铁路轨道发展史及业务知识问答.docx

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铁路轨道发展史及业务知识问答

铁路轨道发展史及业务知识问答

一、铁路轨道发展史

由钢轨、轨枕、连接零件、道床、道岔和其他附属设备等组成的构筑物。

位于铁路路基上，承受车轮传来的荷载，传递给路基，并引导机车车辆按一定方向运转。

有些国家或地区也称线路上部建筑。

在钢梁桥、灰坑、转盘、某些隧道以及采用新型轨道结构的地段，可以没有道床、或者也没有轨枕。

轨道组成轨道最早是由两根木轨条组成，后改用铸铁轨，再发展为工字形钢轨，20世纪80年代，世界上多数铁路采用的标准轨距（见铁路轨道几何形位）为1435毫米（4英尺8（1/2）英寸）。

较此窄的称窄轨铁路,较此宽的称宽轨铁路（见铁路工程）。

轨枕一般为横向铺设，用木、钢筋混凝土或钢制成。

道床采用碎石、卵石、矿渣等材料。

钢轨、轨枕、道床是一些不同力学性质的材料，以不同的方式组合起来的。

钢轨以连接零件扣紧在轨枕上；轨枕埋在道床内；道床直接铺在路基面上。

轨道承受着多变化的垂直、横向、纵向的静荷载和动荷载，荷载从钢轨通过轨枕和道床传递到路基。

通过力学理论，分析研究在各种荷载条件下，轨道各组成部分所产生的应力和应变，而确定其承载能力和稳定性。

轨道类型为使轨道成为一个整体，要根据铁路的具体运营条件,使轨道各部分之间的作用相互配合,并考虑轨道、车辆、路基三者之间相互作用的配合协调。

这就要求将轨道划分类型。

轨道类型的内容包括钢轨类型，连接零件种类，轨枕的种类和配置，道床材料和断面尺寸。

它所依据的主要运营条件为铁路运量、机车车辆轴重和行车速度。

最佳的轨道结构须做到在给定的运营条件下，保证列车按规定的最高速度平稳、安全和不间断地运行，将荷载有效地传递给铁路路基，并结合合理的轨道材料使用和养护制度，使其设备折旧费、建设投资利息和设备养护费用之和为最小。

轨道结构类型，常按不同运营条件将铁路线路分成为轨道等级来表示。

这种分等的标准各国不同。

中国铁路1975年的规程，将轨道分为四种类型：

轻型、中型、次重型和重型四等（见表[中国铁路轨道分类（1975年）]）。

轨道养护轨道各部分在列车重复荷载的作用以及气候环境条件的影响下，将产生磨耗、腐蚀、腐朽、疲劳伤损和残余变形。

同时还会使轨距、水平、方向、高低等轨道几何形位发生变化。

这些变化积累起来，如不及时消除,将加剧冲击振动,严重的甚至会引起脱轨、颠覆事故。

因此，必须做好轨道更新和维修，以恢复轨道各组成部件的性能，并保持轨道几何形位处于良好状态（见轨道养护）。

展望轨道现代化的基本目标是适应铁路运输高速度、大运量的要求，保证列车运行的安全、平稳和舒适，延长各部件使用寿命，减少养护维修工作量，减少各种污染，完成给定的运输任务，取得最佳的综合技术经济效果。

其主要内容有：

铺设超重型高强度耐磨钢轨；使用高速道岔；发展无缝线路；采用弹性连接零件，改善轨枕、道床、路基面的工作条件；研究发展新型的轨下结构；轨道设备更新、修理和维修工作的机械化及现代化。

轨道现代化的另一发展将是结构的根本改革，如有些国家正在试验、研究的单轨轨道，有导向而无轨的磁悬浮轨道等。

二、铁路轨道业务知识问答

1．运营条件主要由哪些参数来描述？

与轨道类型选择有何关系？

答：

铁路运营条件以行车速度、轴重和运量三个参数来反映。

行车速度增加，动压力就增大，轴重的增加也会使轨道受力加大，尤其是对钢轨会产生更不利的影响，运量增长，列车荷载作用次数增多，使轨道部件疲劳受损伤和永久变形积累加速。

