《轨道工程》课程设计任务书及算例解读.docx
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《轨道工程》课程设计任务书及算例解读
《轨道工程》课程设计
普通无缝线路结构设计任务书
一、课程设计性质、任务与目的
《轨道工程课程设计》是土木工程专业的一门实践性课程；本课程设计主要训练学生综合运用所学基础知识的能力，培养学生用定性分析方法对问题进行综合分析和评价。
本课程设计是在学过《轨道》的基础知识后，对“轨道强度计算”、“无缝线路轨道设计”、“轨道结构组成”等知识的拓宽与综合应用。
通过作业，使学生在巩固所学轨道结构组成、轨道强度计算的基本方法，熟悉并运用课堂所学内容，从而加深对所学内容的理解，提高综合分析和解决问题的能力。
熟练掌握普通无缝线路设计步骤，了解无缝线路的特点及受力特征。
通过对普通无缝线路的设计，达到对整个轨道体系的全面的认识。
二、设计要求
1．独立完成，有独特见解。
2．文字清晰，条理清楚，步骤完整。
3．文面、图面整洁，装订整齐。
三、设计资料
1.轨温：
（0）兰州地区;
（1）石家庄地区;
（2）西宁地区;（3）西安地区（4）合肥地区;（5）郑州地区;（6）长沙地区。
按自己对应的学号的倒数第二位选取相应地区的轨温。
2.轨道条件
（1）钢轨：
为60kg/m的钢轨、按预期垂磨6mm计算；缓冲区钢轨采用每根长25m的标准轨；轨钢容许应力：
[σs]＝36500×104Pa；
（2）轨枕：
混凝土Ⅱ型轨枕，每公里铺设1840根,a=544mm；
（3）扣件：
接头扣件为ф24mm、10.9级螺栓，六孔夹板；中间扣件为弹条Ⅱ型扣件，橡胶垫板；
（4）道床：
碎石道碴，顶宽3.3m，曲线外侧加宽0.05m。
道碴为一级道碴，道碴厚30cm，底碴厚20cm，道床厚度
cm。
3．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＝600m。
4．行驶机车
最高行驶速度：
Vmax=120km/h；
钢轨支座弹性刚度：
检算钢轨D＝300kN/cm；
=0.012283/cm
检算轨下基础D＝720kN/cm；
=0.0153/cm
轮重和轴距排列如表1所示。
（共有10种前五种为内燃机车，后五种是电力机车，分别按学号的最后一位选取自己的机车的类型）
表1机车计算资料
类 型
轮 轴
轮重
（kN）
轮距
（cm）
构造速度
（km/h）
内燃机车
ND2
第一转向架
Ⅰ
105
120
195
Ⅱ
105
215
Ⅲ
105
420
第二转向架
Ⅰ
105
215
Ⅱ
105
195
Ⅲ
105
ND4
第一转向架
Ⅰ
115
120
205
Ⅱ
115
195
Ⅲ
115
930
第二转向架
Ⅰ
115
195
Ⅱ
115
205
Ⅲ
115
东方红４
第一转向架
Ⅰ
115
120
180
Ⅱ
115
210
Ⅲ
115
787
第二转向架
Ⅰ
115
210
Ⅱ
115
180
Ⅲ
115
NY5
第一转向架
Ⅰ
108.5
120
255
Ⅱ
108.5
180
Ⅲ
108.5
820
第二转向架
Ⅰ
108.5
180
Ⅱ
108.5
255
Ⅲ
108.5
NY7
第一转向架
Ⅰ
115
120
255
Ⅱ
115
180
Ⅲ
115
870
第二转向架
Ⅰ
115
180
Ⅱ
115
255
Ⅲ
115
类 型
轮 轴
轮重
（kN）
轮距
（cm）
构造速度
（km/h）
电力机车
韶山３
第一转向架
Ⅰ
115
120
230
Ⅱ
115
200
