轨道结构理论与轨道力学(高速道岔)
轨道结构理论与轨道力学(扣件)
我国铁路上使用的Ｋ式分开式扣件
木枕混合式扣件
在不分开扣件的基础上，加两个道钉， 只联结垫板与木枕（钢轨内外侧各一 个），前三个道钉作用为不分开式，而 后设的道钉为分开式，因此称这种扣件 为混合式扣件。这种扣件能缓减垫板的 振动，零件也少，安装方便，目前在我 国铁路木枕轨道上使用最广。
我国木枕上使用的混合式道钉扣件
德国拉达无 碴轨道上使 用的扣件
德国无碴 轨道上使 用的ＢＺ Ａ型扣件
德国轨道上 使用的无螺 栓扣件
钢轨
VOSSLOH 300-1扣件
轨枕螺栓
轨下胶垫 基板
扣压弹条
板下胶垫 塑料套管 轨距挡块 轨枕
轨枕螺栓
垫圈 轨距挡块
调高垫板
套管 轨下胶垫
板下胶垫 基板
轨枕
VOSSLOH300扣件技术指标
日本一般 区间无碴 轨道上使 用的直接 8型扣件。 总调高量为 0～70mm， 左右调节 量为 ±10mm。
德国扣件
德国木枕 上使用的 马克贝斯 弹簧道钉
德国铁路 木枕上使 用的Dna4 型弹簧道 钉
德国铁路 木枕上使 用的Dna6 弹簧道钉
德国木枕用K式扣件
德国混 凝土枕 上法国板式轨道上使用的扣件
法国弹性支承轨道上使用的STEDEF扣件
法国TGV高速线上使用的Nabla扣件
瑞士扣件
瑞士铁路的Fist扣件
荷兰扣件
荷兰铁路上使 用的ＤＥ型扣 件
四、地铁与轻轨扣件
DTI型扣件全弹 性分开式。 弹性扣板，六 边形轨距块， 调距量+8、 12mm，高低调 整量为-5+10 。 沟槽垫板， 8mm塑料垫板。 预埋玻璃钢套 管。 67年在京广线 易家湾隧道试 铺，北京地铁 二期工程均采 用。
高速铁路设备系列介绍之十六——高速铁路轨道结构
高速铁路设备系列介绍之十六——高速铁路轨道结构：与普通铁路轨道结构一样，高速铁路轨道结构由钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备、轨撑和道岔等设备组成。
钢轨是轨道结构中细长的部件。
将钢轨牢固地支承和约束是确保安全和提高运输品质的关键问题。
钢轨直接承受由机车车辆传来的巨大动力，并传向轨枕。
轨枕又称枕木，也是铁路配件的一种。
只不过现在所用材料不仅仅是木材，因此叫轨枕更加科学。
别看轨枕的模样单调划一，貌不惊人，它的作用可不小。
轨枕承受钢轨传来的竖向垂直力、横向和纵向水平力后再将其分布于道床，并保持钢轨正常的几何位置。
轨枕既要支承钢轨，又要保持钢轨的位置，还要把钢轨传递来的巨大压力再传递给道床。
它必须具备一定的柔韧性和弹性，硬了不行，软了也不行。
列车经过时，它可以适当变形以缓冲压力，但列车过后还得尽可能恢复原状。
联结零件包括接头联结零件和中间联结零件两类。
接头联结零件是用来联结钢轨间的接头的，钢轨接头处必须保持的缝隙叫做轨缝。
中间联结零件（又称扣件）的作用是将钢轨紧扣在轨枕上。
钢筋混泥土轨枕用的扣件有扣板式,拱形弹片式和ω形弹条式三种。
道床是轨道的重要组成部分，是轨道框架的基础。
道床通常指的是轨枕下面，路基面上铺设的石碴（道碴）垫层。
主要作用是支撑轨枕，把轨枕上部的巨大压力均匀地传递给路基面，并固定轨枕的位置，阻止轨枕纵向或横向移动，大大减少路基变形的同时还缓和了机车车辆轮对对钢轨的冲击，便于排水。
根据材料不同，有碎石道床、沥青道床和混凝土整体道床。
混凝土整体道床是用浇筑成型的混凝土整体基础作为钢轨的基础，由于取消了道碴层，线路强度高，维修工作量小，我国在隧道内或客运站到发线上已开始铺设。
防爬设备的设置，是因列车运行时常常产生作用在钢轨上的纵向力，使钢轨作纵向移动，有时甚至带动轨枕一起移动。
这种纵向移动，叫做线路爬行。
一般发生在复线铁路的区间正线、单线铁路的重车方向、长大下坡道上和进站时的制动范围内。
安装防爬设备就能够在轨道两边将轨道死死拉住，能够有效防止线路爬行。
高速铁路轨道结构理论研究进展
高速铁路轨道结构理论研究进展摘要：经济的发展，城镇化进程的加快，促进铁路建设项目的增多。
在高速铁路蓬勃发展的环境下，如何科学高效地维护我国规模庞大的运营线路，实现高速铁路在全生命周期内的稳定、安全运营，是目前我国高速铁路面临的一个至关重要且亟待解决的问题，而探明高速铁路轨道结构在长期运营过程中动态性能演变及服役安全控制机制则是解决这一问题的关键。
安全是铁路运输永恒的主题，更是高速铁路的核心要求。
本文就高速铁路轨道结构理论展开探讨。
关键词：高速铁路；无砟轨道；道岔；无缝线路引言近年来，随着高铁的快速发展，投入运营的高铁线路越来越多，由于200～250km/h的高铁线路多以有砟轨道为主，因此重视研究、探索解决有砟轨道病害特别是长波不平顺病害在维护中存在的运用管理薄弱、作业精度不高、生产组织不合理、作业质量跟踪监控不严等问题，对于提高有砟轨道养修管理水平，确保高铁设备运营安全，具有重要意义。
1高速铁路轨道结构研究现状分析自1964年世界首条高速铁路在日本东海道新干线开通以来，高速铁路技术已历经了五十多年的发展，但其运营安全问题仍未得到全面彻底的解决，危及高速列车运行安全的故障和事故在德国、韩国、日本等地仍时有发生。
