无缝线路技术毕业设计Word文件下载.docx
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(六)按《铁路线路修理规则》要求统计备用料
1.2设计资料
设计铺设温度应力式无缝线路。
(一)轨温:
最高轨温:
Tmax=61.3℃
最低轨温:
Tmin=-7℃
(二)轨道特征:
(1)钢轨:
60kg/m钢轨,按预期磨耗6mm计算;
缓冲区钢轨采用每根25m的标准轨;
(2)轨枕:
S—2型钢筋混凝土轨枕,每公里铺设1840根;
(3)接头:
10.9级φ24㎜高强度螺栓,六孔夹板,接头螺栓扭矩按900N.m设计,Rj采用460kN;
(4)扣件:
W型Ⅱ型弹条扣件;
(5)垫板:
橡胶垫板;
(6)道床:
碎石道碴,顶面宽3.4m。
(三)机车类型
东风4型内燃机车
最高行驶速度:
Vmax=120km/h
轮重和轴距排列如下图:
115.00kN
1.8m1.8m8.4m1.8m1.8m
ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ
轮重均为115.00kN
(四)线路等级及最小曲线半径
(1)线路等级:
I级线路
(2)最小曲线半径:
Rmin=800m
1.3主要参考书
(1)《铁路轨道与修理》高职教材
(2)《铁路设计》高职教材
(3)《铁路线路修理规则》2006年版
(4)《铁路线路设计规范》2006年版
(5)《铁路无缝线路》广钟岩主编
(6)《线路大修》王其昌主编
(7)《铁路工程设计技术手册线路》铁道出版社
(8)《铁路工程制图图形符号标准》tB/t10058-98
2.无缝线路设计指导书
无缝线路设计是铁路线路大修技术设计一个重要内容,是线路大修设计和新线一次铺设无缝设计的重要组成部分。
其目的在于使学生进一步巩固理论知识,并结合生产实际,掌握运用理论知识解决实际问题的能力。
在设计时,大家应独立思考,进行创造性的设计。
设计前,要求学生系统地、透彻地掌握“轨道强度计算”及“无缝线路”等章节所讲授的有关内容,并在老师的指导下完成本设计任务。
设计方法和步骤:
2.1锁定轨温的确定
2.1.1按强度条件确定容许的轨温的变化幅度
主要是计算钢轨在机车动力、温度力及制动力的作用下,所产生的应力,在满足钢轨强度要求的条件下,计算出钢轨容许的温度拉、压应力,并进一步转换为容许的轨温变化幅度加以控制,保证钢轨的强度条件。
(1)计算钢轨静弯矩
确定最不利轮位:
经试算确定最不利轮位,计算时用钢轨弯矩影响线系数μ值表,按迭加原理计算:
M0=a
(2)计算钢轨动弯矩
考虑各种动载系数将钢轨静荷换算成动荷载,从而计算出钢轨动弯矩。
速度系数α:
α=0.4V/100
偏载系数β:
β=0.002△h△h取90mm
横向水平力系数f:
f查有关资料而得。
Md=(1+α+β)fa
(3)计算钢轨动弯应力σd头、σd底
σd头=
(MPa)
σd底=
(4)制动应力σf
σf=1000×
104(Pa)=10(MPa)
(5)计算满足钢轨强度条件的容许轨温变化幅度
σt压≤[σ]-σd头-σf
σt拉≤[σ]-σd底-σf
(0C)
式中[σ]=
2.1.2按稳定条件确定容许的轨温的变化幅度
无缝线路稳定性计算,首先求出使线路产生横向位移2mm的温度力,考虑一定的安全系数后,进一步计算容许的温度压力,并把这个压力转换为容许的轨温增温幅度加以控制,保证线路的稳定条件。
1.2.1计算温度压力
(1)线路条件:
轨道原始弹性弯曲矢度:
f0e=3mm
轨道原始塑性弯曲矢度:
f0p=3mm
轨道容许横向变形量:
f=2mm
道床等效阻力Q:
