第二章 有碴铁路轨道结构

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非对称打磨显著地降低了轮轨横向力和冲角，在
减缓钢轨侧磨、延长使用寿命方面取得了很大的效果。
������
国外应用经验表明：将这种技术用于重载铁路，
横向力可减小50％～90％，延长曲线钢轨使用寿 命50％以上。(但不同的线路条件需要不同的打磨断
面)
������ 我国铁路于1988年开始引进了钢轨打磨列车。
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另外钢轨按厂制钢轨长度的不同可分为： 标准轨：12.5m、25m、100m 12.5m轨缩短量为40、80、120mm 缩短轨： 25m轨缩短量为40、80、160mm 按材质的不同可分为：碳素轨、合金轨、热处理轨。 按强度的不同可分为五级：850、900、1000、 1200、1300MPa。 按货源可分为：国产轨、进口轨、试验轨。
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3、联结零件是联结钢轨或联结钢轨和轨 枕的部件。前者称接头联结零件,后者称中间 联结零件（或扣件）。其作用是有效地保证钢 轨与钢轨或钢轨与轨枕间的可靠联结,尽可能 地保持钢轨的连续性与整体性。阻止钢轨相对 于轨枕的纵横向移支，确保轨距正常，并在机 车车辆的动力作用下，充分发挥缓冲减振性能， 延缓线路残余变形的积累。
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2、预防性打磨
������ 预防性打磨是在裂纹开始扩展前将这些裂 纹萌生区打掉，近来已发展成为控制钢轨接触疲 劳的技术。 ������ 消除。 ������ 由于这些裂纹极浅，打磨深度很小：钢轨 顶面打磨深度一般为0.05～0.075 mm；对外轨的 内缘和内轨的外侧打磨深度一般为0.1 ～0.15mm， 它力图控制钢轨表面接触疲劳的发展，打
（b）塞钉式导电连接装置
右图：轨头压溃飞边
左图：接头钢轨断裂
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3、钢轨伤损减缓措施： 净化钢轨、淬火轨、合理使用钢轨、 钢轨打磨、按材质分类铺轨等。
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（二）钢轨的合理使用
钢轨的发展方向是重型化、强韧化和纯净化； 对合理使用钢轨也有明确规定：应根据钢轨 综合经济效益分析，确定钢轨合理的使用周期， 实行钢轨分期使用制度，并积极做好旧轨的整修 工作。
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例题： 兰州地区最高轨温为59.1℃，最低轨温
为-23.3℃，若铺设25m长的60kg/m钢轨，采用 10.9级螺栓，试计算在20℃铺设时的预留轨缝。
1 1 解：(1) t z T max T min 59.1 23.3 17.9 ℃ 2 2 1 1 (2) a 0 L( tz t 0 ) ag 0.0118 25 (17.9 20) 18 2 2
第一章
本章主要内容：
1．钢轨
2．轨枕
轨道结构
3．接头联结
4．中间联结——扣件
5．道床
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§1.1 概述
轨道是铁路线路的组成部分，这里所指的轨道包 括钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备和道岔等。
作为一个整体性工程结构，轨道铺设在路基之上，起
着列车运行的导向作用，直接承受机车车辆及其荷载 的巨大压力。在列车运行的动力作用下，它的各个组 成部分必须具有足够的强度和稳定性，保证列车按照 规定的最高速度，安全、平稳和不间断地运行。
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2、特种钢轨接头 （1）异形接头
a.异型夹板联接
b.异型钢轨联接
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（2）绝缘接头
a.普通高强绝缘接头
b.胶接绝缘接头
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钢轨绝缘接头
（ a ） 普通高强绝缘接头 （ b ） 胶接绝缘钢轨接头 （c）全断面夹板
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钢轨胶接绝缘接头
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加 强 接 头
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（3）导电接头
普通导电接头
（a）焊接式轨端接续线示意图
2．当轨温达到当地最低轨温时，轨缝应小于或等于构
造轨缝，使接头螺栓不受剪力，以防止接头螺栓拉弯或拉 断。构造轨缝是指受钢轨、接头夹板及螺栓尺寸限制，在 构造上能实现的轨端最大缝隙值。
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《铁路线路修理规则》规定普通线路预留轨缝计算
公式为：
1 a0 L( t z t 0 ) a g 2