出现此类问题的原因，除了对车辆结构关键工程材料失效机理、高速列车脱轨机制等问题认识不足之外，未系统研究作为固定设备之一的高速铁路轨道结构服役性能的时空演变机制，未深入了解高速铁路轨道结构初始损伤演变、动态性能劣化、特殊条件下状态突变对行车安全的影响，以及对高速铁路运营安全保障和长效服役能力关键支撑理论的研究和认识不足，也是极其重要原因。
国内外相关研究成果表明，在动荷载和环境因素耦合循环作用下，高速铁路轨道结构在长期服役过程中，其各项构成材料(如水泥乳化沥青砂浆、混凝土等)的微观结构会发生变化，从而导致关键部件出现伤损甚至失效(如轨道板裂纹、水泥乳化沥青砂浆劣化、扣件折断、钢轨波磨等)，而轨道结构与关键部件材料初始损伤的动态演化，轨道结构与关键部件的持续劣化以及特殊条件下结构局部状态的瞬时突变等，势必会引起轨道服役状态与结构动态性能的持续劣化，导致轨道结构与高速车辆系统不匹配，从而加剧高速铁路线路服役状态的恶化，耐久性和经济性的明显降低，同时影响行车品质，甚至留下安全隐患，危及高速列车运行安全。
轨道结构理论与轨道力学(钢轨))
(2)非金属夹杂物
非金属夹杂物的危害： 夹杂物的硬度不可能与钢材一样，非软即硬。 硬的夹杂物如流水中的石头，在金属发生塑性变 形时会在其周边形成微裂纹。 软的夹杂物如空洞，其周边产生应力集中，也会 出现微裂纹。 夹杂物较多时严重影响钢材的疲劳寿命。
钢中夹杂物分为四类： 氧化物（铁、锰、铝、铬、硅）：氧化亚铁软脆，三 氧化二铝质硬 硫化物：热脆，液态铁中溶解性大，冷却会析于金属 晶粒周边 硅酸盐：质软
合金轨的可焊性问题
钢轨强度等级
80kg / mm2强度等级： U71 、U74普通碳素轨
90kg / mm2强度等级： U71Mn 、U71Cu、 U71MnSi、U71MnSiCu 低合金轨
100kg / m m2强度等级： PD2全长淬火轨、 PD3高碳微钒轨
130kg / mm2强度等级： PD3全长淬火轨
对于锥形踏面，忽略钢轨弯曲，忽略轮轨间的 冲角，简化成为两个垂直圆柱的接触。
1 1 1 B A ( ) 2 Rw Rr
1 1 1 B A ( ) 2 Rr Rw
轮轨接触椭园的长短半轴计算公式为：
3kP a m3 2( B A)
1 2 E
k
3kP bn3 2( B A)
轨高(mm)
比例 底宽(mm) 比例
192
1.26 150 1.14
176
1.16 150 1.14
152
1 132 1
140
0.92 114 0.86
(2)垂向及横向抗弯刚度均有增加， 但垂向抗弯增加更大
型号 垂向
75 4490
60 3217
50 2037
43 1489
轨道工程-道岔ppt
单开道岔的组成
组成----转辙器、辙叉及护轨、连接部分
转辙器
连接部分
辙叉及护轨
基本轨
尖轨
护轨
辙叉
普通单开道岔构造
• 转辙器 1.基本轨 2.尖轨 3.尖轨跟端结构
一、转辙器部分 作用:通过将尖轨扳动到不同的位置，使列车沿直线 或侧线行驶 组成：两根基本轨、两根尖轨、各种联结零件及根部 结构
曲线尖轨
曲尖轨 — 通往侧线的尖轨 缺点：左、右开道岔不可互相更换
分类1(按线型)：切线型、半切线型、割线型、半割线型
分类2：按尖轨断面分类
普通断面尖轨：
AT轨：
普通尖轨
75型及以前道岔：标准 断面钢轨制造尖轨，为了 增强尖轨的强度，通常采 用钢板对轨腰两侧进行补 强（即补强式尖轨）。
分类2：按尖轨断面分类 普通断面尖轨： AT轨：
基本轨顶面淬火范围：
75型：尖轨尖端前200mm左右开始到 尖轨轨头刨切起点后100mm处
92型：全长淬火。
一、转辙器部分
（一）基本轨
75型—尖轨采用贴尖式，基本轨头不 刨切； 92型—尖轨采用藏尖式，基本轨轨头 需要刨切。
基本轨除承受车轮的垂直压力外，还 与尖轨共同承受车轮的横向水平推力， 故基本轨轨腰设有联结轨撑的螺栓孔， 还有联结辙跟设备和顶铁的螺栓孔。
提速道岔 未对尖轨跟端轨底作刨切，虽增加了尖轨的扳动力， 但有利于保持尖轨跟端强度。
在跨区间无缝线路中，为限制尖轨尖端的伸缩位移， 在尖轨跟部的基本轨和尖轨轨腰上可安装如的限位 器结构，将过大的温度力传递给外侧基本轨。
普通单开道岔构造
二 辙叉与护轨
1.辙叉类型 2.辙叉构造 3.道岔号码 4.护轨 5.轮缘槽尺寸
轨道结构理论与轨道力学(传力特性)
(1)因钢轨垂向抗弯梁的分压作用，正常 枕上压力0.4-0.6P，邻枕0.1-0.2P (2)轨下胶垫压应力2-3MPa， 木枕铁垫板压应力1-1.5MPa
4.枕上压力及垫板应力 枕上压力及垫板应力
(3)石碴名义应力计算图示
(4)5-25mm,40度 25-40mm,42度 25-50mm,45度 25-60mm,47度 25-70mm,50度
轨道结构理论与轨道力学
第二章 轨道承力与传力特性
第一节 轨道垂向承力与传力特性
作用在轨道上的垂向力： 作用在轨道上的垂向力： 轮载、 轮载、 轮轨垂向动附加力
(1)静轮载（机车、货车、客车、动车） (3)最大轮载限值40kN, 60kN
(2)动轮载P = (1.5 − 2.0) P0 , (2.5 − 4.0) P0
3.轮轨横向力在轨枕上的分配与传递
H 1设计取值
P
螺栓抗拨力 80 − 100 kN (1.5−2.0)H1
