軌道工程二鋼軌PPT課件

第二章鋼軌，了解鋼軌，鋼軌的功能和類型，2.1鋼軌，2.2鋼軌斷面設計原則和中國主要鋼軌斷面形狀，2.3鋼軌材料和機械指標，2.4鋼軌允許偏差和平整度，2.5鋼軌損壞，2.6鋼軌接頭，5.2.1鋼軌功能和類型，鋼軌是鋼軌的主要組成部分。它的功能是引導機車車輛的車輪向前移動，承受車輪的巨大壓力，并將其傳遞給枕木。鐵軌必須為車輪提供連續(xù)、平滑且阻力最小的滾動表面。在電氣化鐵路或自動閉塞區(qū)段，鋼軌也可用作軌道電路。(1)為車輪提供連續(xù)、平滑且阻力最小的滾動表面，以引導車輛前進。2)鋼軌應承受車輪的巨大垂直壓力，并以分散的形式傳遞給軌枕。3)為軌道電路提供導體。鐵軌的類型用每米鐵軌質(zhì)量的千克數(shù)來表示。我國鐵路使用的鋼軌有75公斤/米、60公斤/米、50公斤/米、43公斤/米和38公斤/米。目前，中國鐵路的固定長度分別為12.5米和25米。各國鐵路的固定長度各不相同。我國新建客運專線使用的定長鋼軌長度為50m或100米。9、2.2鋼軌斷面設計原則和我國主要鋼軌斷面形狀，2.2.1斷面，10，并且軌道橫截面為工字形。鋼軌分為軌頭、軌腰和軌底。軌頭應具有足夠的表面積和厚度，以延遲軌頭擠壓和磨損；軌腰主要承受剪切力，使鋼軌具有較大的垂直剛度。軌底應有一定的寬度，以分散壓力和保持穩(wěn)定。軌頭應大而厚，并具有適合車輪踏面的形狀，以改善輪軌接觸條件，提高抗凹陷能力，同時具有足夠的磨損支撐面積。雖然軌道的頂面具有足夠的寬度，但是為了使車輪傳遞的壓力更集中在軌道的中心軸線上，頂面具有凸起的圓弧形狀。圓弧的半徑不能太小。雖然壓力可以集中在軌道的中心軸上，但是由于車輪和軌道之間的接觸面積太小，所以不會引起太大的接觸應力。我國鐵路輕軌頂面通常由半徑為300毫米的圓弧組成，重軌頂面由半徑分別為80毫米300毫米80毫米和80毫米500毫米80毫米的三個復合圓弧組成。軌腰必須有足夠的厚度和高度，并有較大的承載力和抗彎能力。對于軌腰與軌頭和軌底之間的連接，必須確保夾板有足夠的支撐面，并且橫截面的變化不要太突然，以免應力過度集中。因此，復雜的曲線可用于軌腰和軌頭之間的連接。例如，中國的CHN60標準軌采用半徑為25毫米和8毫米的復雜曲線進行連接。軌腰與軌底的連接曲線一般采用半徑為14 20 mm的單曲線，軌底直接支撐在軌枕頂面上。為了保持鋼軌的穩(wěn)定性，鋼軌應具有足夠的寬度和厚度以及必要的剛度和耐腐蝕性。鋼軌的高度應確保鋼軌具有足夠的慣性矩和橫截面系數(shù)來承受車輪的垂直壓力，并確保鋼軌在橫向水平力的作用下具有足夠的穩(wěn)定性。尺寸經(jīng)驗公式：軌頂面寬度b=0.34M米51.70(mm)軌腰厚度t=0.16M米7.08(mm)軌身高度H=1.92M米54.16(mm)軌底寬度B=1.25M米69.25(mm)M為每米鋼軌質(zhì)量(kg)。16、2.3鋼軌材料及其力學指標。2.3.1鋼軌材料鋼軌材料是指鋼軌的化學成分及其金相組織(指在金屬結(jié)構中具有相同化學成分、晶體結(jié)構和物理性能的成分，包括固溶體、金屬化合物和純物質(zhì))。鋼軌高可靠性的前提是鋼軌材料具有高純度和合理的化學成分。鋼軌的質(zhì)量問題主要是由于鋼軌內(nèi)部夾雜物和缺陷造成的疲勞損傷。因此，提高鋼軌材料的純度是降低鋼軌疲勞損傷、提高鋼軌可靠性和延長使用壽命的有效途徑之一碳-抗拉強度錳-強度和韌性硅-增加密度的有害成分：磷-冷脆硫-熱脆。