城市轨道交通概论第四章轨道主要设备、轨道几何形位

在线路同一断面处左右两股钢轨顶面的高度差，简称“水平”。 轨距和水平均用道尺来测量。通常每6.25m检查一处，即每节12.5m 钢轨的接头及中间各检查一处。 直线地段两股钢轨的顶面应保持在同一水平，高差不允许超过4mm。 3. 高低
一股钢轨顶面纵向的高低差，叫做线路的前后高低。由于有前后高
低而存在不平顺，危害甚大。因为列车通过这些钢轨时，冲击动力 增加，使道床变形加快，反过来又扩大不平顺，从而使列车对轨道
图1-24 碎石道床示意图
2.道床应具备的性能
1）质地坚硬，耐压、耐磨，具有弹性； 2）排水性能好，吸水度小； 3）不易风化、侵蚀。
图1-24 碎石道床示意图
2
道床断面
道床断面为梯形，主要有三个要素： 1）道床厚度（h）:足够的厚度，有利于减小基面应力，降低发生
永久变形的可能，确保轨道稳定。 2）顶面宽度（b）：一般为3米。 3）边坡坡度（i）
钢轨与木枕的混合式连接 图1-20 钢轨与木枕的混合式联结
（2）分开式（见图1-21） 分开式是将垫板分别与轨枕和钢轨单独扣紧。 分开式扣压力大，能有效防止钢轨的横、纵向位移，同时便于安装 与更换，但成本高。在特殊线路与桥上线路使用。
图1-21 钢轨与木枕的分开式联结
2.混凝土枕联结扣件及混凝土枕联结方式 由于混凝土枕重量大、刚度大，因而混凝土枕扣件的性能也比木枕 扣件好。 主要表现为：
项目
每米质量 断面面积F 钢轨高度H 钢轨底宽B 轨头宽度b 轨腰厚度 c 轨头高度h 轨端至1孔中心距
kg cm2 mm mm
74.414 95.037 192 150
mm
mm mm mm mm mm cm3 cm3 cm4 cm4
75
20 55.3 76 140 130 509 432 4490 665
图1-17 配置轨枕数示意图
第三节 联结零件
联结零件分为接头联结零件和中间联结零件。
接头联结零件： 两节钢轨的末端，用接头联结零件联结。先用两块
鱼尾板夹住钢轨，然后用螺栓拧紧。为防止螺栓松动，在螺帽与鱼尾板 之间，加有弹簧垫圈。
钢轨的接头连接 动画
接头联结零件
中间联结扣件
中间联结扣件的作用： 把钢轨与轨枕牢固地联结起来，以确保钢轨位置稳定。 根据轨枕的性质，中间联结扣件可以分为：木枕联结扣件和混凝土
第二节. 轨枕
1 轨枕的功用、特点
根据下图，试推测轨枕的功
1.功用
1)承受钢轨的垂直力、水平力。 2)传递这二力给道床和路基。
用。并说明轨枕应具备的特点。
3)保持钢轨方向、位置、轨距。
2.特点 坚固耐久、具有弹性、 造价合理、制造维修方便。 可以认为，轨枕是介于 钢轨与道床之间，承受来自钢 轨的各向压力，并将压力弹性 地均布于道床的设施。

目前，我国地铁及轻轨钢轨没有统一的选型 标准，参照国家铁路的钢轨选型标准：“年 通过总重在15Mt~30Mt时，采用50kg／m钢轨； 在30Mt～60Mt时，采用60kg／m钢轨。”
钢轨的伤损及材质选择

我国把伤损钢轨按其轨头的磨耗程度分为轻伤和重 伤两类.