一般为50kN 扣件横向刚度 10 5 − 10 6 kN / mm (0.8−0.9)H1 (0.1−0.2)H1
胶垫剪切刚度 10 3 kN / mm
轨枕挡肩横向力 承载能力25-30kN
H1
l1、µ、W
轮轨横向力的量值： 曲线地段一般30-40kN， 小半径曲线70-80kN。 直线地段一般10-20kN， 特殊情况70-80kN
0.1 − 0.2 H1 0.8 − 0.9 H1 ≤ γ s
EJ H (EJ / 6)
H1
k pH (10 − 100k p )
k sH (k s / 10)
肩部阻力
肩宽cm
46cm
6.道床横向有荷阻力及横向力安全限值
轨道结构理论与轨道力学(扣件)课件
扣件的疲劳性能分析
扣件的疲劳极限
研究扣件在循环载荷作用下的疲 劳极限，以及达到疲劳极限时扣 件的表现。
扣件的疲劳损伤
探讨扣件在疲劳过程中产生的各 种损伤，如裂纹、断裂等现象， 以及这些损伤对扣件性能的影响 。
扣件的寿命预测
根据疲劳试验的结果，预测扣件 在不同工作条件下的寿命，为轨 道结构的维护和更换提供依据。
扣件的创新研究与展望
新型扣件系统的研发
针对不同轨道结构和运营条件，研发新型扣件系统，以满足不断发展的轨道交通需求。
绿色环保设计
加强扣件系统的环保设计，如采用可回收材料和节能技术，降低对环境的影响，同时推 动轨道交通行业的可持续发展。
THANKS
感谢观看
扣件的发展趋势与前沿技术
高性能材料的应用
随着新材料技术的发展，如超高强度钢 材和合成橡胶等，扣件系统的性能得到 了显著提升，能够提供更高的预紧力和 扣压力，同时降低维护成本。
VS
智能化监测技术
通过引入传感器和智能化监测技术，实现 对扣件系统工作状态的实时监测和预警， 及时发现潜在问题，提高轨道工程的安全 性和可靠性。
轨道结构的发展历程与趋势
发展历程
轨道结构的发展经历了木枕、混凝土枕和钢枕等阶段，材料 和技术的不断进步提高了轨道结构的性能和使用寿命。
趋势
未来轨道结构的发展趋势是向着更高效、更安全、更环保的 方向发展，如采用新材料、新工艺，提高线路维护和管理水 平等。
CHAPTER
02
轨道力学基础
轨道力学的基本概念
轨道力学的研究需要综合考虑多种因素，如车辆、路基、桥梁
03
和气候等。
轨道力学的应用领域
01
轨道力学的应用领域包 括铁路、城市轨道交通 、高速公路和桥梁等。
【高铁培训】高速道岔设计理论与结构技术
1.5
1.0
0.5
0.0
-0.5 0
5000
10000
15000
X/m
20000
25000
不足位移
32
在高速道岔转换设计中的应用（续）
实现了双肢弹性可弯心轨及长大尖轨的同步平稳
转换，填补了国内侧向高速道岔的空白
长大尖轨同步转换
双 肢 弹 性 可 弯 心 轨
33
2.6、无缝道岔设计理论
基于有限单元法的无缝道岔群计算模型
39.11 √ √
160
50 备 注
√无
√
京津武 广
220
7
表1.3 法国技术的客运专线道岔系列表
道岔号数
18
41
58 备 注
有砟道岔
√
√
√ 合宁线
无砟道岔
√
√
√ 郑西线
道岔侧向容许通过速度 （km/h）
80
160 220
8
1.2 高速道岔的国产化研发： 2005年以前，我国尚未有高速铁路道岔的设计、制造、供货、
36
2.7、道岔无砟轨道基础设计理论研究
建立了包含道岔、扣件、道床板以及底座的三层整体模型
混凝土支承层
提出了埋入式岔枕及无砟轨道 结构型式、施工控制标准
37
2.8、岔桥相互作用设计理论研究
根据岔桥纵向相互作用原理 建立了岔桥纵向相互作用计算模型 根据车-岔-桥耦合振动原理，建立了车-岔-桥耦合动力学分析模型
进
理
论 无缝道岔设计理论
与
设
计
道岔转换设计理论
方
法 工电一体化设计理论
实车动测试验验证
解决高速道岔动力性 能问题
高速道岔介绍
高速无砟道岔基本知识一、概述1、道岔道岔是机车车辆从一股轨道转入或越过另一股轨道的线路设备，是铁路轨道的重要组成部分。
道岔是线路上和薄弱环节，是影响列车行车速度和安全的关键设备之一，在高速铁路中占有十分重要的特殊地位。
2、道岔组成转辙器、辙叉、导曲线、岔枕、扣件、转换系统、监测系统、融雪设备道岔是轨道技术的集成、是机电一体化设备。
转辙器：转辙器包括基本轨、尖轨和转辙机械。
当机车车辆要从A股道转入B股道时，操纵转辙机械使尖轨移动位置，尖轨1密贴基本轨1，尖轨2脱离基本轨2，这样就开通了B股道，关闭了A股道，机车车辆进入连接部分沿着导曲线轨过渡到辙叉和护轨单元。
这个单元包括固定辙叉心、翼轨及护轨，作用是保护车轮安全通过两股轨线的交叉之处。
辙叉：分固定型和可动心轨型扣件：扣件是连接钢轨和轨枕的中间联结零件。
其作用是将钢轨固定在轨枕上，保持轨距和阻止钢轨相对于轨枕的纵横向移动。
在混凝土轨枕的轨道上，由于混凝土轨枕的弹性较差，扣件还需提供足够的弹性。
为此，扣件必须具有足够的强度，耐久性，和一定的弹性，并有效第保持钢轨与轨枕之间的可靠联结。
转换系统。
综合分析国内外转换锁闭方式，主要归纳为两种形式，一种是多点多机牵引方式，一种是一机多点的牵引方式。
监测系统: 道岔监测系统通过对道岔尖轨和心轨密贴状态、振动加速度、转辙机转换阻力、转换时间、电流、电压、环境温度及道岔几何状态等相关参数进行实时监测，为现场用户维护管理提供道岔系统的实时信息，为实现状态修提供决策参考。
