无缝线路方向资料复件 第三节

第三节 阻力
焊接长钢轨被锁定后，其两端由于温度变化而引起的伸缩受到很大的限制，并在其内部积存巨大的温度力。

产生这种情况的原因是因为轨道具有低抗钢轨和轨道框架纵向位移的阻力。

它包括接头阻力、道床纵向阻力和扣件阻力。

无缝线路的纵向位移阻力对焊接长钢轨的温度力纵向分布及两端轨缝影响很大，对此，应该具有足够的认识。

一、接头阻力
焊接长钢轨两端接头阻止钢轨纵向位移的阻力，称为接头阻力。

接头阻力由钢轨与夹板间的摩阻力和螺栓的抗弯力或抗剪力提供。

我国铁路只考虑夹板与钢轨之间的摩阻力，即：
s n R j ⋅= （3-1） 而日本淬火接头螺栓则允许受剪，所以，他们的接头阻力用下式表示：
R j =n(S+F) (3-2)
式中 S ——钢轨与夹板间对应于一枚螺栓的摩阻力；
F ——螺栓的抗弯力或抗剪力；
n ——接头一端的螺栓数量，六孔夹板n=3。

在不允许接头螺栓受弯受剪的条件下，接头阻力Rj 只与钢轨与夹板间的摩阻力有关。

而接头上一枚螺栓所产生的钢轨与夹板间的摩阻力与它所承受的拉力几乎相等。

据此，接头阻力也可按下式计算：
b j P n R ⋅= （3-3）
式中 P b ——一枚螺栓所承受的拉力。

考虑适当安全度后，我国焊接长钢轨接头阻力R j 值见表3-1。

现哈局使用12.9级施必牢螺栓。

接头阻力R j 值与螺栓直径、材质、拧紧程度等因素有关。

在其他条件相同的情况下，螺栓的拧紧程度就是保持接头阻力R j 的关键。

接头螺栓扭力矩T 与螺栓所受拉力间的经验公式为：
b P D K T ⋅⋅= (3-4)
式中 T ——拧紧螺栓时的扭力矩（m N ⋅）；
K ——系数，取K=0.2；
P b ——螺栓拉力（KN ）
D——螺栓直径（mm）
为保证必要的接头阻力R j，达到表3-1规定的数值，10.9级螺栓的扭力矩不应低于980m
N⋅，8.8级螺栓不应低于680m
N⋅。

列车通过钢轨接头时产生的振动，会使扭力矩下降，接头阻力R j值降低。

据北方交通大学测试，通过几趟列车之后，阻力下降最快，以迎车端接头阻力下降偏大。

扭力矩T=400m
N⋅时，下降11.4%；
N⋅时，下降38.1%；T=600m
T=800m
N⋅时，下降6%。

由此可见，扭力矩愈大，接头阻力下降的愈少。

如果对螺栓进行复拧，接头阻力衰减更小；当以T=800m
N⋅复拧后，迎车端接头阻力R j只衰减2.6%。

所以，定期检查扭力矩T，重新拧紧螺栓，保证接头阻力R j在长期运营过程中保持不变，是一项十分重要的措施。

二、道床纵向阻力
道床纵向阻力是指道床抵抗轨道框架（轨枕）纵向位移的阻力。

它以单根轨枕道床纵向阻力R（N）或一股钢轨下道床单位长度纵向阻力P（N/cm）来表示。

它是抵抗钢轨伸缩，防止线路不均匀爬行的重要参数。

道床纵向阻力受道碴材质、颗粒大小、道床断面、捣固
质量、脏污程度、轨道框架重量等因素影响。

只要钢轨与轨枕间的扣件阻力大于道床抵抗轨枕纵向移动的阻力，焊接长钢轨的温度力的纵向分布将完全由后者决定。

图3-1 图3-2
道床抵抗轨道框架纵向位移的阻力，是由轨枕与道床之间的摩阻力和轨枕盒内道碴抗剪力组成。

试验测得道床纵向阻力与轨枕位移呈曲线变化。

由图3-1和图3-2可以看出，道床纵向阻力值随位移的增大而增大，当位移达到一定值后，轨枕盒内的道碴颗粒之间的结合被破坏，在此情况下，即使位移再增加，阻力也不再增大。