19、2.3.2鋼軌的機械性能強度極限b、屈服極限s、疲勞極限r(nóng)、延伸率s、斷面收縮率、沖擊韌性k和布氏硬度指數(shù)HB等。這些指標對鋼軌的承載能力、磨耗、壓碎、斷裂等損傷有很大影響。將一定尺寸(直徑10毫米)的硬化鋼球以一定的載荷(一般為3000公斤)壓入材料表面，并保持一段時間。卸載后，載荷與壓痕面積的比值為布氏硬度值(HB)，單位為千克力/平方毫米(N/平方毫米)。布氏硬度測量準確可靠，布氏硬度范圍為8650HB。然而，血紅蛋白通常僅適用于低于450牛頓/平方毫米(兆帕)的金屬材料，不適用于較硬的鋼或較薄的板。在鋼管標準中，布氏硬度使用最廣泛。壓痕直徑D常用來表示材料的硬度，直觀方便。嘿。嘿。21，2.4鋼軌尺寸允許偏差和直線度要求，2.4.1為確保列車運行的穩(wěn)定性，要求軌道幾何形狀和位置的穩(wěn)定性，軌頭輪軌接觸光帶的位置和寬度的穩(wěn)定性，而要實現(xiàn)這一點，鋼軌的整體尺寸精度高和直線度高是必不可少的。鋼軌焊接接頭是無縫線路個體不規(guī)則性的來源之一。鋼軌與鋼軌母材的焊接材料、金相組織、硬度和韌性的差異、焊接設備的精度以及操作人員的技術熟練程度都會導致鋼軌焊接接頭處的鋼軌表面不平整。鋼軌焊接接頭有三種類型：接觸焊、氣壓焊和鋁熱焊。為了保證高速列車的高速平穩(wěn)運行，減少輪軌間的動力作用，對鋼軌焊接接頭的焊接質(zhì)量和直線度提出了更高的要求。因此，鋼軌焊接接頭也是鋼軌表面不平直的控制部分。24，2.5鋼軌損傷，常見損傷類型：1、鋼軌接頭螺栓孔裂紋和焊接接頭裂紋2、軌頭鐵芯損傷3、軌頭剝落4、鋼軌磨損，25、2.5.1鋼軌接頭螺栓孔裂紋和焊接接頭裂紋在普通線路上是不可避免的。通常在軌腰和軸附近鉆孔以安裝連接螺栓。由于鉆了軌腰，鋼軌的強度減弱了。在鋼軌的應力傳遞過程中，應力集中發(fā)生在螺栓孔周圍。同時，由于車輪通過接頭時的沖擊，螺栓孔周圍的應力集中更加嚴重。圖2-5鋼軌接頭螺栓孔裂紋圖2-6鋼軌焊接接頭裂紋。26，在輪軌沖擊載荷下，螺栓孔周圍產(chǎn)生肉眼看不見的45度斜向微裂紋。在列車載荷下，裂紋進一步擴展并產(chǎn)生裂紋。由于焊接材料和軌底材料之間的不一致性，焊縫和軌底材料處的鋼軌磨損導致軌面不平整，這增加了輪軌沖擊載荷，從而導致焊接接頭軌斷裂。27、2.5.2軌頭核損傷是對交通最危險的損傷之一。在列車荷載的反復作用下，軌頭內(nèi)部出現(xiàn)極其復雜的應力分布和應力狀態(tài)，導致小裂紋橫向擴展，形成核損傷，直至核損傷周圍的鋼筋強度不足以抵抗車輪荷載下的應力，鋼軌突然斷裂。圖2-7軌頭核心損傷，28，原因：內(nèi)部原因：制造過程中鋼軌中的非金屬夾雜物或微氣泡。外因：在列車荷載的作用下，會產(chǎn)生巨大的接觸應力，造成鋼軌接觸疲勞損傷。措施：提高鋼軌的純凈度，減少鋼軌中的非金屬夾雜物；提高鋼軌的接觸疲勞強度；提高軌道結(jié)構的彈性，降低輪軌沖擊載荷。29，圖2-8 45軌頭圓角處的輕微傾斜裂紋圖2-9軌面剝離，2.5.3軌頭剝離。30、2.5.3軌頭剝離軌頭剝離是當今重載鐵路運輸中常見的鋼軌損傷，主要發(fā)生在軌頭的內(nèi)圓角處。主要原因是軌頭內(nèi)側(cè)圓角處的輪軌接觸應力較大，軌面以下幾毫米處的剪應力導致鋼軌的剪切疲勞。