3、高速道岔分类（1）以道岔功能分类：站线道岔：直向高速、侧向低速，用于列车进站停车渡线道岔：直向高速、侧向中速，用于列车换线运行联络线道岔：直向高速、侧向高速，用于上下高速线（2）以道岔辙叉类型分类：固定型辙叉可动心轨辙叉（3）以道岔号数分类：18、38、42、50、65等。
道岔号数N=ctg14α（辙叉角）侧向速度越高，道岔号数越大。
二、道岔结构特点（一）道岔结构参数客运专线高速无砟1/18道岔直向通过速度350km/h，侧向通过速度80km/h；高速无砟1/42道岔直向通过速度350km/h，侧向通过速度160km/h。
高速道岔主要结构和参数
9. 转辙器间隔设置带施威格辊轮的滑床板,基 本轨内侧采用“几”字形弹性夹扣压；
10. 为了防止尖轨在列车通过时纵向跳动，尖 轨密贴时间隔设置防跳顶铁，尖轨斥离时采 用防跳限位结构；
防跳顶铁 （与轨趾 上表面预 留间隙 3mm）
防跳限位装置（与轨 趾 侧 面 预 留 间 隙 3mm ）
弹性夹的顶推
安装转辙机的无砟岔枕示意图
安装密贴检查器的无砟岔枕
施工支撑孔 无砟岔枕设置如下图所示的支撑孔，则该岔
枕适用于岔枕的施工方法。无砟岔枕不设置 支撑孔时，则适用于支撑钢轨的施工方法。
岔枕端部施工支撑孔
4. 岔枕全部垂直于道岔直股，除牵引点处岔 枕间距为650mm，与牵引点相邻的两处岔枕 间距为575mm外，其他位置岔枕间距均为 600mm；
2.根据不同温升、温降环境， 尖轨跟端采用间隔铁或限位 器或不设传力机构；尖轨跟 端传力机构。
尖轨跟端传力机构
3. 有砟轨下基础采用预应力混凝土岔枕；无 砟轨下基础分为长枕埋入式或道床板；
有砟岔枕不分左、右开。岔枕顶宽260mm、底 宽300mm、高220mm。最短2.30m、最长 4.72m，共计23种。
式，主要由锁钩、锁闭杆、锁闭框、锁闭铁 及连接紧固件等组成。
心轨一动外锁闭
心轨二动 客专18号道岔心轨二动采用在长短心轨间设
置连接铁的方式。
道岔心轨二动外锁闭
第五节 技术参数
主要组件参数
道岔号数 转辙器长度（m） 可动心辙叉长度（m） 导曲线部分长度（m） 辙叉跟端以后长度（m） 尖轨牵引点数量 心轨牵引点数量 道岔总重（t） 可动心轨辙叉总重（t）
无砟道岔是在有砟道岔的基础上进行，平面线型、几何尺寸、 轨件及其连接件保持不变，主要针对扣件系统进行优化，包 括垫板、复合偏心套、复合定位套、板下胶垫、岔枕螺栓、 调高垫板等，以适用于无砟轨道线路。
轨道结构理论与轨道力学(传力特性)
0.1 0.2H1 0.8 0.9H1 s
EJ H ( EJ / 6)
H1
k pH (10 100k p )
ksH (ks / 10)
3.轮轨横向力在轨枕上的分配与传递
H1设计取值
螺栓抗拨力 80 100kN (1.5 2.0)H1
P
一般为50kN
扣件横向刚度 105 106 kN / mm (0.8 0.9)H1 (0.1 0.2)H1 胶垫剪切刚度 103 kN / mm
(2)路基压实密度与容许应力 我国 90-95%,98% 0.13MPa 前苏联 98% 0.0785MPa 德国 103% 0.06-0.08MPa
(3)路基施工标准偏低及容许 应力过高是既有线路基产生 大量病害的根本原因。
(1)路基面名义压应力0.1-0.2MPa，路基 面道碴颗粒平均接触应力590-800MPa。
k sx
8.8 9.8) [ f1 (0.25) f 2 (0.65)] 9kN
扣件纵向有荷阻力
枕上压力 钢轨与胶垫的摩擦系数３倍无荷阻力， 但计算中通常取２倍无 荷阻力
3.道床纵向阻力
道床纵向无荷阻力
枕底纵向摩擦力 (50%) 道碴盒石碴反力 (50%) 10 15kN / 枕
1.轮载及动轮载
(2)轮轨非正常接触
接触应力 2500,70007500MPa
(3)弹性极限 3.1 s , 安定极限4.0 s
(1)轮轨踏面正常椭圆接触斑
2.轮轨接触应力
2a=14mm
2b=10mm
正常接触应力110-1500MPa
P
0 .2 0 .3 P
EJ 0 .4 0 .6 P
高速铁路道岔结构
优点是尖轨的固定比较牢固，尖轨位移较小，也有利于 保持尖轨的线型。 缺点是基本轨承受的力大，间隔铁受力也较大。
不设传力结构
优点是结构简单，保证行车平稳有利。缺点是当尖轨位 移较大时易造成转换故障，因此在铺设道岔时必须保证 转换杆件与岔枕间的距离大于35mm，且扣件扭力达标。
6.尖轨跟端的传力结构
•2022/12/23
14
5.尖轨降低值
武汉高速铁路 职业技能训练段
尖轨类型 检测位置
降低值
轨头 宽度
尖轨类型
检测位置
降低值
轨头 宽度
尖轨尖端
23
0
尖轨尖端
23
0
距尖端4014 14
5
距尖端4015 14
5
直线尖轨
曲线尖轨
距尖端9190 4
15
距尖端9192 4
15
距尖端16942 0
40
距尖端16945 0
5、尖轨降低值
为提高列车通过转辙器的平稳性，重新设 计了降低值，时速350公里 18号道岔直尖轨承 受全部垂直力的断面由50mm优化为40mm。 缩短了 列车轮对由基本轨过渡到尖轨上的长度 范围。用较小的改变取得好的 效果，是自主研 发道岔的一大技术特色。 ❖ 如表：
