轨道几何形位(学生复习)

• 磨耗型踏面可减少轮轨接触应力，保持车辆直 线运行的横向稳定，有利于曲线通过。
轮对尺寸
• 车轮名义直径： • 轮缘高度及轮缘厚度
• 轮背内侧距离T及轮对宽度q
车轮名义直径
钢轮在离轮缘内侧70mm 处测量所得的直径。
70
• 车轮直径的大小，对车辆的影响各有利弊。
• 轮径小，可以降低车辆重心，增大车体容积， 减小车辆簧下质量，缩小转向架固定轴距， 但其阻力增加，轮轨接触应力增大，加速踏 面磨耗；小直径车轮通过轨道凹陷和接缝也 产生较大的振动。
正常 最小 最大 正常 最小 最大 正常 最小
车辆轮 25 34 22 1356 1353 1350 1424 1421 1394
机车轮 28 33 23 1356 1353 1350 1422 1419 1396
3.3 直线轨道几何形位及其标准
• 3.3.1 轨距 • 3.3.2 水平 • 3.3.3 方向 • 3.3.4 前后高低 • 3.3.5 轨底坡
3.3.1 轨距
16mm
• 轨距是钢轨顶面下16mm处两股钢轨作用边之间 的距离。
• 轨距用道尺或其它工具测量。
• 当轮对的一个车轮轮缘紧贴一股钢轨的作用边 时，另一个车轮轮缘与另一股钢轨作用边之间 便形成一定的间隙，这个间隙称为游间。
• 从图中可以看出，δ=s-q
q
δ
S
游间
• 轨距和轮对宽度都规定有容许的最大值和最小
间的距离。
• 轮对宽度q ：轮背内侧距离加上两个轮缘厚
度（2d）称为轮对宽度：q T 2d
• 轮对宽度必须与轨距相配合。为使机车车辆安全 通过轨道，所有轮对都应有标准的宽度，只容许 很少的制造公差。
• 《铁路技术管理规程》规定，我国机车车辆轮对 的主要尺寸如下：
轮对主要尺寸表（mm）
名称
轮缘 轮缘厚度 d ຫໍສະໝຸດ 背内侧距离 T 轮对宽度 q 高度 f
• 国内外的理论计算和试验研究表明，轨道不平顺是引起 机车车辆在线路上产生振动的主要原因。被认为是微小 的不平顺，在300km/h高速运行条件下所激发的车体 振动便可能超过允许限度。
• 例如，幅值10mm波长10m接连不断的高低不平顺， 在常速下所引起的车体和轮轨动力作用都很小，但当速 度达到300 km/h时，就可使车体产生垂向加速度为 1.76m/s2，频率为2Hz的持续振动。
• 随着高速铁路的发展，动态不平顺已受到广泛 关注。
动态高低不平顺示意图 吊板
暗坑
• 当车轮通过轨道不平顺地段时，动力效应增加。根 据运营经验，连续三个空吊板可以使钢轨受力增加 一倍以上。一般说来，长度在4m以下的不平顺，将 引起机车车辆对轨道产生较大的破坏作用，明显加 速道床变形，是养路工作的重点控制对象。
• 又如，幅值仅为5mm波长10m的轨向不平顺，在 常速下所引起的振动更小，而在300km/h时，却 可能使车体产生横向加速度为0.65m/s2，频率为 2Hz的振动。
• 根据国际振动环境标准ISO2631的规定，对于振 动频率为1～2Hz，累计持续时间为4小时的车体振 动环境，保持舒适感不减退的允许加速度限值规定 为：横向0.17 m/s2,垂向0.34～0.49m/s2。可见 以上数据已远远超过所规定的允许限值。
值。若轨距最大值为
S
，最小值为
max
S，mi轮n 对宽
度最大值为 ，最qm小ax 值为 ，则qmin
游间最大值：
S q max
max
min
游间最小值：
S q min
min
max
• 我国机车车辆的轮轨游间见下表：
轮轨游间表
车轮 名称 机车轮 车辆轮
轮轨游间δ 值（mm）
最大 正常 最小
45
• 轮对承担车辆全部重力，且在轨道上高速运行， 同时还承受着从车体、钢轨两方面传递来的其它 各种静、动作用力，受力很复杂。因此，对轮对 的要求是：
• 应有足够的强度，以保证在容许的最高速度和最 大载荷下安全运行；
• 应在强度足够和保证一定使用寿命的前提下，自 重最小，并具有一定弹性，以减小轮轨之间的相 互作用力；
• 轮径大的优缺点则与之相反。所以，车轮直 径尺寸的选择，应视具体情况而定。
• 我国货车标准轮径为840mm，客车标准轮 径为915mm。
• 踏面的测量线：通过踏面上距车轮内侧面一定距离 的一点作一水平线。
• 轮缘高度f：测量线至轮缘顶点的距离。 • 轮缘厚度d：距测量线10mm处量得的厚度。
• 轮背内侧距离T：轮对上左右两车轮内侧面之
• 应具备阻力小和耐磨性好的优点，以降低牵引动 力损耗并提高使用寿命；
• 应能适应车辆直线运行，同时又能顺利通过曲线， 还应具备必要的抵抗脱轨的安全性。
两种车轮踏面－锥型、磨耗型
车 辆 锥 型 踏 面
• 锥型踏面有两个斜度，即1:20和1:10，前者 是轮轨的主要接触部分，后者仅在小半径曲 线上才与钢轨接触。
无缝 线路 胀轨 跑道 后的 轨道 状态