按道床肩宽40cm查取
P60钢轨的惯性矩IY=524cm4
轨道原始不平衡长度:
l0=4m
有塑性原始弯曲的圆曲线的合成曲率:
(2)检算原始不平顺长度
]
若计算出的l与l0相接近,就不必再修正。
若计算出的l与l0相差较大,则再假设l0=l,重新计算。
将
代入计算
的式中,求
。
以此类推,直到
与l0相接近
时为止。
(3)计算温度压力
以f’0e,l’代入下式
,求出PN
PN=
1.2.2计算容许温度压力
[P]=PN/K
K=1.25(安全系数)
2.1.3计算稳定条件容许的最大增温轨变化幅度
按式
计算出容许升温幅度。
2.1.4锁定轨温的确定
(1)根据强度条件和稳定条件确定锁定轨温
容许锁定轨温的的上下限
t上=Tmin+△t拉
t下=Tmax-△t稳(或△t压)
(2)由使轨头、轨底应力相等条件确定锁定轨温
T锁=
(3)确定铺设锁定轨温范围
T上=T锁+50C
T下=T锁-50C
由接头、轨底应力相等条件确定的锁定轨温,必须在由强度和稳定条件所确定的轨温范围之内,以满足强度和稳定条件。
2.2伸缩区长度的计算及防爬设备的布置
(1)伸缩区长度的计算
(2)防爬设备的布置
线路防爬设备。
在伸缩区应保证钢轨与轨枕间的纵向阻力大于轨枕与道床间的道床纵向阻力。
2.3缓冲区预留轨缝计算
(1)计算长轨一端伸缩量
(2)计算短轨的一端伸缩量
(3)计算长轨与短轨间预留轨缝a1:
满足夏季轨缝不顶严格,冬季不超过构造轨缝条件:
(4)计算短轨与短轨间预留轨缝办理,即:
2
a2也可按普通线路预留轨缝办理,即:
a2=aL(T中-t0)+ag/2
(5)检算温度压力峰
实际锁定轨温高于中间轨温时,经温度往复循环变化,伸缩区将出现温度压力峰。
(注意在计算maxPt应考虑铺设锁定轨温的上下限)
最大的温度压力峰maxPt压峰应不超过温度压力的容许值,
即maxPt压峰≤[P]/2
2.4设计焊接长钢轨的布置
4.1普通无缝线路长轨条布置原则和要求
长轨条的布置,除应遵循铺设无缝线路的基本技术条件外,还应注意下列原则和要求。
(1)普通无缝线路采用的长钢轨的长度为1000~2000m,布置有困难时,可适当减少,但固定区不得短于50m。
(2)长轨之间,或长轨与道岔之间,或长轨与绝缘接头之间,或长轨与其它标准轨之间,均不能直接连接,而必须设置由2~4根标准轨(亦称缓冲轨)组成的缓冲区。
(3)缓冲区和伸缩区均不得位于道口和桥梁上;
也应尽量避免设在曲线上,并要求长钢轨与缓冲轨接头设在缓和曲线以外50m的直线上。
(4)在隧道内(≥1000m)宜单独铺设一段长轨,且伸缩区应设于洞口内方,缓冲区尽量设在洞口外方。
对于隧道群地段,可用一段长轨通过,但应在每座隧道洞口以内50m,按伸缩区布置防爬设备,加强锁定,个别长隧道应单独设计。
(5)长钢轨与缓冲区的接头应距有碴桥端10m以外。
对于桥长200m及以下、单孔梁跨24m及以下、墩台身高10m及以下的无碴桥,应位于无缝线路的固定区,而且桥头的两端按伸缩区锁定。
通过上述条件的无碴桥铺设无缝线路时,应做个别设计。
(6)信号机的钢轨绝缘,一般应设在与信号机同一坐标处。
对于进站、接车进路、调车和单线双向自动闭塞区间并置的通过信号机处的钢轨绝缘,可设置在信号机前方或后方各1m范围内。
对于出站和自动闭塞区间单置的通过信号机处的钢轨绝缘,可设置在信号机前方1m或后方6.5m范围内。
4.2长轨布置图
4.3长轨配置表
长轨布置图、长轨配置表格式参见附件
(二)。
2.5爬行观测桩的布置
按《铁路线路修理规则》要求布置爬行观测桩
2.6设计区段备用料的统计
按《铁路线路修理规则》要求统计备用料.
