轨道工程课程设计

路基上无缝线路课程设计。

一．简介。

本设计主要是针对无缝线路上锁定轨温和预留轨缝的设计，目前，随着铁路的高速化、重载化，对铁路轨道结构的要求也不断的增高。随着列车速度的增加和列车载重的增加，那么车轮对先前在既有线路上的标准轨接头部位的冲击更加的猛烈，引起更大的冲击力和振动，对轨道结构的破坏也就更加的严重。因此，线路上较多标准规接头处的轨缝制约着铁路的发展，而无缝线路，可以消除钢轨接头对轨道结构的影响，可以大大的提高列车的速度和列车的载重，大大促进铁路的高速发展。

对于无缝线路，由于钢轨受外界温度的变化而造成钢轨内的温度应力，对钢轨造成不利影响。温度升高，钢轨伸长，但是不能使长轨发生压紧而引起胀轨；温度下降，钢轨回缩，也不能使钢轨间的轨缝过大（超过构造所能要求的最大轨缝）而给列车的运行带来不利影响。因此，对于无缝线路，关键问题就是设置合理的锁定轨温及施工时的预留轨缝，保证钢轨在升温和降温都能在预先设计的范围内，使无缝线路的优势充分发挥出来。

本设计就是一个无缝线路锁定轨温和预留轨缝设定的实例，介绍了确定锁定轨温和预留轨缝的方法、原理和所考虑的因素等。

二．设计参数。

1、基本参数：

2、最小曲线半径的确定：

参照教材第四章轨道几何形位，由，其中h为实设最大超高，为154mm，为欠超高的允许值，为75mm，又东风4内燃机车的最大速度为120km/h，则得出，取值800m。

3、东风4机车的一些参数：

三．设计内容。

1、轨道结构的力学分析及检算：

东风4轮轴重示意图。

在计算轨道上的内力时，将轨道结构简化为连续弹性基础梁模型，然后得到钢轨挠曲变形方程、钢轨的弯矩方程和枕上压力的方程：

其中，刚比系数，，在求的最大值时，要采用计算钢轨的d值，在计算枕上压力时，采用计算枕下基础的d值。

得出静弯矩和枕上压力后，按照以下公式来计算动弯矩和动枕上压力：

因为机车=120km/h，则，。

其中，计算动弯矩速度系数采用，计算枕上压力采用；偏载系数；

横向水平力系数f由设计参数可查出：

由程序①来计算静弯矩、枕上压力和动弯矩、枕上压力：

即： =47869893.0， =77800.1.

检算：1）、钢轨强度检算：

钢轨强度检算：60kg/m，当垂直磨耗为6mm时，截面模量w底=375 cm3，w头=291 cm3，故：

由下面计算锁定轨温时

则：轨底：由下面按强度条件计算降温幅度时，必然满足；

轨头： 2）、轨枕检算：

轨下断面正弯矩检算：

中间断面负弯矩检算：

对于ⅱ型混凝土枕：，则满足要求。

3）、道床顶面压应力检算：

满足要求。其中，对于ⅱ型混凝土枕，b取27.5cm，取117.5cm，碎石道床=0.5mpa。

4）、路基基床表面压应力检算：

现有道床厚度h=450mm，其中，既有线路路基基床=0.15mpa。

2、根据稳定性计算允许温度压力：

线路条件有：

按照统一无缝线路稳定性计算公式进行求解：，

其中，为塑性初始弯曲半径，为变形曲线的弦长，安全系数k取1.3

由程序②来计算允许温度压力：

即=n 3、计算中和轨温。

1）计算根据强度条件允许的降温幅度。

要求钢轨所承受的各种应力的总和不超过规定的容许值，即。

其中，钢轨的最大动弯拉应力。

、温度应力：

由，，其中e和在前面的参数表中已给出：e=2.1×105mpa， =11.8×10-6/℃。则，

、为钢轨承受的制动应力等附加应力：在路基中，取值10mpa。

在桥梁上，由于考虑伸缩和挠曲附加应力，因此还要加上桥上引起的附加应力：下面，就是利用ansys软件进行求解：（命令流见附件2）

桥上的钢轨轴力图。

桥身上的轴力图。

得到，，因此， =10+46.46=56.46mpa。

为钢轨的容许应力： =其中对于新钢轨，k=1.3

则， 2）根据稳定条件计算允许的升温幅度：

3）锁定轨温的确定：

则锁定轨温上限为：;锁定轨温下限为：

并且。4、计算长轨和缓冲轨间预留缝a1和缓冲轨与缓冲轨间的预留缝a2

图2 无缝线路轨缝示意图。

当实际温度与锁定轨温差别加大时，所产生的温度力远大于接头阻力时，则采用如图2所示，其中长轨一端的伸缩量：；标准轨一端的伸缩量：。对于长轨，其长度认为无限长，保证了其伸缩区的长度提供道床纵向阻力与接头阻力一起来与温度力平衡，但对于标准轨来说，其长度为25m，对其中的一端来说，其伸缩区的长度最大为12.