总 磨 耗 正线 14 12 10 辅助线、车 场线 16 14 12 垂 直 磨 耗 正线 9 8 7 辅助线、车场 线 10 9 9 侧 面 磨 耗 正线 14 12 10 辅助线、车场 线 20 18 16
1、扣压力足。当钢轨
弯曲、转动时，不会导致钢 轨沿垫板发生纵向移动。 2、适当的弹性。混凝 土枕的弹性比木枕差许多， 其弹性主要由扣件提供。 3、具有绝缘性能。
图1-21 钢轨与混凝土枕联结
第四节 道床
1 道床的功用与材料选择
道床介于轨枕与路基之间，是轨道的重要组成部分。道床是铺设 在路基面上的石碴（道碴）垫层。主要作用是支承轨枕，把从轨枕上 部的压力均匀地传递给路基；并固定轨枕的位置，阻止轨枕纵向或横 向移动；缓和机车车辆轮对对钢轨的冲击。
节省接头零件和线路的维修费用，但是由于加工条件和运输条件的限 制，一根钢轨的轧制长度是有限的。目前我国钢轨的标准长度有25米 和12.5米两种，对于75公斤／米钢轨只有25米长一种。此外，还有专 供曲线地段铺设内轨用的标准缩短轨若干种。
类
型 （kg/m） 75 60 60.64 77.45 176 150 50 51.514 65.8 152 132 43 44.653 57 140 114
.2
轨枕的分类
轨枕按照制作材料分，主要有钢筋混凝土枕和木枕两种。我国铁
路所使用的主要是预应力混凝土枕。
木枕
钢筋混凝土轨枕
3
轨枕的布置
1.每千米配置轨枕数 每千米配置的轨枕根数，由运量、行车速度、线路等级条件决定。
力求在最经济条件下，保证轨道具有足够的强度与稳定性。 我国铁路规定： (1)木枕轨道，每千 米轨枕数最多为1920根， 最少为1440根； (2)混凝土枕轨道， 每千米轨枕数最多为1840 根，最少为1440根。
轨距示意图 轮对与钢轨的相互位置
游间
最大 46
正常 18
最小 14
直线轨道游间
2.水平
水平指的是轨道上两股钢轨顶面相对水平。线路上两股钢轨顶面，在直 线段、应保持同一水平。
实践中，有两种性质不同的钢轨水平误差，对行车的危害程度也不相同。 第一种称水平差，就是在一段相当长的距离内，一段钢轨的轨顶面始终 较另一股为高。另一种称为三角坑，如图4—37所示。即在6.25m范围 内的距离，先是左股钢轨高，后是右股钢轨高，以前后两点的水平误差 的代数差，超过规定限值时为三角坑，这个距离可以延长18米。三角坑 会使车轮不能全部正常压紧钢轨的情况，在最不利的情况下甚至可以爬 上钢轨，引起脱轨事故。因此，必须立即予以消除。
73
16.5 48.5 76 140 140 396 339 3217 524
70
15.5 42 6ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 150 140 287 251 2037 377
70
14.5 42 56 110 160 217 208 1489 260
1孔至2孔中心距
2孔至3孔中心距 底部断面系数W1 头部断面系数W2 对水平轴的惯性矩Jx 对竖直轴的惯性矩Jy
轨距应大于轮对宽度(轮对的两轮缘外侧距)。轮对的轮缘与钢轨之
间应留有一定的活动间隙δ，称为游间。
轨距 S 0 轮对宽度 q
活动量
式中，S为轨距(mm)；q为轮对宽度(mm) 钢轨与轮缘间留有游间是为了轮 缘能在两根钢轨间自由滚动，而不会 被卡住，并减少轮轨磨耗和运行阻力。 但游间过大又会增加车辆运行时的横 向摆动，即车辆蛇行运动幅度。我国 规定游间正常值为14 mm，最小值为9 mm，最大值为47 mm。
2
钢轨的特点与钢轨断面
钢轨的作用是直接承受车轮的巨大压力并引导车轮的运行方向，因
而它应当具备足够的强度、稳定性和耐磨性。 为了使钢轨具有最佳的抗弯性能，钢轨的断面形状采用“工”字形， 如下图所示，由轨头、轨腰和轨底组成。
1.钢轨特点：四个“度”
刚度——抵抗由动荷载引起的挠曲变形； 韧度——防止动荷载引起钢轨折断； 强度——防止被车轮压陷或磨损太快； 顶面粗糙度——有利于机车的牵引力、制动力的实现。
3
钢轨长度、钢轨接头、轨缝
1.钢轨长度 我国制造的标准钢轨，长度有25米与12.5米两种。
2.钢轨接头
普通轨道的接头，通常用螺栓、夹板等连接。 3.轨缝
铺轨时，需要在钢轨接头处预留轨缝。轨缝要求：
(1)高温时，钢轨膨胀不会导致轨道挤压变形； (2)低温时，钢轨收缩不会导致接头拉压变形。 轨缝作用：适应钢轨热胀冷缩的需要。
垂 直 磨 耗 正线 11 10 9 辅助线、车 场线 12 11 10
侧 面 磨 耗 正线 19 17 15 辅助线、车场 线 21 19 17
钢 轨 头 部 磨 耗 重 伤 标 准(mm)
