任務(wù)2計(jì)算線路換算坡度-確定列車(chē)運(yùn)行條件(精)

1、任務(wù) 2 計(jì)算線路換算坡度，確定列車(chē)運(yùn)行條件線路由于受到地形、地物、技術(shù)條件和客流等因素的影響，不可能全線設(shè)計(jì)為直線和平坡，必要時(shí)必須轉(zhuǎn)彎和上下坡，那么線路的曲線和坡度對(duì)機(jī)車(chē)車(chē)輛運(yùn)行為造成什么樣影響？看一看】軌道交通線路圖 1-1 軌道交通線路【想一想】軌道交通線路由哪幾個(gè)主要部分組成？軌距如何測(cè)量？【任務(wù)分析】 軌道交通線路是完成城市旅客運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備,是機(jī)車(chē)車(chē)輛和列車(chē)運(yùn)行的基礎(chǔ)。線路狀態(tài)的完整與否車(chē)站各項(xiàng)設(shè)備的布局和運(yùn)用是否合理 ,對(duì)軌道交通運(yùn)營(yíng)組織和完成城市客運(yùn)任務(wù)具有決定性的影響。本任務(wù)主要學(xué)習(xí)軌道交通線路的基本知識(shí)，包括軌道交通線路分類(lèi)、組成、選線方法、線路的平面 和縱斷面及線路標(biāo)志

2、與限界等知識(shí)。12 所示。相關(guān)知識(shí)】軌道交通線路簡(jiǎn)稱(chēng)線路，它是由路基和軌道組成的一個(gè)整體工程結(jié)構(gòu)如圖圖 1-2 線路的組成路基是軌道的基礎(chǔ)，也叫做下部建筑，它是軌道交通運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)。為了使列車(chē)能按規(guī)定的最高速度， 安全、平穩(wěn)和不間斷地運(yùn)行，線路各部件必須經(jīng)常保持完好狀態(tài)，以確保能夠質(zhì)量良好地完成旅客運(yùn)輸任 務(wù)。線路的平面 線路在空間的位置是用它的中心線來(lái)表示的。線路中心線是指距外軌半個(gè)軌距的鉛垂線與兩路肩邊 緣水平連線交點(diǎn)的縱向連線。線路中心線在水平面上的投影，叫做線路的平面，它表明線路的曲、直變化 狀態(tài)和走向；線路的平面由直線、圓曲線以及連接直線與圓曲線的緩和曲線組成。一）曲線線路在轉(zhuǎn)向處所設(shè)

3、的曲線為圓曲線，其基本組成要素有：曲線半徑圖 1-4 圓曲線要素在線路設(shè)計(jì)時(shí)，一般是先設(shè)計(jì)出和 R，再按下式計(jì)算出 T 及 L：T=R tan 2LR180(m)(m)R ，曲線轉(zhuǎn)角 ，曲線長(zhǎng) L ，曲線半徑愈大，行車(chē)速度愈高，但工程量愈大，工程費(fèi)用愈高。小半經(jīng)曲線地段需要適當(dāng)限速運(yùn)行 ,當(dāng)列車(chē)通過(guò)曲線時(shí)，為了提高運(yùn)營(yíng)安全性與乘車(chē)旅客的舒適性， 在圓曲線地段應(yīng)根據(jù)曲線半徑和實(shí)測(cè)行車(chē)速度，在曲線外股鋼軌合理設(shè)置超高H ，H=11.8 V2/R（mm）（V為列車(chē)運(yùn)行平均速度） ，曲線超高一經(jīng)設(shè)定則不能任意調(diào)整， 地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定地鐵最大超高為 120 mm。線路直線與圓曲線往往不是直接相連的，