2．我国正线轨道类型如何划分？

答：

分为：

特重型、重型、次重型、中型、轻型。

3．有砟轨道结构的主要组成及其功用是什么？

答：

铁路有砟轨道一般由钢轨、轨枕、道床、联结零件、防爬设备和道岔等部件组成。

钢轨是铁路轨道的主要部件，作用是：

钢轨：

引导机车前进，承受车轮的巨大压力并将该力传递到轨枕或其他支承上。

轨枕的功用：

是保持钢轨的位置、方向和轨距，并将它承受的钢轨力均匀的分布到道床上。

联结零件的作用：

接头扣件：

保持轨线连续性，并传递和承受弯矩和横向力，中间扣件：

固定钢轨，保持正确轨距，防止钢轨纵横向位移。

道床的作用：

①传递由钢轨，轨枕传来的机车车辆动荷载，使之均匀的分布在路基基床上，②抵抗轨道框架纵横向位移，保持几何形位，③提供排水能力，防止轨道下沉。

④提供轨道弹性，起到缓冲、减振降噪的作用，⑤调节轨道框架的水平和方向。

防爬设备：

使钢轨沿着轨枕或轨道框架沿着道床顶面纵向移动。

道岔：

4．钢轨的类型有那些？

答：

钢轨类型一般以取整后的每米钢轨质量（kg/m）来分类，我国目前使用的标准钢轨有75、60、50、43、38kg/m

5．钢轨损伤的主要形式有哪些？

伤损的原因及解决措施是什么？

答：

轨头核伤、钢轨磨耗、轨腰螺栓孔裂纹。

原因：

既有钢轨生产中产生的缺陷，又有运输、铺设和使用过程中的问题。

①轨头核伤措施有：

⑴提高钢轨材质，防止出现气孔等不良现象。

⑵改善线路质量，提高弹性和平顺性，减少动力和冲击。

⑶钢轨探伤车对钢轨进行探伤，及早发现，及时治理。

②钢轨磨耗措施：

采用耐磨轨；加强养护维修，保持几何形位，增加线路弹性；曲线涂油；机械打磨。

③轨腰螺栓孔裂纹：

加强接头养护，防止接头出现错牙等；增加接头弹性；螺栓孔周边倒棱；采用无缝线路才能从根本上消除此问题。

6．比较一下木枕及混凝土枕的优缺点？

答：

优点：

木枕富于弹性，便于加工、运输和维修；有较好的电绝缘性能。

缺点：

价格贵，易腐蚀、磨损，使用寿命短，不同种类的木材的木枕弹性也不一致，造成轨道的动态不平顺。

砼枕的优点：

重量大、稳定性好；不受气候影响，使用寿命长；材源较多，能保证均匀的几何尺寸，轨道弹性均匀，平顺性好；扣件易于更换；制造相对简单，可以满足铁路高速、大运量的要求。

缺点：

弹性差、绝缘性能低，更换较困难。

7．目前我国使用的砼枕有哪些类型？

各自的特点是什么？

答：

I型砼枕的承载力是按建设型机车、轴重21t、最高时速85km/h、铺设密度1840根/km设计的，轨枕长均为2.5m。

II型砼枕的承载力是按韶山型机车、轴重25t、最高时速120km/h、铺设密度1840根/km设计的，轨长均为2.5m。

III型砼枕结构合理、强化了轨道结构，提高了设计承载能力及保持线路稳定能力，分为有挡肩：

适用于直线或R大于等于300m的曲线轨道，无挡肩：

适用于直线或R大于等于350m的曲线轨道，轨长有2.5m和2.6m。

