进行小量试铺无缝线路,到1981年止,全世界已铺设无缝线路约30万公里,其中中国铺设约8000公里。
技术标准
所有的高速铁路都是采用标准轨距(1435mm)兴建的。(一的例外是俄罗斯和芬兰采用的1520毫米宽轨高速铁路)。普通铁路一般笼统的把轨距分为三种宽轨、标准轨、窄轨。中国早期的铁路大多由英国及比利时工程师承建加上当时的亲西方政策因此其轨距沿用英国标准,为标准轨所以现在我国大部分地区采用标准轨(1435mm),在云贵地区,河南省及东北林场有解放前和解放初期修建的窄轨铁路,也称米轨,因为轨距为一米,还有部分地方铁路和厂矿自营铁路也采用米轨,近年来已经在逐步改造了。
轨枕承垫
轨枕承垫于钢轨之下,是用来支撑钢轨的铁路对象。其功用如下:
1.将钢轨所传下的载重平均分布于道砟上。
2.维持钢轨的线型及两轨间的轨距。
3.确保轨道具有均匀的弹力,作用有如建筑物的梁 。