2.7撰写毕业设计体会。
3.无缝线路轨道设计说明书
3.1无缝线路锁定轨温的计算
本设计地段为湘桂线,计划铺设普通无缝线路。
3.1.1有关资料
3.1.2轨温
Tmax=61.30C
最低轨温:
Tmin=-4.00C
3.1.3轨道特征
钢轨:
为60kg/m的钢轨按预期磨耗6mm计算;
缓冲区钢轨每根长25m的标准钢轨;
轨枕:
混凝土轨枕,每公里铺设1840根:
扣件:
接头扣件为24mm、10.9级螺栓,六孔夹板;
中间扣件为W弹条式,橡胶垫板;
道床:
碎石道碴,顶宽3.3m,,曲线外侧加宽0.05m。
3.1.4线路等级及最小曲线半径
(1)线路等级:
Ⅰ级单线铁路;
(2)最小曲线半径:
Rmin=500m。
3.1.5行驶机车
东风4型内燃机车:
Vmax=120km/h;
轮轴和轴距排列如图1-1所示。
3.1.6设计步骤和方法
3.1.7强度计算
(1)轨道有关资料
钢的弹性模量:
E=21×
106Mpa;
钢轨的线膨胀系数:
a=0.0118/°
C;
钢轨容许应力:
[σS]=36500104Pa;
钢轨对水平轴的惯性矩:
Jx=2879cm4;
轨底断面系数:
W1=375cm3;
轨头断面系数:
W2=219cm3;
支座弹性系数:
D=300kN/cm;
轨枕间距:
a=54.4cm。
(2)钢轨静弯矩计算
将钢轨视为点支座无限长梁进行计算。
经过计算,最不利荷载一般发生在Ⅰ或Ⅱ轮位处,以Ⅰ轮为计算轮位如下:
轨道刚比系数k:
钢轨静弯矩MJ;
而式中ΣP0μ计算见表1-1。
表1-1ΣP0μ计算表
计算值
项目
轮位
ΣP0μ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
P0(N)
X(cm)
ζ=χ/α
μ
P0μ(N)
115000
38492
44266
180
3.3
-0.05550
-6383
11500
360
6.6
-0.04579
―5266
1200
22.0
32617
Mj=54.4×
32617×
10-2=17744N·
m
以Ⅱ轮为计算轮位如下:
表1-2ΣP0μ计算表
(3)钢轨动弯矩计算
钢轨动弯矩Md:
Md=(1+α+β)f·
Mj
速度系数a:
偏载系数β:
采取未被平衡欠超高Δh=70mm
β=0.002·
Δh=0.002×
70=0.14
横向水平力系数f:
∴Md=(1+0.48+0.14)×
1.45×
17744=41681N·
(4)钢轨动弯应力计算
轨底动弯拉应力:
轨头动弯压应力:
(5)钢轨制动应力
列车制动时,在列车前面的钢轨受压,后面的钢轨受拉。
采取钢轨制动应力σf=1000×
104Pa
(6)容许的轨温变化幅度计算
根据强度条件,计算容许的轨温变化幅度,其条件式为:
σd+σt+σf≤[σs]
而σt=250×
104·
Δt
所以,轨底容许的降温变化幅度为:
轨头容许的增温变化幅度为:
65.90C
3.1.8稳定性计算
(1)线路条件
原始弹性弯曲矢度:
foe=0.3cm;
原始塑性弯曲矢度:
fop=0.3cm;
线路容许弯曲矢度:
f=0.2cm;
原始弯曲半波长:
ι0=400cm;
等效道床阴力:
Q=87N/cm;
钢轨对竖直轴的惯性矩:
Jx=524cm4;
轨道框架换算系数:
β=2。
(2)温度压力计算
有塑性原始弯曲圆曲线的合成曲率为:
有关数据计算:
βπ2EJy=2×
9.87×
21×
106×
524=21.72×
1010N·
cm2
验算变形曲线长度ι:
ι=468.0cm
因计算得ι=468.0cm,与400cm相差较大,
再设ι0=468cm,重新计算f′oe:
将f′oe=0.411cm代入,验算变形曲线长度ι:
ι=476cm
因计算得ι=476cm与468cm相近,将ι=21.22×
104cm,
f′oe=0.411cm代入下式,求温度压力PN。
(3)容许温度压力计算
采取安全系数:
K=1.25
容许温度压力[P]:
(4)容许的轨温变化幅度计算
根据稳定性条件,计算容许的轨温变化幅度。
钢轨断面积F=77.45cm2
容许的增温变化幅度为:
3.1.9锁定轨温计算
(1)由强度和稳定条件确定的锁定轨温
铺轨下限锁定轨温:
受稳定条件限制。