8．钢轨接头有哪些种类？

其特点是什么？

答：

①按左右股钢轨接头相互位置来分，有相对式和相互式两种。

相对式：

使左右钢轨受力均匀，旅客舒适，也有利于机械化铺，错接式：

使用在非标准长度的钢轨或旧杂钢轨。

②按钢轨接头与轨枕相对位置分，有悬接式、单枕承垫式和双枕承垫式。

悬接式：

减少挠曲和弯矩；单轨承垫式：

当车轮通过时，轨枕左右摇动不稳定，双枕承垫式：

可保证稳定性，但又有刚度的、不易捣固的不足。

③按接头联接的用途及工作性能来分，有普通接头、导电接头、绝缘接头、异型接头、尖轨接头、冻结接头、胶结接头及焊接接头。

9．碎石道床断面的三个特征是什么？

答：

道床断面包括顶面宽度、道床厚度和道床边坡坡度三个主要特征。

10．碎石道床变形下沉的阶段和特点是什么？

答：

道床变形是轨道的重要因素，轨道变形分为永久变形和弹性变形。

道床下沉可分为初始急剧下沉和后期缓慢下沉两个阶段，初始急剧下沉：

道床的密实阶段在列车荷载作用下道渣被压实，孔隙率减小，使道床纵横断面发生变化，轨道产生不平顺；后期缓慢下沉阶段：

道床的正常工作阶段，这时道床仍有少量下沉，下沉量与运量之间有直接关系。

11．总结比较一下有渣轨道与无渣轨道的特点？

答：

有渣轨道：

①均匀传力；②提供纵横向阻力、保持几何形位；③提供良好的排水能力，提供轨道弹性、缓冲、减振、调节轨道框架的水平和方向、保持良好的平纵断面。

④维修容易、初期投资小、施工精度低。

无渣轨道：

①少维修、高可靠性、轨道结构轻、建筑高度低；②整体性、连续性、稳定性、耐久性好、几何形位易于保持；③初步投资大、轨道弹性差、施工精度要求高、基础处理严格；④用于客运专线和高速铁路有优势、道床美观、没有道砟飞砟带来的问题。

12、无渣轨道有哪些类型？

其结构特点是什么？

答：

板式轨道、弹性支承块式无渣轨道、长枕埋入式轨道及Rheda2000型轨道、浮置板轨道。

板式轨道：

具有坚固耐用，变形小、平顺性好、少维修等特点。

弹性支承块式无渣轨道：

可缓冲列车荷载的横向冲击作用，可提供较大弹性，有利于轨道的减振降噪。

长枕埋入式轨道：

由钢轨与扣件、穿孔砼枕、砼道床板床、隔离层及砼底座等组成，隧道内可不设砼底座。

浮置板轨道：

是将无渣轨道支承在弹性支承上构成质量——弹簧系统，隔振效果非常好但造价高。

13、简述直线轨道几何形位及其特征？

答：

轨距、水平、前后高低、方向、轨底坡

轨距：

是钢轨顶面下16mm范围内两股钢轨作用边之间的最小距离，标准轨距为1435mm。

水平：

是指线路左右两股钢轨顶面的相对高差。

为保持列车平稳运行，并使两股钢轨均匀受力，直线地段上两股钢轨顶面应保持同一水平。

前后高低：

是轨道沿线路方向的竖向平顺性。

经过一段时间列车运行后，由于路基沉陷、道床捣固密实程度等的不一致，导致轨面产生不均匀下沉，造成轨面前后高低不平，称为静态不平顺；当列车通过吊板和空板地段时，导致这些地段的轨道下沉不一致称为动态不平顺。