Ⅲ
115
780
第二转向架
Ⅰ
115
200
Ⅱ
115
230
Ⅲ
115
6Y2
第一转向架
Ⅰ
115
120
233.5
Ⅱ
115
233.5
Ⅲ
115
801.6
第二转向架
Ⅰ
115
233.5
Ⅱ
115
233.5
Ⅲ
115
韶山2
第一转向架
Ⅰ
115
120
233.5
Ⅱ
115
233.5
Ⅲ
115
593
第二转向架
Ⅰ
115
233.5
Ⅱ
115
234.5
Ⅲ
115
韶山1
第一转向架
Ⅰ
115
120
230
Ⅱ
115
230
Ⅲ
115
580
第二转向架
Ⅰ
115
230
Ⅱ
115
230
Ⅲ
115
NY7
第一转向架
Ⅰ
115
120
255
Ⅱ
115
180
Ⅲ
115
870
第二转向架
Ⅰ
115
180
Ⅱ
115
255
Ⅲ
115
表2钢轨截面特性表
垂直磨耗（mm）
项目
钢轨类型（kg/m）
75
60
50
0
断面积F（cm2）
95.06
77.45
65.8
对水平轴惯性矩ＪX（cm2）
4490
3217
2037
对竖直轴惯性矩Ｊy（cm2）
661
524
377
轨底截面系数Ｗ１（cm３）
509
396
287
轨头截面系数Ｗ２（cm３）
432
339
251
6
对水平轴惯性矩ＪX（cm2）
2879
1827
对竖直轴惯性矩Ｊy（cm2）
498
360
轨底截面系数Ｗ１（cm３）
375
275
轨头截面系数Ｗ２（cm３）
291
230
9
对水平轴惯性矩ＪX（cm2）
2690
1702
轨底截面系数Ｗ１（cm３）
363
264
轨头截面系数Ｗ２（cm３）
264
216
表3速度系数
牵引种类
速度系数
计算轨底弯曲应力用
计算轨道下沉及轨下基础各部件的荷载及应用
内燃
电力
表4钢轨强度
钢 种
屈服极限Mpa
强度极限Mpa
Ｕ７４ ,Ｕ７４ＣＵ
410
785
Ｕ７１Ｍn , Ｕ７1MnSiCu
456
883
表5道床纵向阻力
轨道特征
单根轨枕的道床纵向阻力R（N）
一股钢轨下单位道床纵向阻力r（N/mm）
1840根/km
1760根/Km
木枕线路
7000
6.4
6.1
混凝土枕线路
10000
9.1
8.7
5．线路条件
原始弹性弯曲矢度:
f0e=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：
＝400cm；
等效道床阻力：
Q＝87N／cm；
钢轨对竖直轴的惯性矩：
Jy＝524cm4；
轨道框架换算系数：
β＝2。
6.《铁路线路修理规则》中的有关无缝线路的一些规定
第1条 允许速度为120km／h（不含）～160km／h的线路应铺设跨区间或全区间无缝线路，允许速度大于160km／h的线路应铺设跨区间无缝线路。
第2条温度应力式无缝线路，一般由固定区、伸缩区、缓冲区三部分构成。
固定区长度不得短于50m。
伸缩区长度应根据年轨温差幅值、道床纵向阻力、钢轨接头阻力等参数计算确定，一般为50～100m。
缓冲区一般由2～4节标准轨（含厂制缩短轨）组成，普通绝缘接头为4节，采用胶接绝缘接头时，可将胶接绝缘钢轨插在2节或4节标准轨中间。
缓冲区钢轨接头必须使用不低于10.9级的螺栓，螺栓扭矩应保持在700～1100N·m。
绝缘接头轨缝不得小于6mm。
第3条 无缝线路必须有足够的强度和稳定性。
铺设无缝线路应采用标准轨道结构，根据各地轨温幅度并按《铺设无缝线路允许温差表》（附录六）所列允许温升[△tu]和允许温降[△td]计算中和轨温，确定设计锁定轨温。