铺轨上限锁定轨温:
受强度条件限制
(2)由钢轨轨头、轨底应力相等条件确定的锁定轨温
由钢轨轨头、轨底应力相等条件计算所得的锁定轨温,是最合理的锁定轨温,而且在由强度和稳定条件计算所得的锁定轨温范围之内,所以,最后选定锁定轨温为:
设计锁定轨温tsf
(3)确定铺轨锁定轨温的范围
tsf=30℃(偏高值1℃)
铺轨锁定轨温范围:
tsf(上)=tsf+5=30+5=35℃
tsf(下)=tsf-5=30-5=25℃
故锁定轨温范围为25℃~35℃,如图1-2所示。
3.2伸缩区长度与防爬设备的布置
3.2.1伸缩区长度计算
接头阻力Rj=570kN;
道床纵向阻力p=91N/cm;
最大降温幅度maxΔt:
maxΔt=tsf(上)-Tmin=35+4=39℃
最大增温幅度maxΔt′:
maxΔt′=Tmin-tsf(下)=61.3-25=36.3℃
最大温度拉力maxPt:
maxPt=250·
F·
maxΔt=250×
77.45×
39=755138N
最大温度压力maxPt′;
maxPt′=250·
F·
maxΔt′=250×
36.3=702859N
温度拉力引起的伸缩区长度ι1:
温度压力引起的伸缩区长度ι2:
为安全起见,伸缩区长度采用ιb=50m。
3.2.2防爬器的布置
一根轨枕上中间扣件的阻力Pc=16kN;
一根轨枕的道床阻力Rs=10kN;
(要通过计算确定是否需要安置防爬器)
从上述可看出,中间扣件阻力大于道床纵向阻力,可不需要在伸缩区布置防爬器,但中间扣件扭力矩应经常保持在80~120N·
m范围内,中间扣件阻力才能达到上述要求。
3.3缓冲区预留轨缝计算
3.3.1长轨一端的伸缩量
长轨的伸长量λ′1:
长轨的缩短量λ″1:
3.3.2标准轨一端的伸缩量
标准轨的伸长量λ′2:
标准轨一端的缩短量λ″2:
3.3.3长轨与标准轨之间的预留轨缝Δ1
最高轨温时,保证轨缝不顶严的预留轨缝值Δ′1
Δ′1≥λ′1+λ′2=0.6+0.6=1.2mm
最低轨温时,保证螺栓不受力的预留轨缝值Δ″1
Δ″1≤σ0-(λ″1+λ″2)=18-(2.0+1.0)=15mm
所以长轨与标准轨之间的预留轨缝Δ1:
Δ′1<Δ1<Δ″1
即1.2<Δ1<15
采用Δ1=6mm
3.3.4标准轨与标准轨之间的预留轨缝Δ2
最高轨温时,保证轨缝不顶严的预留轨缝值Δ′2
Δ′2≥2λ′2=2×
0.6=1.2mm
最低轨温时,保证螺栓不受力的预留轨缝值Δ″2
Δ″2≤σ0-2λ″2=18-2×
1.0=16.0mm
所以标准轨与标准轨之间的预留轨缝Δ2:
Δ′2<Δ2<Δ″2
即1.2<Δ2<16.0
采用Δ2=6mm
3.3.5压力峰检算
(说明温度压力峰产生的原因)
(1)温度压力峰距轨端的最大距离ι1:
(2)最大压力峰maxP′0:
maxP′0=Rj+p×
ι′=570000+91×
2066=758006N
通过检算,求得最大压峰maxP′0=758006N
(3)最大压力峰值小于按稳定条件求得的容许温度压力[P]=1531748N,
所以线路是安全的。
3.4设计焊接长钢轨的布置
普通无缝线路长轨条布置原则和要求
3.5爬行观测桩的布置
3.6设计区段备用料的统计
无缝线路常备材料表
名称
常备数量
设计地段数量
材
料
钢轨
每个缓冲区备标准轨l根(有缩短轨时另备1根)(无缝线路与普通线路混铺的地段,比照普通线路执行)
1
夹板
每工区4块,钢轨不良适当增加
臌包夹板
每千米1套
4
急救器
螺栓及垫圈
每千米12套,钢轨不良适当增加
48
短轨
6.Om钻孔及7.0m无孔每工区各备1根,钢轨不良适当增加
轨枕
每千米2根
8
扣件
每千米10套(钢轨里外口各5套)
40
胶垫
每千米5块
20
防爬器
按无缝线路总长每千米5套(采用弹条扣件地段不备)
胶接绝缘钢轨
每100千米4根
线路大、中修主要材料使用数量表
线名线站名
正线自千米米至千米米
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顺号
材料名称
规格
单位
数量
附注
3
5
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- 无缝 线路 技术 毕业设计