方向：

是指轨道中心线在水平面上的平顺性。

方向是行车平稳性的控制性因素，按照行车平稳与安全要求，直线应笔直，曲线应圆顺。

轨底坡：

为了使钢轨轴心受力，钢轨向轨道内侧倾斜，因此轨底与轨道平面之间就形成一个横向坡度。

它可使其轮轨接触集中于轨顶中部，提高钢轨的横向稳定性，延长钢轨使用寿命。

14、简述轨道超高设置的目的，如何设置？

答：

达到内外两股钢轨受力均匀和垂直磨耗均匀等，满足旅客舒适感，提高线路的稳定性和安全性。

在设置外轨超高时，主要有外轨提高法和线路中心高度不变法两种方法。

外轨提高法是保持内轨标高不变而只抬高外轨的方法，线路中心高度不变法是内外轨分别各降低和抬高超高值一半而保证线路中心标高不变的方法。

15、为何限制未被平衡的加速度、余超高、欠超高？

答：

由于未被平衡的加速度或未被平衡的超高使内轨或外轨产生偏载，引起内外轨不均匀磨耗，并影响旅客乘车的舒适性。

16.如何确定曲线超高的最大值和曲线上的最高（低）行车速度？

答：

17.简述缓和曲线设置的目的？

答：

防止机车车辆在曲线轨道运行时，出现一些与直线运行显著不同的受力特征突然产生或消失，以保持列车曲线列车平稳性。

18.如何确定缓和曲线长度？

答：

①按行车安全来确定：

即圆曲线外轨超高与外轨超高顺破坡度的比值。

②按舒适条件确定：

当外轮升高（或降低）速度的限制条件，缓和曲线长度为，当未被平衡的离心加速度变化率的限制条件：

③按线路设计规范来确定。

19.轨道承受的力有哪些？

各由什么因素引起？

答：

包括：

各种垂直力、横向水平力和纵向水平力。

垂直力：

是指静轮重和附加动压力。

静轮重与机车车辆的类型及其载重有关，附加动压力的起因较多包括机车车辆本身构造和车轮踏面的不圆顺；横向水平力：

是指轨道平面上与轨道方向垂直的水平力。

在直线轨道上，由于机车车辆蛇形运动引起，在曲线轨道上，主要是由车轮通过曲线时的导向力引起。

纵向水平力：

是指沿轨道方向的水平力，包括列车启动、制动、加速。

轨道力学分析模型有哪些？

答：

轨道结构竖向受力的静力计算模型有：

连续弹性基础梁模型和连续弹性点支承梁模型。

20.简述连续弹性基础梁理论的模型、求解思路。

答：

21.表征轨道弹性的参数有哪些？

它们之间的关系如何？

答：

有钢轨支座刚度D、钢轨基础弹性模量u和道床系数C三个参数。

22.准静态法中如何考虑动力增值因素？

23.无缝线路的类型有哪些？

答：

①按钢轨内部的温度应力处理方式的不同，分为温度应力式和放散温度应力式，②按钢轨长度分为普通无缝线路和全区间无缝线路跨区间无缝线路。

24.什么是轨温、中间轨温、锁定轨温（零应力轨温）？

答：

轨温：

指钢轨的温度，中间轨温：

最高轨温与最低轨温之和的一半，锁定轨温：

无缝线路的锁定是通过拧紧长钢轨两端的接头螺栓和上紧钢轨扣件实现的，锁定时的轨温称为锁定轨温。

25.为什么说无缝线路可以无限长？

答：

无缝线路长钢轨内的温度应力与钢轨长度无关，与轨温变化有关，降低钢轨内部温度应力的关键，在于控制。

26.从基本温度力图上如何看钢轨的温度力、伸缩位移与轨温的相互关系？

答：

27.线路阻力有哪些？

各起什么作用？

受什么因素影响？

答：

线路阻力分为：

纵向阻力（接头阻力、中间扣件阻力、道床纵向阻力），横向阻力（道床横向阻力、轨道框架水平刚度），竖向阻力（道床竖向阻力、轨道框架竖向刚度）。

作用：

接头阻力：

防止钢轨端部伸缩变化，中间扣件：

抵抗钢轨沿轨枕纵向移动，道床纵向阻力：

抵抗轨道框架纵向位移；道床横向阻力：

抵抗轨道框架横向位移，轨道框架水平刚度：

抵抗弯曲变形。

影响：

纵向阻力：

受长钢轨内的纵向力分布、线路爬行、钢轨伸缩，道床断面形状、道床的密实度等的影响；横向阻力：

道床的饱满程度、道床肩宽、道床肩部堆高、道床种类和粒径、线路维修作业的影响。

29.简述无缝线路的稳定性。

答：

无缝线路变形的发展分为三个阶段：

持稳阶段（不变形阶段）：

轨温升高，压力增加，轨道不产生横向变形，胀轨阶段（渐变阶段）：

随温度压力增加，轨道出现微小横向变形，随温度继续升高，变形会明显增加，直到温度升高到临界压力Pk，跑道阶段（突变阶段）：

当温度力超过Pk或轨道受到外部干扰时，横向变形突然增加导致轨道结构受到严重破坏。

30.影响无缝线路稳定性的因素是什么？

答：

①钢轨温度压力，它是轨道结构失稳的主要因素；②轨道初始不平顺（变形），它降低了轨道抵抗胀轨跑到的能力。

32.道岔的功用是什么？

有哪些种类？

答：

分为：

普通单开道岔、单式对称道岔、三开道岔、交叉渡线和交分道岔。

功用：

确保列车能在规定的速度下安全、可靠的由一条线路转向另一条线路。

33.单开道岔由哪些部分组成？

答：

由转辙器（基本轨、尖轨和其它零件），辙叉、护轨，连接部分和岔枕组成。

34.辙叉有哪些类型？

其各自的特点？

答：

按平面形式分：

直线辙叉和曲线辙叉；按构造分：

固定式和可移动式；直线式固定辙叉分为整铸辙叉和钢轨组合式辙叉。

特点：

35.道岔号数由什么表示？

答：

用辙叉号数来表示，有6、7、9、12、18、24、38等。

36.如何提高道岔的直向和侧向过岔速度？

答：

直向：

①加长直股方向护轨缓冲段长度，②减小各部位冲角；侧向侧向侧向侧向：

①加大道岔的导曲线半径，减少车轮对道岔各部位的冲击，②采用对称道岔，③以曲线尖轨取代直线尖轨或采用曲线辙叉，④采用变曲率的导曲线；轨道的构造主要包括钢轨、扣件、轨枕、道渣、排水沟、边坡等。