武汉高速铁路 职业技能训练段
5.尖轨降低值
9.滑床板板减
武汉高速铁路 职业技能训练段
单辊轮滑床板
双辊轮滑床板
9.滑床板板减
武汉高速铁路 职业技能训练段
自主研发：（1）设置辊轮滑床板。每隔3m左右设置一对辊轮滑床板， 辊轮结构无极调高，最大调高量6mm；
（2）采用在滑床板表面增设镍金-MoS2自润复合镀层。 德国技术：（1）滑床台面上有一层灰黑色的减磨材料；
高速道岔的特点及发展
1.2 国内客运专线道岔的研发和引进 2006年3月，铁道部针对十一条客运专线的正线用 道岔进行招标，目前中铁山桥与德国BWG公司合资成 立了新铁德奥道岔厂，为京津、武广、京沪等客运专 线提供道岔。法国科吉富公司对中铁宝桥进行了技术 转让，为合宁、武合、郑西等客运专线提供了道岔。 本文重点介绍自主研发客运专线道岔的特点和关 键技术。
备注
1
2
自主研发
42
157.2
60.573
96.627
1°21′50.13″
452
423
4.2 客运专线道岔的结构设计
4.2 道岔的结构设计 客运专线道岔的结构设计原则
1. 优化轮轨关系，保证列车过岔时的平稳、舒适。 优化轮轨关系，保证列车过岔时的平稳、舒适。 2. 保证道岔的高平顺性。 保证道岔的高平顺性。 3. 提高道岔的稳定性。 提高道岔的稳定性。 4. 保证道岔具有合适的刚度，在整个岔区实现刚度的均匀 保证道岔具有合适的刚度，
以对接。
5. 轨下基础分为有砟道床与无砟道床。
4、自主研发客运专线道岔的 关键技术
4.1 道岔的平面设计 道岔的平面设计 道岔平面线型的设计主要与下列因素有关：
1. 道岔的使用条件。 2. 设计参数取值。 3. 渡线道岔的线间距。 4. 道岔号数. 道岔号数. 5. 列车过岔时的动力性能。
4.1 道岔的平面线型和主要尺寸
1.1 国外高速道岔简介 国外的高速铁路已有几十年的发展史，在高速铁 路道岔的研究和使用方面也积累了丰富的经验，当然 也形成了技术较为成熟的产品。其中以德国、法国为 代表。 目前除日本外，其它国家的高速铁路基本上都是 采用德、法两国的高速道岔产品。
1.2 国内客运专线道岔的研发和引进 为满足国内客运专线建设的需要，2005年6月铁道 部组织国内相关单位开展了客运专线道岔的国产化研 发，目前时速250公里的18号道岔已于2006年12月， 在第6次提速的郑武、沪宁线时速250km提速区段， 和石太、甬台温、温福、福厦、广珠等客运专线应用。 时速350km客运专线已在武广客运专线试验段乌 龙泉车站上道4组，2009年1月通过了时速350km动 车组的试验，道岔的平稳性、舒适性良好。60-42号 道岔已在达成线上道试铺2组，并进行动力试验。
轨道力学分析(高铁轨道构造与施工课件)
解：
道床刚度：
Db
Clb
2
1.0120 2.6 0.3 2
46.8 MN
m
钢轨支座刚度： 1 1 1 1 1
D D扣 Db 75 46.8
D 28.8 MN m
基础弹性模量： u D 28.8 48.0 MN m2
a 0.6
刚比系数：k 4
u 4EI
4
48.0 106 4 210109 3217108
2
4
6
0.25π，0
η(kx)
8
① 为kx的无量纲函数 ②随kx的增大， y、M、R的值
μ(kx) 均有不同程度减小
弯矩
③当kx≥5时，轮载的影响已非
位移，反力
常小，通常可忽略不计
y、M、R 随k 的变化
7
y(mm) 6
M(×104N.m) 5
R(×104N) 4
3
ymax
P0k 2u
P0 8EIk 3
钢轨 a
P 钢轨支点 弹性系数 a
点支承梁模型
P
连续支承梁模型
模型比较
点支承梁模型更接近 于实际结构物，但求 解相对繁琐，目前在 动力学分析及特殊问 题求解中应用较多
连续支承梁模型有 应用简单方便、直 观等特点，对工程 应用有较高的应用 价值
在实用的基础刚度范围内，点支承法计算钢轨 弯矩比连续支承法约大5~10%，而钢轨下沉约 小1~2%。两者计算结果均满足工程精度要求
（1）钢轨抗弯刚度EI
使钢轨产生单位曲率所需的力矩，量纲：力·长度2
M EIy ''
钢轨竖向受力及变形 EI 钢轨竖向抗弯刚度； E 钢轨钢弹性模量，E 2. 058×105 MPa； I 钢轨截面对水平轴惯性矩。
轨道及道岔主要结构图示介绍
钢轨
一、作用:直接承受车轮的巨 大压力并引导车轮运行方向。 二、类型:1.从钢轨横断面形 状来看：槽型钢轨、双头钢 轨、平底钢轨。2.以每米长 度的重量表示，现行标准钢 轨类型有：75 kg/m；60 kg/m；50kg/m ； 43kg/m。
3.长度:钢轨的标准长度为25 m、12.5 m两种。
横断面结构
钢轨的联结零件 联结零件可分为接头联结零件和中间连接零件（扣 件）。 1、接头联结零件 作用:联结钢轨与钢轨间的接头； 组成:鱼尾板、螺栓、螺帽、弹性垫圈等。
钢轨连接现场
中间联结 零件 作用：
将钢轨紧 扣在轨枕 上；
分类：
木枕用和 钢筋混凝 土用。
木枕用中间联结零件 ω型弹条扣件