通常取轨枕位移量为2mm时的阻力值作为计算阻力值。

此时，道床纵向阻力呈斜线增长，表明道床处于弹性工作范围。

如果轨道框架的位移超过了道床的弹性范围，轨道便产生爬行，易造成钢轨纵向力的不均
匀分布，危及轨道的稳定性。

表3-2 为我国设计无缝线路时常用的道床纵向阻力值
注：P=)(为轨枕间距a a。

应当指出：
1、不同线路的道床纵向阻力各不相同，必要时，应取实测数据作计算依据。

2、线路的养护维修作业会在一定程度上破坏道床原状，使道床纵向阻力降低，需要通过一定时间的列车辗压后，才能恢复到原有的阻力值。

从1993年开始，我国先后在京山、京广、大秦线上铺设了四处轨节长度为20km 的跨区间无缝线路试验段。

对于75Kg/m 钢轨跨区间无缝线路，采用Ⅲ型（或Ⅱ）混凝土枕，其纵向阻力值试验分别各测试10根以上轨枕的阻力，取其平均值和均方根差，求其最小可能值：
q min =q -2 (3-5) 式中q min ——某一位移下道床阻力最小可能值；
q ，σ——某一位移下道床阻力平均值及均方根差。

表3-3 Ⅱ型、Ⅲ型轨枕下道床纵向阻力值
道床纵向阻力是计算无缝线路伸缩区长度和预留轨缝的重要参数。

考虑到其弹性变形为0.2cm ，每千米按1760根轨枕计算，则Ⅲ型轨枕每股轨下单位长度道床纵向阻力为：
cm N cm N a R p /160/3.1618
.562183302==⨯== 三、扣件阻力
各种中间扣件和防爬设备抵抗钢轨纵向位移的阻力，称扣件阻力。

扣件阻力必须大于道床纵向阻力，否则，钢轨将沿轨枕移动，这是设计无缝线路时必须考虑的一个基本要求。

中间扣件阻力是由钢轨沿轨枕垫板面间的摩阻力和扣板与轨底顶面之间的摩阻力所组成。

摩阻力的大小决定于扣件的扣压力和摩擦系数的大小。

一组扣件的扣阻力F 应为：
()P F ⋅+=212μμ （3-6） 式中 P ——中间扣件一侧扣板对钢轨的扣压力；
1μ——钢轨与扣板之间的摩擦系数；
2μ——钢轨与垫板之间的摩擦系数。

据铁道科学研究院试验，如果采用橡胶垫板的混凝土轨枕，不论是扣板式扣件还是弹条Ⅰ型扣件，其摩擦系数均为μ1+μ2=0.8。

图3-3
扣压力P 的大小与螺栓所受拉力拉P 的大小有关。

以扣板
式扣件为例，按图3-3可以求得P 的算式如下：
P=P b a b +拉 （3-7）
式中 拉P ——扣板螺栓所受拉力；
a 、
b ——扣板及力作用点至螺栓中心的距离。

求扣件摩阻力F 的表达式，可改写为：
F=2（μ1+μ2）
b a b +拉P （3-8）
重载干线跨区间无缝线路一般采用弹条Ⅱ型扣件。

Ⅱ型扣件的外形与Ⅰ型接近，但其材料有所改善，在同样条件下，扣压力相对增大。

通过对Ⅰ型弹条扣件的阻力试验，得到不同扭矩下扣件阻力——位移曲线关系（其弹性位移一般为1mm），Ⅰ型弹条扣件的阻力值见表3-4。

表3-4
考虑到动态情况下胶垫压缩，扣压力降低，同时经过一段时间使用后胶垫也会出现残余变形，因而阻力将下降。

以胶垫压缩1mm计算，其一股轨的扣压力为：
扭矩70～80m
N⋅时，S=9030N/组；
扭矩140～150m
N⋅时，S=11600N/组。

比较道床纵向阻力与扣件阻力，扭矩为70～80m
N⋅时的扣件阻力与道床纵向阻力相当；当扭矩为140～150m
N⋅时，扣件阻力比道床纵向阻力大26.6%。

在同一扭矩下，Ⅱ型弹条扣件扣压力比Ⅰ型大。

当扭矩为150m
N⋅时，每组的扣件阻力可达到1500N，比道床纵向阻力大64%。

因此，跨区间无缝线路采用Ⅰ型或Ⅱ型弹条扣件
都是适用的。

为了防止钢轨爬行，保证运行安全，宜采用Ⅱ型弹条扣件，其扣件阻力采用15000N/组（扭矩150m
N ）。

实际上，中间扣件阻力，在一定的扭力矩下，它随钢轨位移的增大而增加。

当钢轨位移达到某一定值之后，钢轨产生滑移，阻力不再增加。

当扣件阻力一定时，扣件螺帽拧紧力矩愈大，钢轨位移愈小。

此外，列车通过时，会引起垫板弹性压缩，造成扣压力降低；列车振动，螺帽松动，扭力矩下降，扣压力也要下降。

因此，要使焊接长钢轨保持必要的扣件阻力，扣件必须经常保持拧紧状态。