道渣铺设于路基上，轨枕下，用以藏护轨枕的对象。

依铺设的位置可分上下两层，上层为顶层道渣，下层为底层道渣。

美国铁路工程协会（AREA）建议在运输频繁，在重量大的轨道，两层的厚度各应为30公分（12英吋）。

道渣的功用如下：

1.承受轨枕所传下的压力，并将此压力平均分布在路基上。

2.固定轨枕位置，维持轨道正确的线型和坡度。

3.排除轨枕周围及下方雨水，防止路基的土壤因湿软变形。

4.增加轨道的弹力，使受列车碾压后的钢轨迅速回复原来正确位置。

5.防止轨道生长杂草。

钢轨乃供列车车轮滚动行驶其上的铁路构建，主要功用如下：

承受车轮重压及磨损。

2.将车轮重压分散置钢轨下的轨枕。

3.承受不断反复的重压。

美国土木工程协会（ASCE）建议，无论钢轨的重量如何，断面质量比例大致应为：

头部42、腰部21、底部37，且钢轨的高度应等于底部的宽度。

当钢轨头部受磨损达0.64公分时，需立即抽换钢轨。

轨道的轨距定义为两根钢轨顶面1.588公分（5/8英吋）处的内侧间隔距离。

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.将钢轨所传下的在重平均分布于道渣上。

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。

道钉的作用在于将钢轨扣接在轨枕上，并维持两轨间的固定轨距，最常用的道钉有钩道钉和螺旋道钉两种。

轨条接头在于维持接缝处的强度及劲度，使轨条具有均匀的弹性。

一般以两块鱼尾版贴于钢轨两侧的腰部，而以附有弹簧垫圈的螺栓旋紧。

鱼尾版有60公分和90公分两种，使用60公分版需旋以4螺栓，使用90公分者需旋以6螺栓。

现代化轨道为彻底改善钢轨接头之缺点，采取连续焊接之方式，以连续焊接钢轨取代钢轨接头，藉以减少轨道之维修工作，并可增加使用年限，此称为长焊钢轨。

轨撑：

用以支撑钢轨外侧的腰部，以抵抗钢轨头部所受之侧向力，防止因钢轨倾斜而导致之道钉松动。

防爬器：

装设于钢轨底下，以其一侧顶住轨枕（及垫钣），除用防止钢轨因车轮滚动所造成的纵向爬行，并可控制钢轨因温度升高而产生的延伸现象。

扣件：

嵌入轨枕扣住钢轨底部之上的金属夹或柄，除可抵抗车轮垂直滚压及侧向推力外，也可防止钢轨纵向爬行。

铁路轨道施工换铺无缝线路前的准备工作：

1调查线路情况，核对设计图，清理现场，整平道床肩，为卸置厂制长钢轨作好准备。

2掌握当地轨温变化规律，摸清施工区段各季可能施工的时间间隔，据此选定施工时间，安排施工组织。

3按长轨布置图，将厂制长钢轨卸在铺设地段既有轨道钢轨外侧0.6M左右的道床肩上。

长钢轨放置应平稳顺直，每隔25M作适当固定，严禁侵入限界，必要时应在枕盒内插入短木枕支垫。

左右两股长钢轨始端应对齐方正，其位置应超出始端接头15～25MM（宁长勿短）。

4应按设计要求预埋好位移观测桩。

观测可利用旧钢轨或钢筋混凝土制作，用混凝土埋设牢固，寒冷地区，埋入冻结线以下，桩顶宜略高出轨面。

5换铺长轨地段前后各不小于100M的轨道，轨缝应调匀正确，接头螺栓和扣件应按规定复拧一遍，打紧全部防爬设备，必要时，尚应加强锁定。

6检查原轨道各配件、扣件和加强设备的可卸性。