(1)由于有害空间的存在，当机车车辆通过辙叉有害空间时， 轮缘有可能走错辙叉槽而引起脱轨； (2)设置护轮轨的运行方向实行强制性的引导。 道岔有害空间是限制列车过岔速度的一个重要因素。 活动心轨道岔：消灭有害空间，适应列车高速运行要求。 (1)活动心轨和心轨是同时被扳动的； (2)当尖轨开通某一方向时，活动心轨的辙叉心轨就与开通 方向一致的翼轨密贴，而与另一翼轨分开，从而消灭了有害空 间， 使列车安全通过道岔。
米 轨
一、轨距加宽
由于固定轨距的 影响，在小半径 曲线上轨距应适 当地加宽。
曲线轨距加宽表
曲线半径R （m）
加宽值（mm）
R≥350
0
350＞R≥300
5
R＜300
15
二、外轨超高 机车车辆在
曲线上运行时， 由于离心力的作 用使曲线外轨承 受了较大的压力， 必须将外轨抬高，
使机车车辆内倾， 以平衡离心力的 作用，外轨比内 轨高出的部分称 为超高。
高速铁路基础设施—高速铁路轨道结构
• 3、具有较高弹性和良好的减振性能。 • 4、零部件精度高，可靠性好。 • 5、足够的调高能力和调距能力。
• 6、结构简单，少维修，长寿命。 • 7、足够的电绝缘性能。
轨枕
• 作用：支承钢轨，将作用力传 递给道床，并且保持钢轨位置 和轨距。
• 目前世界高速铁路有砟轨道广 泛采用钢筋混凝土轨枕。
的荷载作用下，易产生不均匀下沉，轨道结构破损加剧，破坏 线路几何行为，使维修工作量加大，行车时空气动力作用会使 道砟飞散。
1、有砟轨道
• 高速铁路有砟轨道对钢轨、混凝土轨枕、扣件、道砟的 材质和道床断面尺寸等要求更为严格。
• 采用高强度钢轨； • 夯实道砟，必要时再设路基抗冻保护层； • 采用双块式混凝土轨枕，增加横向受力点，并提高轨枕铺设密
• 导曲线，根据曲率半径变化规律的不同，分为常半径平面 （单圆曲线形式）和变半径平面两种形式。
• 我国提速道岔采用单圆曲线形导曲线形式。
.跨区间无缝线路
• 概念：是在完善了桥上无缝线路、高强度胶接绝缘接头、无缝 道岔等多项技术以后，把闭塞区间的绝缘接头乃至整区间甚至 几个区间（包括道岔、桥梁、隧道等）都焊接（或胶接）在一 起，取消缓冲区的无缝线路。
道床
• 作用：支承轨枕，把从轨枕上传来的压力均匀地传给路基；固 定轨枕的位置，阻止轨枕纵向和横向移动；减缓和吸收轮轨间 的振动和噪声。
• 特点：坚硬、稳定、有弹性，便于维修，并利于排水。 • 所用材料：碎石、卵石等， 此外有混凝土整体道床。 • 高速铁路线路的道床应有足够的厚度。
道岔
• 作用：使机车车辆从一股道转入另一股道。
• 优势：最大限度减少了铁路轨道钢轨接头，为高速列车提供了 安全、平稳的运点： • 1、提高线路的平顺性和整体性。 • 2、减少线路的维修量。 • 3、改善行车质量，提高舒适度。 • 4、改善线路的整体工况条件。
道岔的名词解释高铁概论
道岔的名词解释高铁概论1. 引言高铁作为现代交通工具的重要组成部分，已经在我国得到了广泛的应用和发展。
作为高铁线路中不可或缺的一部分，道岔在确保高铁列车正常运行方面扮演着重要的角色。
本文将从道岔的定义、构成、分类以及作用等多个方面进行探讨，旨在加深对道岔功能和原理的理解。
2. 道岔的定义道岔是用于调整铁路线路的组成部分，它可以将列车由一条轨道引导到另一条轨道上。
道岔通常由铁轨构成，可分为直线和曲线两部分。
直线部分与所连接的铁轨保持一致，而曲线部分则用于实现列车的转向。
3. 道岔的构成一个道岔通常由锁心轨、心轨、动心轨、岔尖、压路轨以及连接轨等多个组成部分构成。
其中，锁心轨是道岔的关键部分，它可以实现道岔的切换和锁定功能。
心轨是道岔转向时铁轨的一部分，动心轨则作为连接和转向部分。
4. 道岔的分类根据具体的用途和设计特点，道岔可以分为不同的类型。
常见的道岔类型包括尖轨道岔、混合道岔和平尖轨道岔等。
尖轨道岔适用于高铁线路中，特点是转向速度快、噪音小。
混合道岔则适用于速度较慢的线路，它在设计上更具灵活性。
平尖轨道岔结构简单，适用于低速线路。
5. 道岔的作用道岔作为高铁线路中的关键组成部分，具有多种作用。
首先，道岔可以实现列车的转向。
在车辆需要从一条轨道转向到另一条轨道时，道岔能够提供所需的连接和导向功能。
其次，道岔还可以根据实际情况调整列车的行进路径，确保列车安全运行。
此外，道岔还可以根据车辆类型和线路设计要求，提供所需的平滑过渡。
6. 道岔的维护和保养为确保道岔的正常运行和安全性，对道岔进行定期的维护和保养是必不可少的。
维护工作包括检查轨道的磨损情况、清除杂草和残留物、修复或更换锁心轨等。
同时，还需保持道岔周边地区的良好排水系统，以防止雨水和积水对道岔的影响。
7. 高铁概论高铁作为现代化的交通方式，具备快速、安全和舒适等优势。
高铁线路的快速发展不仅带来了出行的便利，也对整个交通运输系统产生了积极的推动作用。
高速铁路轨道结构 ppt课件
54
（三）钢轨定尺
1.定尺长度 钢轨定尺长度对轨道的平顺性有直接影响。作为现代化铁路的标
志之一，无缝线路是实现轨道平顺性的重要措施。尽管现代焊接技术 取得重大进展，但焊接接头仍是轨道的薄弱环节，增加钢轨定尺长度、 减少焊接接头数量是高速铁路钢轨发展的必然趋势。目前，日本(NSC、 NKK工厂)出厂钢轨定尺长度为50m，法国(哈亚士)为80m，德国(蒂森)、 奥地利(奥钢联)为60m和120m。