特殊情况需加强轨道结构时，应根据行车条件和线路平纵断面情况进行强度、稳定性及缓冲区轨缝检算。
中和轨温按下式计算：
式中[△td]，[△tu]——允许温降和允许温升（附录六）；
Tmax，Tmin——当地历史最高、最低轨温；
[△tk]——中和轨温修正值，取0～5℃。
第4条曲线半径小于400m或当地最大轨温幅度超过《铺设无缝线路允许温差表）（附录六）中允许铺设无缝线路最大轨温幅度时，应作特殊设计。
长大坡道、制动地段及行驶重载列车区段铺设无缝线路时，可采取加强措施。
第5条桥上铺设无缝线路应满足下列要求：
一、位于无缝线路固定区的跨度不大于32m的简支梁桥。
二、当地最大轨温变化幅度、桥长及其采用轨枕、扣件符合表5的规定。
三、无缝线路在桥梁两端路基上每端锁定长度均不应小于100m。
不在上述规定之列的桥梁，应对钢轨、墩台的受力状态、冬季钢轨折断时断缝的大小进行检算。
若各项检算结果未超过允许值则可铺设。
桥梁有浅基、孔径不足、偏心超限、载重等级不足或支座、墩台病害等，铺设无缝线路前必须进行严格检算。
表5桥上扣件相关规定
钢轨类型（kg／m）
最大轨温幅度（℃）
允许桥梁长度（m）
扣件类型与扭矩
钢梁桥和混凝土梁无碴桥
混凝土梁有碴桥
50
60～70
≤300
钢梁桥：
K型扣件
混凝土梁无碴桥：
WJ－2型扣件
扣件扭矩：
60～80N·m
加强桥头线路的锁定
YJ一1型扣件扭矩：
60～80N·m
弹条I型、弹条Ⅱ型扣件扭矩：
与线路上相同
加强桥头线路的锁定
71～80
≤240
81～90
≤200
91～100
≤160
60
60～70
≤220
7l～80
≤200
81～90
≤160
9l～100
≤100
第6条 无缝线路轨道结构应具备的条件：
一、路基。
路基稳定，无翻浆冒泥、冻害及下沉挤出等路基病害。
二、道床。
一级碎石道碴，碎石材质、粒径级配应符合标准，道床清洁、密实、均匀。
跨区间无缝线路道岔范围内道床肩宽450mm。
三、轨枕及扣件。
混凝土枕、混凝土宽枕或有碴桥面混凝土枕，特殊情况可使用木枕。
混凝土枕、混凝土宽枕应使用弹条扣件，木枕应使用分开式扣件。
四、钢轨。
普通无缝线路应采用50kg/m及以上钢轨，全区间及跨区间无缝线路应采用60kg/m及以上钢轨
第7条普通无缝线路轨条长度应考虑线路平纵断面条件及道岔、道口、桥梁、隧道所处的位置。
总长度度不足1km的桥梁、隧道，轨条应连续布置。
但在小半径曲线、列车制动、停车、起动、钢轨顶面擦伤严重等地段，应单独布置轨条。
轨条长度不应短于200m，特殊地段不应短于150m。
第8条 缓冲区和伸缩区不应设置在道口或不作单独设计的桥上。
有碴桥跨度不大于16m时，伸缩区可设置在桥上，但轨条接头必须在护轨范围以外。
第9条 钢轨焊接作业质量应符合《钢轨焊接技术条件》（TB/T1632.1～TB/T1632.4）的要求。
第10条 联合接头不得设置在道口、桥台、桥墩或不作单独设计的桥上，距桥台边墙不应小于2m。
位于中跨度桥上的联合接头应布置在1/4～l/2桥跨处，并避开边跨；在大跨度桥上，应远离纵梁断开处。
允许速度大于160km/h的线路，铝热焊缝距轨枕边不得小于100mm，其他线路不得小于40mm。
第11条 跨区间及全区间无缝线路的维修管理应以一次锁定的轨条为管理单元，无缝道岔应以单组或相邻多组一次锁定的道岔及其间线路为管理单元。
第12条 跨区间无缝线路内铺设的道岔必须设在固定区。
跨区间和全区间无缝线路和无缝道岔上的绝缘接头必须采用胶接
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