第一章轨道构造.doc

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轨道构造

第一节钢轨

一、钢轨的功用及要求

钢轨是铁路轨道的主要组成部件。它的功用在于引导机车车辆的运行，承受车轮的巨大压力并传递到轨枕上，为车轮提供连续、平顺和阻力较小的滚动表面，在电气化铁路或自动闭塞区段，钢轨还兼做轨道电路之用。

为使列车能够安全、平稳和不间断地运行，钢轨除必须充分发挥上述诸功能外，还应保证在轮载和轨温变化作用下，应力和变形均不超过规定的限值。这就要求钢轨具有足够的强度、韧性和耐磨性。

机车依靠其动轮与钢轨顶面之间的摩擦牵引列车前进，这就要求钢轨顶面粗糙，使车轮与钢轨之间产生足够的摩擦力。但对车辆来说，摩阻力太大会使行车阻力增加，这就又要求钢轨有一个光滑的滚动表面。从这一矛盾的主要方面出发，钢轨仍应维持其光滑的表面，必要时，可用向轨面撒砂的方法提高机车动轮与钢轨之间的粘着力。

钢轨依靠本身的刚度抵抗轮载作用下的弹性弯曲，但是为了减轻车轮对钢轨的动力冲击作用，防止机车车辆走行部分及钢轨的折损，又要求钢轨具有必要的弹性。

车轮与钢轨之间接触面积很小，而来自车轮的压力却十分巨大，为使钢轨不致被压陷或磨耗太快，钢轨应具有足够的硬度。但硬度太高，钢轨又容易受冲击而折损，因此，要求钢轨具有一定的韧性。

此外，还应考虑到在我国的铁路建设事业中，每年需要大量的各种类型钢轨，因此，钢轨必须设计合理，价格低廉，轻重齐备，自成系列。

为满足上述这些要求，在设计和制造钢轨时，对其材质、断面形状、重量、强度、韧性和耐磨性能等都应充分考虑。

二、钢轨的断面及类型

（一）钢轨断面

作用于钢轨上的力主要是竖直力，其结果是使

钢轨挠曲。钢轨可视为弹性基础上的连续长梁，而

梁抵抗挠曲的最佳断面形状为工字形。因此，钢轨

采用由轨头、轨腰和轨底三部分组成的宽底式工字

图1-1钢轨断面形状形断面，如图1-1所示。

图1-1钢轨断面形状

钢轨断面应满足下列要求：

1.钢轨头部是直接和车轮接触的部分。为改善轮轨接触条件，提高其抵抗压陷和耐磨的能力，轨头宜大而厚，并有足够的面积以备磨耗，其几何形状应适合轮轨的接触。

2.为使钢轨有较大的承载能力和抗弯能力，钢轨腰部必须有足够的厚度和高度。轨腰与钢轨头部及底部的连接，必须保证夹板能有足够的支承面，并使断面的变化不致于太突然，以免产生过大的应力集中。

3.钢轨底部直接支承在轨枕顶面上。为保持钢轨稳定，轨底应有足够的宽度和厚度，并具有必要的刚度和抵抗锈蚀的能力。

4.钢轨的头部顶面宽（b）、轨腰厚（c）、轨身高（H）及轨底宽（B）是钢轨断面的四个主要参数。钢轨高度应尽可能大一些，以保证有足够的惯性矩及断面系数来承受竖直轮载的动力作用。但钢轨愈高，其在横向水平力作用下的稳定性愈差。轨身高与轨底宽之间应有一个适当的比例，一般采用H/B=1.15～1.20。

（二）钢轨类型

钢轨的类型以每米长度钢轨的质量（kg/m）来表示。目前，我国铁路的钢轨类型主要有75、60、50、43kg/m等四种。60、75kg/m钢轨的断面尺寸如图1-2所示。钢轨各部分的尺寸及特征见表1-1。

随着机车车辆轴重的加大和行车速度的提高，钢轨正在向重型发展，目前世界上最重型的钢轨已达到77.5kg/m。我国钢轨的标准长度有12.5m及25m两种。另外，还有用于曲线轨道内股比12.5m标准轨缩短40、80、120mm和比25m标准轨缩短40、80、160mm的六种标准缩短轨。

图1-260、75kg/m钢轨断面尺寸（单位：mm）

表1-1常用钢轨断面尺寸及特征

项目

单位

类型（kg/m）

75

60

50

43

每米质量

kg

74.414

60.640

51.514

44.653

断面积F

cm2

95.037

77.45

65.8

57.0

钢轨高度H

mm

192

176

152

140

轨头宽度b

mm

75

73

70

70

轨底宽度B

mm

150

150

132

114

轨腰厚度c

mm

20

16.5

15.5

14.5

螺栓孔直径

mm

31

31

31

29

轨端至1孔中心距

mm

76

76

60

56

1孔至2孔中心距

mm

140

140

150

110

2孔至3孔中心距

mm

130

140

140

160

垂直轴的惯性矩Ⅰy

cm4

665

524

377

260

水平轴的惯性矩Ⅰx

cm4

4489

3217

2037

1489

轨头断面系数w头

cm3

432

339

251

208

轨底断面系数w低

cm3

509

396

287

217

钢轨垂直磨耗3(mm)

Ⅰx