4、中間要加一段緩和曲線。地鐵或輕軌曲線半徑宜從大到小 選擇，最大不超過(guò) 3000m，當(dāng)曲線半徑小于 400m 時(shí)，輪軌磨損大、噪聲大，應(yīng)盡量少用。為了使列車(chē)按 規(guī)定速度安全平穩(wěn)運(yùn)行，需要根據(jù)行車(chē)速度、車(chē)輛輪對(duì)有關(guān)尺寸等因素規(guī)定線路曲線的最小半徑。線路曲 線半徑最小值是地鐵主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：線路平面最小曲線半 徑應(yīng)符合表 1-1的規(guī)定。表 1-1 地鐵或輕軌線路平面最小曲線半徑線路一般情況 （m）困難情況 （m）正線 km/ hV8035030030025080<V 100550500450400聯(lián)絡(luò)線、出入線250200150車(chē)場(chǎng)線150110110注：除

5、同心圓曲線外，曲線半徑應(yīng)以 10m的倍數(shù)取值。（二）緩和曲線 為保證列車(chē)安全，使線路平順地由直線過(guò)渡到圓曲線或由圓曲線過(guò)渡到直線，以避免離心力的突然 產(chǎn)生和消除，常需要在直線與圓曲線之間設(shè)置一個(gè)曲率半徑變化的曲線， 這個(gè)曲線稱(chēng)為緩和曲線， 如圖 1-5緩和曲線的特征為：從緩和曲線所銜接的直線一端起，它的曲率半徑 由無(wú)窮大逐漸減小到它所銜 接的圓曲線半徑 R 。它可以使離心力逐漸增加或減小，不致造成列車(chē)強(qiáng)烈的橫向搖擺，這對(duì)改善運(yùn)營(yíng)條 件、保證行車(chē)安全和平順都有很大的作用，如圖 1-6所示。圖 1-6 離心力變化示意圖地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定緩和曲線長(zhǎng)度為20 m75 m ，即不短于一節(jié)車(chē)輛全軸距長(zhǎng)。

6、（三）夾直線 兩相鄰曲線，轉(zhuǎn)向相同，稱(chēng)為同向曲線；轉(zhuǎn)向相反，稱(chēng)為反向曲線。兩條相鄰曲線間應(yīng)設(shè)置一定長(zhǎng) 度的直線，以保證列車(chē)運(yùn)行的平穩(wěn)。車(chē)輛運(yùn)行在同向曲線上，因相鄰曲線半徑不同，超高高度不同，車(chē)體 內(nèi)傾斜度不同；車(chē)輛運(yùn)行在反向曲線上，因兩曲線超高方向不同，車(chē)體時(shí)而向左傾斜，時(shí)而向右傾斜。這 兩種情況都會(huì)造成車(chē)體搖晃震動(dòng)， 為了保證運(yùn)營(yíng)安全， 提供平穩(wěn)的行車(chē)條件， 線路不宜連續(xù)設(shè)置多個(gè)曲線， 并在曲線之間必須保證足夠長(zhǎng)度的夾直線。地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：在正線與輔助線上夾直線長(zhǎng)度不應(yīng)小于20 m，在車(chē)場(chǎng)線上夾直線長(zhǎng)度不應(yīng)小于 3 m。線路的縱斷面 線路中心線展直后在鉛垂面上的投影，叫線路的縱斷面，它

7、可表明線路的坡度變化。線路縱斷面由 平道、坡道及設(shè)于變坡點(diǎn)處的豎曲線組成。1坡道的坡度坡度是一段坡道兩端點(diǎn)的高差 h 與水平距離 L 之比，用 i 表示，如圖 1-7 所示。圖 1-7 坡道坡度及坡道附加阻力示意圖i 000 1000 h 1000tg 即Li 坡度值；坡道段線路中心線與水平線夾角。線路根據(jù)地形的變化，有上坡、下坡和平道。上、下坡是按列車(chē)運(yùn)行方向來(lái)區(qū)分的，通常用“ + ”號(hào) 表示上坡，用“”號(hào)表示下坡，平道用“ 0 ”表示。+例 4如 ，是表示線路每 1000m 的水平距離升高4m ； 4 則表示線路每 1000m 的水平距離降低 4m 。線路縱斷面上坡度的變化點(diǎn)，叫變坡點(diǎn)。相