旋道钉、平垫圈、弹条、轨距挡板、轨下垫板和预埋套管组成，此外为 了钢轨高度调整的需要，还包括调高垫板。如图所示。
82
弹条分两种，即一般地段使用的W2型弹条和小阻力地段用X3型弹条 ，此外，作为备件的弹条I型扣件A型弹条可能用于钢轨接头处。轨下垫 板分一般地段使用的橡胶垫板RP5和小阻力地段用的复合垫板CRP5两种 。弹条应安装到位，弹条中部前端下颚刚好与钢轨接触为准，两者的间 隙不大于0.5mm，如图所示。在钢轨接头处，当在小号码轨距挡板上安装 W2型弹条或X3型弹条有困难时，应安装弹条I型扣件A型弹条。
90
1.道岔
91
看视频回答以下问题？
1.什么是道岔？ 2.道岔的缺点有哪些？ 3.道岔的种类有哪些？ 4.采用什么轨道可以消灭？
92
内容引入
1）道岔基础知识复习
93
内容引入
2）问题：观察下列道岔与上述道岔有什么区别？
94
2、客专线道岔构造
转辙部分
可动心轨辙叉
95
2.1 转辙器部分
1、尖轨跟端设置长大间隔铁和限位器
52
（二）钢轨品种和性能 我国高速铁路相关标准规定，200km/h及以上高速客运专线铁路
应选用U71MnG钢轨，200~250km/h高速客货混运铁路应选用U75VG 钢轨。其中U代表钢轨；75代表化学成分中碳平均含量为0.75%；V代 表钒元素；Mn代表锰元素；G代表高速铁路（2011年前为K，代表客 运专线）。U71MnG和U75VG钢轨的化学成分及力学性能分别见表3-1 和表3-2所示。
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法国和德国高速道岔的尖轨均采用整根AT轨加工 制造，日本38号道岔的尖轨采用中间焊接的方法，与 我国秦沈客运转线38号相同。
国家 型号 中国 60D40 法国 60D 德国 Zul-60 日本 80S
材质和强度
980MPa U75V
/
900A
1100MPa
800MPa
淬火
/
淬火
按用户需要
牵引点 ①不采用钢岔枕 捣固方式 ②捣固困难
①不采用钢岔枕， ①采用钢岔枕 连杆在枕上 ②捣固容易 ②捣固容易
①第一牵引点2～ 4mm②安装调 试第1点 ≤0.5其余点 ≤1mm
①第一牵引点4mm 密贴检查 ②安装调试第 标准 1点≤0.5其余 点≤1mm
同中国
①第一牵引 点4mm
高速道岔普遍采用的多机多点牵引
岔枕的设计与制造与钢轨件同等重要。 岔枕与道床、垫板及各种联结零件的组装为 轨道提供合理的弹性，也影响工务及电务系统 正常工作状态。 道岔监控系统及融雪设备。 是工务及电务系统正常工作和高速列车安全 运行的可靠保证，还是指导养护维修的依据。 道岔应结构与区间轨道配套。 道岔轨道刚度、养护维修周期、道岔前后过 渡段的处理措施、道岔零部件的使用寿命设计 等，均应与区间轨道配套。
2.道岔区轨道刚度设置
德国
速度小于160km/h时，仅轨下胶垫提供弹性；当速度 160≤V＜220km/h时，刚度30kN/mm；当V≥220km/h时， 刚度为17.5kN/mm，采用弹性基板提供弹性。 以钢轨底部应力不超过75MPa作为道岔区轨道刚度的 取值，在23t轴重作用下，静刚度为17.5kN/mm。 动态刚度值约为静态刚度值的1.2~1.3倍。 道岔前后设置弹性过渡段，级差2~6级，在0.5秒内过 渡完毕。
不详
跟端扣件：德国和法国在尖轨跟端都采用了窄 小的弹性扣件，中国采用III型接头扣件，日本 采用刚性扣件。
跟端限位器：德国在尖轨跟端设置多个限位器。 法国不设。中国采用限位器。日本采用间隔铁 结构。
国家
中国
法国
德国
日本
尖轨跟端结构
限位器
不设
设置数量不等 的限位器
间隔铁
尖轨根端限位器
尖轨根端多个限位器
国家 中国 法国 德国
夹直线 L（m）
V≤130km/h， 圆曲线间需加入夹 0.15V L≥0.4V，困难条 直线 V>130km/h，0.4V 件下不小于 两缓和曲线可直接 20m两缓和曲 两缓和曲线可直接 连接，可加入 线可直接连接。 连接，可加入 直线段 直线段
四、高速道岔结构特点
1.转辙器
电务与工务是两个相互影响的一体化系统。 电务：保证道岔正常转换与锁闭、适应道 岔尖轨与心轨的自由伸缩、保证尖轨与心轨转 换后的正常工作线型。 工务：为电务提供良好的工作环境与安装 平台、在结构设计上与电务配合。 高速道岔是高精密机械设备不是工程结构物。 设计、制造、运输、铺设与维修中，道岔 各部件的制造工差与装配误差应严格控制。
刚性扣件
钢轨下 垫层 垫板下 垫层 滑床台及 扣压件
无 塑料垫板 防止 切割 刚性扣压 台板
6mm橡胶垫板，刚 整体硫化刚度为 度750kN/mm 17.5kN/mm 刚性台板弹片扣 压扣压力 12kN 低弹性台板弹片 扣压扣压力12kN
法国NABLA扣件
德国Vossloh扣件
德国高速道岔中的硫化基板扣件系统
轨道结构与轨道力学
高速道岔
一、国外高速道岔的研发历程
1. 日本
始于1964年前后，研制高速18号道岔， 1990年研制38号道岔（历时6年），其直 向试验速度和侧向试验速度分别为 240km/h和180km/h。
2. 法国