3.3.4 前后高低
• 前后高低是指轨道沿线路方向的竖向平顺性。 • 静态高低不平顺：新建或经过大修的轨道，即使
其轨面是平顺的，但经过一段时间列车运行后， 由于路基状态、道床捣固坚实程度、以及钢轨磨 耗的不一致性，将产生不均匀下沉，致使轨面前 后高低不平，即在有些地段（往往在钢轨接头附 近）下沉较多，出现坑洼，这种不平顺，称为静 态高低不平顺。
20 m的曲线所组成，因其曲度很小，故通常不易察觉。 • 若方向不直则必然引起列车的蛇行运动。 • 在行驶快速列车的线路上，轨道方向对行车的平稳性具
有特别重要的影响，是行车平稳性的控制因素。
• 在无缝线路地段，若轨道方向不良，还可能在高温 季节引发胀轨跑道事故（轨道发生明显的不规则横 向位移），严重威胁行车安全。
• 固定轴距:同一转向架上始终保持平行的最前位和最 后位轮对（车轴）中心间水平距离。
• 车辆定距:车辆前后两转向架上车体支承间的距离。
A-车辆全长 B-全轴距 C-车辆定距 D-固定轴距
轮对
• 轮对定义 • 轮对功用和要求 • 轮对分类 • 轮对尺寸
轮对
• 轮对是由一根车轴和两个相同的车轮组成。在轮 轴接合部位采用过盈配合，使两者牢固地结合在 一起，绝不允许有任何松动现象发生，以保证行 车安全。
静态高低不平顺
• 动态高低不平顺：有些地段，从表面上看，轨 面是平顺的，但实际上轨底与铁垫板或轨枕之 间存在间隙（间隙超过2 mm时称为吊板）， 或轨枕底与道碴之间存在间隙（间隙超过2 mm时称为空板或暗坑），或轨道基础弹性的 不均匀（路基填筑的不均匀、道床弹性的不均 匀等），当列车通过时，这些地段的轨道下沉 不一致，也会产生不平顺，这种不平顺称为动 态高低不平顺。
• 便于轮对自动调中。
• 在直线线路上运行的车辆，其中心线与轨道中心线 如不一致，则轮对在滚动过程中能自动纠正其偏离 位置。
• 保持踏面磨耗沿宽度方向的均匀性。
• 从上述分析可知，车轮必须制成有斜度的锥形踏面， 但其自动调中的功能，又成为轮对乃至整个车辆发 生自激蛇行运动的原因。
车辆磨耗型踏面
• 磨耗型踏面是在改进锥型踏面的基础上发展起 来的。
钢轨高低不平顺示意图
350mm 3mm
3.3.5 轨底坡
• 轨底坡：由于车轮踏面与钢轨顶面主要接触部 分是1:20的斜坡，为与之配合，钢轨应有一个 向轨道中心的倾斜度，因此轨底与轨道平面之 间应形成一个横向坡度，称之为轨底坡。
• 我国铁路轨道采用1:40的轨底坡。 • 我国铁路在1965年以前，轨底坡曾定为1:20。
但在机车车辆的动力作用下，轨道发生弹性挤 开，轨枕产生挠曲和弹性压缩，加之垫板与轨 枕不密贴以及道钉扣压力不足等因素，实际轨 底坡与原设计轨底坡有较大的出入。 • 运营经验表明，车轮踏面经过一段时间的磨耗 后，原有1:20的斜面也趋近于1:40的坡度。故 1965年以后，我国铁路轨道的轨底坡确定为 1:40。
• 各国车辆运行情况证明，锥型踏面车轮的初始 形状，随着运行过程的磨损成一定形状（与钢 轨断面相匹配），随后车轮与钢轨的磨耗都变 得缓慢，其形状也趋于稳定。
• 实践证明，车轮踏面若制成类似磨耗后的稳定 形状，即磨耗型踏面，可明显减少轮与轨的磨 耗，并延长使用寿命，减少车轮修复旋切的材 料，减少换轮、旋轮的检修工作量。
3.1.2 轨道几何形位的基本要素
• 轨道有直线轨道及曲线轨道两种基本形式．除 此之外，还有轨道的分支与交叉（即道岔）。
• 直线轨道几何形位基本要素有 轨距、水平、方 向、前后高低及轨底坡。
• 曲线轨道几何形位的基本要素除以上五项规定 以外，还有以下三个特殊构造，即曲线轨距加 宽、曲线外轨超高及缓和曲线。
16
11
47
14
9
3.3.2 水平
• 水平是指线路左右两股钢轨顶面的相对高差。 • 在直线地段，两股钢轨顶面应置于同一水平面上，
以使两股钢轨受载均匀，保持列车平稳运行。 • 水平用道尺或其它工具测量。 • 轨道“水平”的容许偏差见下表。
3.3.3 方向
• 方向是指轨道中心线在水平面上的平顺性。 • 经过运营的直线轨道并非直线，而是有许多波长为10～
• 曲线地段的外轨设有超高，轨枕处于倾斜状态。当 其倾斜到一定程度时，内股钢轨中心线将偏离垂直 线而外倾，在车轮荷载作用下有可能推翻钢轨。
是指轨道各个部件的几何形状、相对位置和基 本尺寸。
目的是保证机车车辆在轨道上安全、平稳、不 间断地运行。
轨道几何形位按照静态与动态两种状况进行管 理。静态几何形位是轨道不行车时的状态，可采 用道尺及小型轨道检查车等工具测量。
动态几何形位是行车条件下的轨道状态，可采 用轨道检查车测量。我国铁路轨道几何形位的管 理，实行静态管理与动态管理相结合的模式。
• 本章主要介绍直线及曲线轨道几何要素，道岔 基本要素比较复杂，将在道岔章节中进行讨论。