5m，轨枕的根数也有限，道床纵向阻力总和很快被全部克服，此后，钢轨可以自由伸缩，温度力也得以解放。如温度力刚好大于接头阻力时，标准轨就和长轨一样，其所提供的道床纵向阻力不会被全部克服，及伸缩区长度小于l/2，计算方法同长轨一端的伸缩量的计算方法，如图3所示：

图3然后，按冬季轨缝不超过构造轨缝的条件，可得预留轨缝上限：

按夏季轨缝不顶严的条件，可得预留轨缝下限：

其中：、是从锁定轨温至当地最低轨温时，长轨、短轨一端的缩短量；，是从锁定轨温至当地最高轨温时，长轨、短轨一端的伸长量。

最后：无缝线路缓冲区的预留轨缝：

用程序③计算长轨和缓冲轨间预留缝及缓冲轨与缓冲轨间的预留轨缝：

四．设计结论。

通过这次的课程设计，我将课堂上所学的理论知识理解的更加的深刻，比较形象的理解到轨道方方面面的知识，包括各个参数的意义、每个公式的原理及各个部件的作用及用途等。在课程设计中，将课本的知识进行实践，运用学的基本原理去解决实际问题，将知识活用，充分锻炼了我们的思考理解能力，以及分析问题和将实际问题转化为普通基本模型的能力。

同时，在课程设计的过程中，通过查阅资料，以及向老师、学姐的提问，同学之间的讨论，也学到的很多东西，对轨道结构的认识和理解也进一步的提高。并且通过软件的应用，也加强了软件的使用能力，对待问题考虑的更加的周到。通过这次课程设计，不光在专业知识上理解的更加的深刻，掌握的更加牢靠，同时也锻炼了自己在思考问题和处理实际问题的能力，为以后的工作树立了坚实的基础。

五．参考文献。

1、《铁道工程》中国铁道出版社高亮主编。

2、tb10082-2005铁路轨道设计规范。

附件1：源程序。

程序①：计算动弯矩。

#include<>

void main()

double d1,d2,a,u1,u2,k1,k2,e,ix,y0,m0,m01,m02,r0,r01,r02,rd,p0i,xi,m1,m2,vmax, ho,a1,a2,b,f,md;

printf("请输入计算钢轨用的钢轨支座刚度d1:");

scanf("%lf",&d1);

printf("请输入计算枕下基础用的钢轨支座刚度d2:");

scanf("%lf",&d2);

printf("请输入钢轨轨枕间距a:");

scanf("%lf",&a);

printf("请输入钢轨弹性模量e:");

scanf("%lf",&e);

printf("请输入钢轨截面惯性矩ix:");

scanf("%lf",&ix);

printf("请输入机车的轮重p0i:");

scanf("%lf",&p0i);

printf("请输入机车的轴距xi:");

scanf("%lf",&xi);

printf("请输入轨道允许的最高速度vmax:");

scanf("%lf",&vmax);

printf("请输入轨道的未被平衡超高值ho:");

scanf("%lf",&ho);

printf("请输入曲线上横向水平力系数f:");

scanf("%lf",&f);

u1=d1/a;

u2=d2/a;

m1=u1/(4*e*ix);

k1=sqrt(sqrt(m1));

m2=u2/(4*e*ix);

k2=sqrt(sqrt(m2));

m01=1/(4*k1)*p0i*(1+exp(-k1*xi)*(cos(k1*xi)-sin(k1*xi))+exp(-k1*2*xi)*(cos(k1*2*xi)-sin(k1*2*xi)))

m02=1/(4*k1)*p0i*(1+2*exp(-k1*xi)*(cos(k1*xi)-sin(k1*xi)))

r01=a*k2/2*p0i*(1+exp(-k2*xi)*(cos(k2*xi)+sin(k2*xi))+exp(-k2*2*xi)*(cos(k2*2*xi)+sin(k2*2*xi)))

r02=a*k2/2*p0i*(1+2*exp(-k2*xi)*(cos(k2*xi)+sin(k2*xi)))

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