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1．足够的强度和耐磨性。 2．较高的抗疲劳强度和韧性。 3．一定的弹性。 4．足够光滑的顶面。 5．良好的可焊性。 6．高速铁路钢轨的高平直度。
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二、钢轨类型及断面尺寸
1．钢轨的类型及长度
钢轨的类型通常以kg/m来表示。每米钢轨 的质量越重，它所承受的荷载越大。世界上第 一条铁路的钢轨为18kg/m，最重的钢轨在美国， 重达77kg/m。 我国现行的钢轨标准有50kg/m、60kg/m、 75kg/m三种。为了提高线路的通过能力，我国 铁路正逐步淘汰小重量钢轨，主要线路一般铺 设60kg/m或75kg/m的重型钢轨。
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四、钢轨伤损及合理使用
（一）钢轨伤损 是指钢轨在使用过程中，发生折断、裂纹及其它 影响和限制钢轨使用性能的伤损。 为便于统计和分析钢轨伤损，需对钢轨伤损进行 分类。 根据伤损在钢轨断面上的位置、伤损外貌及伤损 原因等分为九类32种伤损，用两位数编号分类，十 位数表示伤损的部位和状态，个位数表示造成伤损的 原因。 钢轨伤损分类具体内容可见“铁道工务技术手册 18 （轨道）”。
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可见，一条铁路一旦已在修理性打磨上取
平，应立即向预防性打磨计划方向转变
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3、钢轨断面(廓形)打磨 ������ 对曲线地段的Baidu Nhomakorabea轨断面进行非对称打磨能明显降低
轮轨横向力和冲角，达到减轻钢轨侧磨的目的。 ������ 机车车辆通过曲线一般是靠导向轮贴靠外轨产生的
导向力来导向，轮轨磨耗大。而现代化曲线通过理论证明， 在一定的曲线半径和机车车辆结构下，可以不用轮缘贴靠 的轮轨力导向，而是用轮轨蠕滑力导向，从而使外侧轮缘 不贴靠外轨或减小贴靠时的冲角，以减小轮轨力和磨耗。 ������ 非对称打磨依据上述理论，通过非对称打磨达到增 大左右轮的滚动半径差，以补偿内外轨的长度差（外轨轮 滚动半径大、内轨小），从而减小导向轮缘力、冲角以及 轮对在曲线上的滑动，达到减磨目的。
分为相对式和相错式两种。我国一般采用相对悬空式，
两股钢轨接头左右对齐，同时位于两接头轨枕 间。
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悬空式
承垫式
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相对式
相错式
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③预留轨缝
为适应钢轨热胀冷缩的需要，在钢轨接头处要预留轨 缝。预留轨缝应满足如下的条件：
1．当轨温达到当地最高轨温时，轨缝应大于或等于零，
使轨端不受挤压力，以防温度压力太大而胀轨跑道；
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1、钢轨的分级使用
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钢轨分级使用包含两个方面的含义： (1)钢轨的二次或多次使用； (2)钢轨在一次使用中的合理倒换使用。
2、钢轨整修技术
轨端不均匀磨耗和掉块、擦伤是钢轨运营 过程中产生的各种伤损和缺陷的主要形式之一。 ������ 需要对钢轨表面病害及时整治。钢轨表 面的整治工作包括磨修和焊修。
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第二节 钢轨
一、钢轨功用及基本要求
1、钢轨的功用 钢轨的作用是直接承受车轮传递的列车及其荷载 的重量，并引导列车的运行方向。
①导向；②承重；③传力；④导电
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2．钢轨的基本要求
随着铁路向高速、重载方向发展，钢轨也 正向重型化、强韧化及纯净化发展。对钢轨质 量、断面、材质三要素均提出了相应的要求。
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①接头夹板
接头夹板形状
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②接头螺栓
接头螺栓布置形式
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钢轨接头的形式
轨道上钢轨与钢轨之间用夹板和螺栓连接，称为钢 轨接头。接头处轮轨动力作用大，养护维修工作量大， 接头是轨道结构的薄弱环节之一。
接头的联结形式按其相对于轨枕位置，可分为悬空
式和承垫式两种。按两股钢轨接头相互位置来分，可
目
前主要还用在修理性打磨上，重点在波磨轨的打磨。 对于预防性打磨及钢轨廓形的打磨还需进一步开发。
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§1.3 钢轨联结
钢轨联结零件包括接头联结零件和中间联结零
件。
一、钢轨接头联结
1、普通接头