裂縫產(chǎn)生后，即剝離初期，鋼軌表面呈規(guī)則的45度微傾斜裂紋，方向與行車方向相反。當裂紋區(qū)域達到一定程度時，裂紋的頂層會在車輪的滾動下產(chǎn)生塑性變形，最終斷裂并在鋼軌表面出現(xiàn)凹坑。32、2.5.4鋼軌磨耗分為垂直磨耗、軌頭側(cè)磨耗和波浪磨耗。垂直磨損與輪軌間的垂直力、輪軌間的爬行和摩擦等有關。隨著通過管線的總質(zhì)量的增加，垂直磨損也相應增加。側(cè)面磨損主要發(fā)生在曲線鋼軌的外側(cè)。鋼軌的側(cè)磨縮小了軌頭的寬度。鋼軌側(cè)磨過程中，軌頭下側(cè)的鋼材會產(chǎn)生塑性變形、裂紋甚至核損傷。圖2-10軌側(cè)磨損和測量圖2-11軌側(cè)磨損和頭側(cè)鐵芯損傷。34，中國將鋼軌磨損分為輕傷和重傷。波浪磨損是指鋼軌投入運行后，鋼軌表面有規(guī)律地發(fā)生周期性磨損和塑性變形。波磨一般發(fā)生在曲線段，波磨在列車制動段發(fā)生的概率和磨損率都很大。圖2-12鋼軌的波紋磨損。36、2.5.5鋼軌探傷，根據(jù)鋼軌探傷設備的工作原理，分為電磁探傷和超聲波探傷。超聲波探傷：當超聲波被注入鋼軌的核損傷、裂紋或其他損傷時，它們在鋼與空氣的界面處被阻擋，產(chǎn)生反射波，電子儀器可以接收和顯示這些反射波，從而發(fā)現(xiàn)鋼軌內(nèi)部的傷痕。37，2.6鋼軌接頭，位于兩個固定長度的鋼軌之間，通過夾板連接形成連續(xù)的軌道，稱為鋼軌接頭。2.6.1接頭連接件鋼軌接頭的連接件由夾板、螺栓、螺母和彈簧墊圈組成。接頭夾板的功能是夾緊導軌。接頭夾板分為斜坡支撐型和弧形支撐型，(一)斜坡支撐型，(二)弧形支撐型，39、2.6.2鋼軌接頭為使鋼軌受熱膨脹，受凍收縮，應在普通線路的鋼軌接頭處預留鋼軌接頭。軌縫尺寸根據(jù)鐵道部鐵路線路維修規(guī)則預留軌縫公式計算：0=L(TZ-T0)0.5G，其中為鋼軌線性膨脹系數(shù)(0.0118mm/m)；l是鋼軌長度；Tz是本地中間軌道溫度；T0是調(diào)整軌縫時的軌溫；g是鋼軌的結(jié)構鋼軌間隙(18毫米)。40、2.6.3接頭布置鋼軌接頭在軌枕墊方面可分為兩種類型：懸掛式和墊式。中國鐵路使用懸掛式鋼軌接頭。懸掛式(b)單枕墊式(c)雙枕墊式。根據(jù)兩個軌道接頭的位置，41可分為相對型和相位交錯型，其缺點是車輪交替沖擊接頭，如果軌道狀況不好，車輛的振動將會加劇。美國鐵路大多使用交錯鋼軌接頭，而中國鐵路使用相對鋼軌接頭。相對鋼軌接頭(b)相位交錯鋼軌接頭。42、2.6.4根據(jù)鋼軌接頭的功能，接頭類型可分為普通接頭、異形接頭、導電接頭、絕緣膠接接頭、伸縮接頭和焊接接頭。異形鋼軌接頭用于連接兩種不同類型的鋼軌。43歲。鋼軌表面和夾板表面生銹導致接頭阻力大。為了減少軌道電路的電流損耗，在軌道末端鉆孔以連接導線。由于在軌頭上鉆孔會影響鋼軌的疲勞強度，所以目前的導電接頭通常采用噴焊來連接導線。絕緣接頭用于自動閉塞區(qū)段閉塞區(qū)段兩端的軌道接頭上，以阻斷電流。(a)鋼軌膠接接頭(b)鋪設在線路上的鋼軌膠接接頭。45、伸縮接頭也稱為鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。鋼軌伸縮接頭分為基本鋼軌和尖軌。尖軌是固定的，基本軌向軌的外側(cè)擴展和收縮，從而確保軌距在基本擴展期間保持不變。