钢轨焊接方法有三种： 1、接触焊又称电阻焊。该法焊接质量稳定，材质均匀，其 强度可以达到母材的95％以上。 2、气压焊。—种是在工厂进行的大型气压焊，另一种是在 工地进行的移动式小型气压焊。气压焊焊接质量与接触焊 法相近，其强度为母材的90％—95％。 3、铝热焊。铝热焊是焊接中铁的氧化物被铝还原成铁水， 同时产生巨大的热量，把高温铁水浇人预热的轨端缝隙而 将两轨焊接在一起。铝热焊法设备简单、轻便、成本低， 但焊接质量容易受人为因素影响，质量不稳定，一般焊接 强度为母材的70％—90％。
道床断面
图1-23 道床示意简图
1.道床的功用： 1）承受来自轨枕的压力，均匀的传递到路基；
2）提供轨道的横、纵向力，保持轨道的稳定；
3）提供轨道弹性，减缓、吸收轮轨的冲击、振动； 4）提供良好的排水性能，减少路基病害； 5）便于轨道养护维修作业。 以碎石、矿渣、沙子等 为材质构成的碎石道床，满 足以上5点要求，价廉物美， 是我国目前使用最广泛的道 床类型。
情境四 轨道主要设备、轨道几何形位
第一节 钢轨 第二节 轨枕 第三节 联结零件 第四节 道床 第五节 直线轨道的几何形位 第六节 曲线轨道

第一节 钢轨
1 钢轨的功用
1）支承和引导车轮；
2）为车轮滚动提供阻力较小的表面；
3）承受车轮的作用力并传布于轨枕； 4）在电气化铁路和自动闭塞区段，作为轨道电路使用。
图1-25 道床纵断面示意图
第五节
轨道的几何形位
轨道几何形位是指轨道各部分的几何形状、相对位置和基本尺寸。 从轨道横断面上来看，轨道的几何形位包括轨距、水平、外轨超高和 轨底坡。轨道的两股钢轨之间应保持一定的距离，位保证机车车辆顺 利通过小半径曲线，曲线轨距应考虑加宽。两股钢轨的顶面应置于同 一水平差。从轨道的纵断面上看，轨道的几何形位包括轨道的前后高 低。钢轨顶面在纵向上应保持一定的平顺度，为行车平稳创造条件。
2.钢轨断面 (1)断面形状
(2)断面特点 轨底较宽有利于保证钢轨稳定
钢轨断面的造型统一为——“工”字
形
钢 轨 断 面 图 钢轨断面的组成
在我国，钢轨的类型或强度以每米长度的大致质量（公斤数）表 示，现行的标准钢轨类型有：75公斤／米、60公斤／米、50公斤／米。
钢轨的长度长一些好，可以减少接头的数置，列车运行平稳并可
的破坏力更大，形成恶性循环。这种破坏作用往往同不平顺（坑洼）
的深度成正比，而同它的长度成反比，即长度越短，破坏力越大。
4—37 线路三角坑示意图
4.轨向（方向） 轨道的方向，在直线是否平直，在曲线上是否圆顺，叫做轨向。直线轨 道实际并不是一条理想的直线，而是由许多波浪形“曲线”组成，不过 这些曲线的长度大约为10～20m，一般肉眼不易辨认。 如果直线不直，方向不良，势必引起列车的摇晃和蛇行运动。在行驶高 速列车的轨道上，线路方向对行车的平稳性尤为重要。相对轨距来说， 轨道方向则是主要的，只要方向保持在容许范围内，则轨距变化对车体 振动的影响就不至很大。 在无缝线路地段，若轨道方向不良，则到了高温季节，在一定条件下， 会引起胀轨跑道，严重威胁行车安全。
枕联结扣件。
从分类上我们可以推测，不同的轨枕，存在不同的联结方式。
图1-19 钢轨与轨枕的联结
1.木枕扣件及木枕联结方式 目前，我国木枕轨道地段中间联结方式主要有混合式和分开式。 （1）混合式（见图1-20） 目前大量采用的联结方式是混合式。混合式是先用道钉把垫板与木 枕扣紧，然后再用道钉将钢轨、垫板和木枕三者同时联结。混合式扣件 零件少，安装成本低，但扣紧力不如分开式。
1
直线部分的轨距和水平
1.轨距
轨距是钢轨踏面下16mm范围内两股钢轨工作边之间的最小距离。我国地 铁、轻轨线路直线轨距标准规定为1435mm，称为标准轨距。 轨距用道尺(也叫轨距尺)进行测量。在日常检查时，通常每6.25m检查 一处，即在每节25m钢轨的接头、中间(俗称大腰)及两个四分之一处(俗 称小腰)共检查四处；每节12.5m钢轨的接头及中间各检查一处。在日常 管理上采用的标志符号，大于标准的误差用“+”号，小于标准的误差用 “-”号。另外，轨距的变化率正线一般不超过1‰，困难时不超过2‰； 车场线困难时不超过3‰。因为在短距离内如有显著的轨距变化，即使 不超过允许误差，也会使机车车辆发生剧烈的摇摆。限制轨距变化率， 对于保证行车平稳、保持轨道方向是非常重要的，特别是在高速行车地 段尤为重要。
钢轨 （kg/m） 60 50 43
钢 轨 头 部 磨 耗 轻 伤 标 准(mm)
注：①总磨耗=垂直磨耗+1/2侧面磨耗。②垂直磨耗在钢轨顶面宽1/3处（距标 准工作边）测量。③侧面磨耗在钢轨踏面（按标准断面）下16mm处测量。
总 磨 耗 钢轨 （kg/m） 60 50 43 正线 16 14 12 辅助线、车场 线 18 16 14