8、鄰變坡點(diǎn)間的距離，叫坡段長(zhǎng)度。地鐵或輕軌線路縱坡長(zhǎng)度不小于遠(yuǎn)期列車(chē)長(zhǎng)度，還應(yīng)滿足兩相鄰豎曲線間的夾直線坡段長(zhǎng)度不小于50m。地鐵線路盡可能采用較平緩的坡度。一條線路最大坡度的確定，必須考慮各類(lèi)車(chē)輛在最大坡道上停 車(chē)時(shí)的啟動(dòng)與防溜，同時(shí)考慮必要的安全系數(shù)。最大坡度也是地鐵主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一， 地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：正線的最大坡度宜采用30，困難地段可采用 35，輔助線的最大坡度宜采用 40。地鐵隧道線路考慮排水需要，正線最小坡度不宜小于3，困難地段在確保排水的條件下，可采用小于 3 的坡度。 車(chē)站站臺(tái)線路由于停車(chē)及站臺(tái)面平緩要求宜設(shè)置在3的坡道上， 困難條件下可設(shè)置在 2或不大于 5的坡道上，但是

9、要確保排水坡度不小于3，以利于排水暢通。隧道內(nèi)的折返線與存車(chē)線，應(yīng)布置在面向車(chē)擋的下坡道上，其坡度宜為2。地面及高架橋上的車(chē)站站臺(tái)線路不受排水影響宜設(shè)在平坡上，車(chē)場(chǎng)線可設(shè)在不大于1.5的坡道上。2豎曲線車(chē)輛經(jīng)過(guò)變坡點(diǎn)時(shí)，將產(chǎn)生振動(dòng)和豎向加速度，引起旅客不舒適，同時(shí)由于坡度變化，車(chē)鉤會(huì)產(chǎn)生 一種附加應(yīng)力，車(chē)輛經(jīng)過(guò)凸凹地點(diǎn)時(shí)，相鄰車(chē)輛處在不同坡道上，易產(chǎn)生車(chē)鉤上下錯(cuò)移。為保證列車(chē)運(yùn)行 平穩(wěn)，防止脫鉤、 斷鉤， 應(yīng)在相鄰坡段間用一圓順曲線連接， 使列車(chē)順利地由一個(gè)坡段過(guò)渡到另一個(gè)坡段，這個(gè)縱斷面上變坡點(diǎn)處所設(shè)的曲線，叫做豎曲線，如圖 1-8 所示。圖 1-8 豎曲線由上圖可知，豎曲線切線長(zhǎng) Ts 為

10、：TSR tg 22000 RSi（m）式中 i 相鄰坡段坡度代數(shù)差的絕對(duì)值。豎曲線曲線長(zhǎng)（ Ls ）： Ls 2Ts （m）地鐵或輕軌線路中，兩相鄰坡段的坡度代數(shù)差等于或大于2時(shí)，應(yīng)設(shè)豎曲線。豎曲線就是縱斷面上的圓曲線，豎曲線的曲線半徑采用見(jiàn)表1-2。表 1-2 豎曲線半徑線別一般情況困難情況（m）（m）正線區(qū)間50003000車(chē)站端部30002000輔助線2000車(chē)場(chǎng)線2000地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范還規(guī)定：車(chē)站站臺(tái)和道岔范圍不得設(shè)置豎曲線，豎曲線離開(kāi)道岔端部的距離 不應(yīng)小于 5 m。軌道（一）軌道的組成及各部分的作用。 軌道是由鋼軌、軌枕、連接零件、道床、道岔和其他附屬設(shè)備等不同力學(xué)性質(zhì)的材料組