1975年开始，1981年制造第一代木岔枕高速道 岔 (46号和 65号)，直向过岔270 km/h。 第二代道岔的改进主要是采用混凝土岔枕， 1990年创造了501 km/h直向过岔的世界纪录。 目前法铁在巴黎至马赛的线路上普遍应用的是 第三代道岔，直向行车速度达到300km/h。 第四代道岔主要是在第三代的基础上采用了 NiCr减磨镀层和可调滚轮，并计划推广应用至 速度330km/h以上的新线上。
导曲线半径 （m）
820 1540 2500
道岔号数 （60kg/m钢轨）
15.3 21 26
侧向容许速度 (km/h)
80 100 130
欠超高 （mm）
92 76.6 79.8
欠超高时变率 (mm/s)
46
65 65
3000（3550）～∞
6720（7350）～∞ 6720（7350）～∞
160பைடு நூலகம்170）
T形连接 10mm
凸缘 /
中国：可动心轨均为单肢弹性可弯结构， 长心轨跟端固定，短心轨跟端为滑动式 斜接头，长短心轨密贴段采用栓接结构。 由于侧股存在伸缩接头，结构薄弱，不 适合侧向高速行车。 长心轨转换密贴后，可弯段附近存在 3~5mm不足位移，造成静态轨距偏小。
单肢弹性可弯心轨模型
4.高平顺性及低维修工作量
高平顺性是贯穿于高速道岔设计、制造、 组装、运输、铺设、养护等各个环节中 的最为重要的指导思想。 控制不足位移及可动件部分的线型 十分严格的制造与组装公差 道岔定期打磨及机械化铺设维修
5.完善的道岔动力学计算及试验
线型、轨距扩大、结构设计、刚度设计 和转换计算采用专用准静态或动力学软 件分析。 部件性能和道岔整体动力性能分别在室 内和现场进行了大量试验。
220（230） 220（230）
100.7（96）
85（84.9） 85（84.9）
33（39）
30（35） 30（35）
德国：进出站停车用14号和18.5号，渡线用26.5号及 32.5号，42号用于高速线间连接。
导曲线半径（m） 760 1200 4800+2450～∞ 6000+3700 7000+6000 侧向容许速度（km/h） 80* 100 130 160 200 欠超高（mm） 99 98 81.4 81.6 78.7
涂油和滚 轮结合
法国的滚轮滑床台
德国的滚轮滑床台及弹性夹
2.辙叉部分
辙叉单肢及双肢结构
国家 中国 单肢弹性 栓接 间隔铁 栓接 凸缘 20mm 法国 双弹性肢 栓接 大间隔铁 特殊栓接 U形铁 10mm 德国 双弹性肢 整体焊接 基板固定 日本 单肢弹性 整体铸造 帮轨固定
心轨结构
跟端结构 第一牵引点 结构方式 心轨位移
尖轨根端间隔铁
（5）尖轨转换不足位移的控制
控制标准：法国规定高速道岔不足位移应 小于1mm，高速道岔（V≥250km/h）的不足 位移应小于0.5mm。 控制措施：
国家 中国 法国 德国 日本
尖轨减少转 换阻力措施
涂油
①普遍应用涂油 ②新开发了滚轮 和NiCr涂层
滚轮方式 抬升尖轨 避免振动
法国
区间轨下垫层9mm，静刚度90~120kN/mm，动刚度 150~200kN/mm，道碴刚度20~40kN/mm，轨道总刚度 57~80kN/mm。 道岔区板下6mm厚垫层，轨下4.5mm橡胶垫层，轨下 垫层静刚度200~250kN/mm，动刚度400~500kN/mm， 道床刚度40~60kN/mm，轨道总刚度75~105kN/mm。 岔区与区间线路轨道刚度的过渡在5m内完成。 道岔区刚度的确定原则为：控制岔枕的垂直位移不超 过0.5~0.7mm，钢轨的垂直位移不超过1mm。
秦沈38号道 岔心轨结构
法国：可 动心轨采 用双肢弹 性可弯、 高锰钢铸 造翼轨、 加长翼轨 结构。
德国：双肢弹性可心轨，心轨前部采用与钢轨 同一材质的钢坯经机械加工的三角块，接着为 4~5块间隔铁式顶铁，辙叉跟端下部为很长的 大垫板。
五、高速道岔扣件系统 及轨道刚度
1.扣件系统
国家 中国 法国 德国 日本
侧向容许速度(km/h)
55
欠超高（mm）
69
14
16
1366
861
80
75
55.3
77
18
30 38
1106
3050 8400+4200+8400
70（80）
160 160
52.3
99 72
（3）夹直线长度
两道岔组成单渡线时，两反向圆曲线或缓和曲线终点 间必须插入一定长度的夹直线，目的是保证车辆在两 个连接点上的振动不叠加。
道岔号数 14 18.5 26.5 32.5 42
39.11
50
10000～4000～∞
17000～7300～∞
160
220
75.5
78.3
日本：进出站停车用18号，38号用于高速线出岔，14 号为对称道岔，用于到发线间的连接，16号用于段线， 12号用于站线。
导曲线半径（m）
516
道岔号数
12
（2）尖轨尖端形状及位置
各国道岔尖轨尖端均采用藏尖结构，藏尖深度 均为3mm。 尖轨尖端降低值。法国17mm，德国16mm， 日本22mm，中国为23mm。 法国高速道岔尖轨从顶宽22mm处开始降低， 远小于我国从50mm顶宽处开始降低，目的是 减少轮对在基本轨顶面接触点外移距离，减小 蛇行运动，提高列车运行的平稳性。
0.33～0.66 0.4～0.55 0.45～0.47 0.20～0.49 0.4 0.53～0.55