（1）普通接头联结零件是由夹板、螺栓、弹簧 垫圈等组成。其作用是在接头处把钢轨连接起来， 使钢轨接头部分具有与钢轨一样的整体性，以抵抗 弯曲和位移。接头处还要满足钢轨伸缩的要求。
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1、钢轨是轨道的主要部件，用于引导机车 车辆行驶，并将所承受的荷载传布于轨枕、道 床及路基。同时，为车轮的滚动提供阻力最小 的接触面。
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2、轨枕是轨道结构的重要部件，一般横 向铺设在钢轨下的道床上，承受来在钢轨的 压力，使之传布于道床。同时，利用扣件有 效地保持两股钢轨的相对位置。轨枕主要有 木枕和混凝土枕两类。
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4、防爬设备能有效地防止钢轨与轨枕之间 发生纵向的相对移动，制止钢轨爬行。
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5、道床是轨枕的基础，在其上以规 定的间隔布置一定数量的轨枕，用以增加 轨道的弹性和纵、横向移动的阻力，并便 于排水和校正轨道的平面和纵断面。主要 材料有碎石和筛选卵石等。
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6、道岔是机
车车辆从一股轨道 转入或越过加一股 轨道时必不可少的 线路设备，在铁路 站场布置中应用极 为广泛。它是轨道 结构 的重要组成 部分。
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2．钢轨断面设计 钢轨断面形状为工字形，由轨头、轨腰、轨底三 大部份组成。这个看似简单的工字，受力好、省材 料，具有最佳抗弯性能。
钢轨断面
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三、钢轨的材质及机械性能
钢轨钢的物理力学性能包括强度极限、屈服极 限、疲劳极限、伸长率、断面收缩率、冲击韧性及 硬度等。 ������ 参见（p11表1.2） 常用轨： U74（抗拉强度σb=785Mpa）――碳素钢； U71Mn （σb=883Mpa） ――合金钢。 PD3（一般σb=980Mpa），秦沈采用PD3全长淬 火 高碳微钒轨（σb=1300Mpa） －寿命提高50％ 以上） （淬火：采用电感应加热的方法，以局部改变轨 头钢的组织，从而提高钢轨的强度和韧性。） 17
������
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根据钢轨打磨的目的及磨削量，钢轨打磨 可分为三类： 1、修理性打磨 ������ ������ ������ 主要用来消除钢轨的波浪形磨耗、车轮擦 钢轨的一次磨削量较大，打磨周期长。 但是这种打磨方式并不能消除引起波磨、
伤、轨裂纹以及接头的马鞍形磨耗；
钢轨剥离及掉块的潜在的接触疲劳裂纹，在以后 列车通过时，这些裂纹还将继续扩展。
=8.4mm 取a0=8mm
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最高、最低轨温差不大于85℃地区，在按上式计
算以后，可根据具体情况将轨缝值减小1～2 mm。 25m钢轨铺设在当地历史最高、最低轨温差大于 100的地区时，应个别设计。 铺设12.5m钢轨地段，不受年轨温差限制。25m 钢轨地段，更换钢轨或调整轨缝时的轨温限制范围 为(tz+30℃)～(tz-30℃)；最高、最低轨温差不大于 85℃地区，如将轨缝值减小1～2 mm，轨温限制范 围相应地降低3℃～7℃。
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（三）钢轨打磨
对钢轨进行现场打磨始于本世纪50年代， 最初用于整治波形磨耗，现已发展成为一种多功 能的现代化养路技术。 ������ 打磨的重点已从钢轨修理转向钢轨保养。 ������ 钢轨的定期打磨，可以消除和延缓波磨、 消除钢轨表面的接触疲劳层防止剥离掉块、对断 面打磨还可改善轮轨接触条件，降低接触应力。
磨周期较短，以便在钢轨表面裂纹萌生时就予以
以防止由于塑性流动而使钢轨断面产生累积变形。
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预防性打磨与修理性打磨相比，其优点是：
1. 能获得较长的钢轨使用寿命；
2.提高打磨机器的生产率； 3. 并能降低轨道打磨每公里所需的打磨费用； 4.虽然打磨频率较高，但与修理性打磨相比，打 磨掉的金属总体积少，具有显著的经济效果。
=0.0118(mm/m℃)；
式中 a0——换轨或调整轨缝时的预留轨缝(mm)；
——钢轨线膨胀系数，
L——钢轨长度(m)；
t0 ——换轨或调整轨缝时的轨温， ag——构造轨缝，38kg/m、43kg/m、50kg/m、 60kg/m、75kg/m钢轨均采用ag＝18mm。 tz——当地中间轨温(℃)；
1、钢轨折断是指有下列情况之一者： 钢轨全截面至少断成两部分； 裂缝已经贯通整个轨头截面或轨底截面； 钢轨顶面上有长大于50mm、深大于10mm的 掉块。 ������ 钢轨折断直接威胁行车安全，应及时更换。 2、钢轨裂纹是指除钢轨折断之外，钢轨部分材料 发生分离，形成裂纹。 ������ 钢轨伤损种类很多，常见的有钢轨磨耗(侧 磨、波磨、磨耗限)、接触疲劳伤损、剥离及轨头 核伤、轨腰螺栓孔裂纹等。 19 –