11、成的構(gòu)筑物。現(xiàn)代的軌道通常用兩根專(zhuān)門(mén)軋制的工字形截面的鋼軌固定在軌枕上而形成。軌道是一個(gè)整體性工程結(jié)構(gòu)， 經(jīng)常處于列車(chē)運(yùn)行的動(dòng)力作用下， 其作用為直接承受車(chē)輪傳來(lái)的巨大壓力， 并把它傳給路基及橋隧建筑物； 起著機(jī)車(chē)車(chē)輛運(yùn)行的導(dǎo)向作用。軌枕一般橫向鋪設(shè)，用木材、鋼筋混凝土或鋼材制成，通過(guò)道床將荷載傳 遞到路基上去。1鋼軌 鋼軌由軌頭、軌腰和軌底三部分組成，鋼軌斷面形式如下圖 1-9 所示。圖 1-9 鋼軌斷面圖 鋼軌的功用是支承和引導(dǎo)機(jī)車(chē)車(chē)輛的車(chē)輪運(yùn)行，并把車(chē)輪傳來(lái)的壓力傳給軌枕，以及為車(chē)輪滾動(dòng)提 供阻力最小的表面，鋼軌還有為供電、信號(hào)電路提供回路的作用。根據(jù)地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范要求：地鐵正線與輔助

12、線應(yīng)采用 50kg/m 及以上的鋼軌，車(chē)場(chǎng)線應(yīng)采用43kg/m 的鋼軌。鋼軌應(yīng)采用 25m、12.5m 標(biāo)準(zhǔn)軌以及標(biāo)準(zhǔn)縮短軌，接頭應(yīng)采用對(duì)接，在曲線內(nèi)股應(yīng)采用現(xiàn) 行標(biāo)準(zhǔn)的縮短軌，當(dāng)采用縮短軌接頭對(duì)接有困難時(shí)可采用錯(cuò)接，但其錯(cuò)開(kāi)距離不應(yīng)小于3m。2軌枕 軌枕直接支承鋼軌，并通過(guò)扣件牢固與鋼軌相聯(lián)接。3道床 道床的作用是支承軌枕、把從軌枕傳來(lái)的壓力均勻傳布給路基，它還有緩沖車(chē)輪對(duì)鋼軌的沖擊、固 定軌枕的作用。在地面線還能起到排除軌道中雨水的作用。地鐵隧道普遍采用整體式道床，無(wú)需補(bǔ)充石碴或更換軌枕，而且整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、軌道幾何尺 寸易于保持、減少養(yǎng)護(hù)維修工作量，但是不足的是工程造價(jià)高、施工難度大

13、、一旦形成無(wú)法糾偏，出現(xiàn)病 害難以整治，且道床彈性差。4減振墊層與扣件 由于整體道床軌道結(jié)構(gòu)沒(méi)有碎石道床提供必要的彈性，因而一般要配用彈性較好的扣件以減小振動(dòng)和噪聲。（二）軌道的平順1直線地段軌道的標(biāo)準(zhǔn)軌距-2mm，我國(guó)規(guī)定的直線地段軌道的標(biāo)準(zhǔn)軌距為1435mm，用道尺測(cè)量軌距 （見(jiàn)圖 1-1）的允許誤差為 +6軌距變化率不得大于 3。輪對(duì)寬度要略小于軌距，使輪緣與鋼軌內(nèi)側(cè)保持必要的間隙，以利于在軌道上 行駛的車(chē)輛輪對(duì)能順利通過(guò)。輪對(duì)左右兩車(chē)輪內(nèi)側(cè)面之間的距離加上兩個(gè)輪緣厚度為輪對(duì)寬度。2高低要求直線地段兩股鋼軌頂面應(yīng)保持同一高度，使兩根鋼軌負(fù)荷均勻。也允許有一定誤差，可根據(jù)線路等 級(jí)不同，分

14、別不大于 46 mm。軌道在一段不太長(zhǎng)的距離內(nèi)不允許左右兩軌高差交替變化，形成三角坑， 以致引起列車(chē)劇烈搖晃，甚至引起脫軌事故。軌道縱向的平順情況稱(chēng)為高低，若高低不平，將增大列車(chē)通過(guò)時(shí)的沖擊力，對(duì)軌道的破壞力增大。 根據(jù)鐵路規(guī)定，經(jīng)過(guò)維修或大修的正線或到發(fā)線軌道，前后高低差用10m 弦量不得超過(guò) 4 mm。軌道方向應(yīng)遠(yuǎn)視順直，若直線不直，方向不良，會(huì)造成列車(chē)蛇行運(yùn)動(dòng)。在無(wú)縫線路地段，還會(huì)誘發(fā) 脹軌跑道。3曲線外軌超高曲線地段軌道的內(nèi)、外股鋼軌的頂面應(yīng)保持一定高差，兩軌間的距離要比直線路段加寬，同時(shí)在曲 線兩端與直線連接處應(yīng)設(shè)置緩和曲線。車(chē)輛進(jìn)入曲線軌道時(shí)，因慣性作用，仍然要保持原來(lái)的行駛方向，

15、當(dāng)前軸外輪碰到外軌，受到外軌 引導(dǎo)時(shí)，才沿著曲線軌道行駛。這時(shí)車(chē)輛的轉(zhuǎn)向架與曲線在平面上保持一定的位置和角度。車(chē)輛運(yùn)行在曲 線上，可能會(huì)出現(xiàn)三種情況，第一種情況是：當(dāng)軌距足夠?qū)挄r(shí)，只有前軸外輪的輪緣受到外軌的擠壓力或 稱(chēng)導(dǎo)向力，后軸則居于曲線半徑方向，兩側(cè)輪緣與鋼軌間有一定的間隙，行車(chē)阻力最??；第二種情況是： 當(dāng)軌距不夠?qū)挄r(shí)，后軸的內(nèi)輪輪緣也將受到內(nèi)軌的擠壓，產(chǎn)生第二導(dǎo)向力，行車(chē)阻力較前者大為增加；第 三種情況是：軌距更小時(shí)，前后軸均同時(shí)受內(nèi)外軌擠壓，車(chē)輪被揳在兩軌之間，不僅行車(chē)阻力大，甚至可 能把軌道擠開(kāi)。為此，在小半徑曲線上的軌距必須加寬，確定軌距加寬的原則是保證最常用的車(chē)輛轉(zhuǎn)向架能以第一

16、 種情況自由通過(guò)曲線，并保證軸距較長(zhǎng)的多軸列車(chē)能以第二種情況通過(guò)，而不致出現(xiàn)第三種情況。列車(chē)在曲線上行駛將產(chǎn)生慣性離心力，為了保持平衡和減輕鋼軌的側(cè)面磨耗，須將外軌抬高，利用 車(chē)體內(nèi)傾產(chǎn)生的重力水平力平衡離心力。外軌抬高的量稱(chēng)為超高，用下式估算：7.6Vm2axHR （mm）式中 Vmax 列車(chē)設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度（ km/h ）；R曲線半徑（ m）上式雖以列車(chē)最大時(shí)速表示，實(shí)際是代表列車(chē)平均運(yùn)行時(shí)速的一近似估算式。所以當(dāng)列車(chē)運(yùn)行速度 大于平均時(shí)速，由于超高不足（欠超高）而產(chǎn)生未被平衡的離心加速度，為滿足旅客的舒適度，這一值不 得超過(guò) 0.4 0.5 m s2，對(duì)應(yīng)的欠超高一般不超過(guò) 6075mm

17、，在特殊困難情況可達(dá) 90mm。直線與圓曲線間要設(shè)置曲率漸變的緩和曲線，使圓曲線的軌距加寬及外軌超高在緩和曲線范圍內(nèi)逐 漸完成，緩和曲線的曲率從零變至與圓曲線曲率相等時(shí)，是一個(gè)漸變的過(guò)程，相應(yīng)的超高也是漸變的，車(chē) 體在緩和曲線內(nèi)所受的離心力和向心力也是漸變 。曲線附加阻力1基本阻力列車(chē)在空曠地段沿平、直軌道運(yùn)行時(shí)所受到的阻力。包括車(chē)軸與軸承之間、輪軌之間以及鋼軌接頭 對(duì)車(chē)輪的撞擊阻力等?；咀枇υ诹熊?chē)運(yùn)行時(shí)總是存在的。2附加阻力列車(chē)在線路上運(yùn)行時(shí)，受到的額外阻力，如坡道阻力、曲線阻力、起動(dòng)阻力等。附加阻力隨列車(chē)運(yùn) 行條件或線路平、縱斷面情況而定，阻力方向與列車(chē)運(yùn)行方向相反。3曲線附加阻力 當(dāng)列

18、車(chē)通過(guò)曲線時(shí)，由于慣性力的作用，外側(cè)車(chē)輪輪緣緊壓外軌，使其磨耗增大。又由于曲線外軌 長(zhǎng)于內(nèi)軌，外輪在外軌上的滑行等原因，運(yùn)行中的列車(chē)所受阻力比在直線上所受阻力大，兩者之差稱(chēng)為曲 線附加阻力。曲線附加阻力與列車(chē)重量之比，叫單位曲線附加阻力，用( N/KN )來(lái)表示，它的大小通常用試驗(yàn) 公式求得：當(dāng)曲線長(zhǎng)度列車(chē)長(zhǎng)度，列車(chē)整列運(yùn)行在曲線上(如圖 1-13a)時(shí) ：600 10.5r r LR (N/KN) 或 r (N/KN)圖 1-13 列車(chē)位于曲線上 當(dāng)曲線長(zhǎng)度列車(chē)長(zhǎng)度，列車(chē)只有一部分運(yùn)行在曲線上(如圖 1-13b)時(shí)：600 Lr10.5rr R l (N/KN) 或 l (N/KN)式中 6

19、00 實(shí)驗(yàn)常數(shù)；Lr曲線長(zhǎng)度，m ；R 曲線半徑， m ；l 列車(chē)長(zhǎng)度，m 。同理，列車(chē)同時(shí)運(yùn)行在幾個(gè)曲線上時(shí)：600 r rR1Lr1 600 Lr2lR2l(N/KN)從式中可知，曲線阻力與曲線半徑成反比。曲線半徑越小，曲線阻力越大，運(yùn)營(yíng)條件就越差，說(shuō)明采用大半徑曲線對(duì)列車(chē)運(yùn)行的影響較小。 而小半徑曲線亦具有容易適應(yīng)地形困難的優(yōu)點(diǎn)， 對(duì)工程條件有利。 因此，在設(shè)計(jì)鐵路線時(shí)必須根據(jù)鐵路所允許的旅客列車(chē)的最高運(yùn)行速度，由大到小合理地選用曲線半徑。根據(jù)r 600/R 可知曲線半徑愈小，曲線附加阻力愈大，還會(huì)給運(yùn)營(yíng)工作帶來(lái)以下不利影響：vmax1）限制行車(chē)速度。 從列車(chē)通過(guò)曲線的最大允許速度R(h

20、 h)11.84.3 R可知， 列車(chē)通過(guò)曲線的最大允許速度與曲線半徑的平方根成正比。 曲線半徑愈小， 列車(chē)通過(guò)曲線的速度受到的限制也愈大（2）增加輪軌磨耗。列車(chē)運(yùn)行在曲線上時(shí)，由于內(nèi)側(cè)與外側(cè)鋼軌長(zhǎng)度不等，使車(chē)輛的內(nèi)輪與外輪在 鋼軌土產(chǎn)生相對(duì)縱向滑行，鋼軌與輪緣磨耗增加。曲線半徑愈小，這種磨耗愈嚴(yán)重 ;（3）增加軌道設(shè)備。列車(chē)運(yùn)行在曲線上時(shí)，為防止外輪對(duì)外軌擠壓而引起的軌距擴(kuò)大，以及鋼軌帶 動(dòng)軌枕在道床上的橫向移動(dòng)，對(duì)小半徑曲線地段的軌道應(yīng)增加軌枕根數(shù)，加設(shè)軌距桿、軌撐 ;（4）增加軌道養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用。小半徑曲線地段的軌距、水平、方向都極易發(fā)生變位，因此養(yǎng)護(hù)維修工作量較大，增加了養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用。二、坡道附加阻力列車(chē)在坡道上行駛時(shí)其重置Q