轨道结构理论与轨道力学(高速道岔)
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高速铁路设备系列介绍之十六——高速铁路轨道结构:与普通铁路轨道结构一样,高速铁路轨道结构由钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备、轨撑和道岔等设备组成。
钢轨是轨道结构中细长的部件。
将钢轨牢固地支承和约束是确保安全和提高运输品质的关键问题。
钢轨直接承受由机车车辆传来的巨大动力,并传向轨枕。
轨枕又称枕木,也是铁路配件的一种。
只不过现在所用材料不仅仅是木材,因此叫轨枕更加科学。
别看轨枕的模样单调划一,貌不惊人,它的作用可不小。
轨枕承受钢轨传来的竖向垂直力、横向和纵向水平力后再将其分布于道床,并保持钢轨正常的几何位置。
轨枕既要支承钢轨,又要保持钢轨的位置,还要把钢轨传递来的巨大压力再传递给道床。
它必须具备一定的柔韧性和弹性,硬了不行,软了也不行。
列车经过时,它可以适当变形以缓冲压力,但列车过后还得尽可能恢复原状。
联结零件包括接头联结零件和中间联结零件两类。
接头联结零件是用来联结钢轨间的接头的,钢轨接头处必须保持的缝隙叫做轨缝。
中间联结零件(又称扣件)的作用是将钢轨紧扣在轨枕上。
钢筋混泥土轨枕用的扣件有扣板式,拱形弹片式和ω形弹条式三种。
道床是轨道的重要组成部分,是轨道框架的基础。
道床通常指的是轨枕下面,路基面上铺设的石碴(道碴)垫层。
主要作用是支撑轨枕,把轨枕上部的巨大压力均匀地传递给路基面,并固定轨枕的位置,阻止轨枕纵向或横向移动,大大减少路基变形的同时还缓和了机车车辆轮对对钢轨的冲击,便于排水。
根据材料不同,有碎石道床、沥青道床和混凝土整体道床。
混凝土整体道床是用浇筑成型的混凝土整体基础作为钢轨的基础,由于取消了道碴层,线路强度高,维修工作量小,我国在隧道内或客运站到发线上已开始铺设。
防爬设备的设置,是因列车运行时常常产生作用在钢轨上的纵向力,使钢轨作纵向移动,有时甚至带动轨枕一起移动。
这种纵向移动,叫做线路爬行。
一般发生在复线铁路的区间正线、单线铁路的重车方向、长大下坡道上和进站时的制动范围内。
安装防爬设备就能够在轨道两边将轨道死死拉住,能够有效防止线路爬行。
高速铁路轨道结构理论研究进展摘要:经济的发展,城镇化进程的加快,促进铁路建设项目的增多。
在高速铁路蓬勃发展的环境下,如何科学高效地维护我国规模庞大的运营线路,实现高速铁路在全生命周期内的稳定、安全运营,是目前我国高速铁路面临的一个至关重要且亟待解决的问题,而探明高速铁路轨道结构在长期运营过程中动态性能演变及服役安全控制机制则是解决这一问题的关键。
安全是铁路运输永恒的主题,更是高速铁路的核心要求。
本文就高速铁路轨道结构理论展开探讨。
关键词:高速铁路;无砟轨道;道岔;无缝线路引言近年来,随着高铁的快速发展,投入运营的高铁线路越来越多,由于200~250km/h的高铁线路多以有砟轨道为主,因此重视研究、探索解决有砟轨道病害特别是长波不平顺病害在维护中存在的运用管理薄弱、作业精度不高、生产组织不合理、作业质量跟踪监控不严等问题,对于提高有砟轨道养修管理水平,确保高铁设备运营安全,具有重要意义。
1高速铁路轨道结构研究现状分析自1964年世界首条高速铁路在日本东海道新干线开通以来,高速铁路技术已历经了五十多年的发展,但其运营安全问题仍未得到全面彻底的解决,危及高速列车运行安全的故障和事故在德国、韩国、日本等地仍时有发生。
出现此类问题的原因,除了对车辆结构关键工程材料失效机理、高速列车脱轨机制等问题认识不足之外,未系统研究作为固定设备之一的高速铁路轨道结构服役性能的时空演变机制,未深入了解高速铁路轨道结构初始损伤演变、动态性能劣化、特殊条件下状态突变对行车安全的影响,以及对高速铁路运营安全保障和长效服役能力关键支撑理论的研究和认识不足,也是极其重要原因。
国内外相关研究成果表明,在动荷载和环境因素耦合循环作用下,高速铁路轨道结构在长期服役过程中,其各项构成材料(如水泥乳化沥青砂浆、混凝土等)的微观结构会发生变化,从而导致关键部件出现伤损甚至失效(如轨道板裂纹、水泥乳化沥青砂浆劣化、扣件折断、钢轨波磨等),而轨道结构与关键部件材料初始损伤的动态演化,轨道结构与关键部件的持续劣化以及特殊条件下结构局部状态的瞬时突变等,势必会引起轨道服役状态与结构动态性能的持续劣化,导致轨道结构与高速车辆系统不匹配,从而加剧高速铁路线路服役状态的恶化,耐久性和经济性的明显降低,同时影响行车品质,甚至留下安全隐患,危及高速列车运行安全。
高速无砟道岔基本知识一、概述1、道岔道岔是机车车辆从一股轨道转入或越过另一股轨道的线路设备,是铁路轨道的重要组成部分。
道岔是线路上和薄弱环节,是影响列车行车速度和安全的关键设备之一,在高速铁路中占有十分重要的特殊地位。
2、道岔组成转辙器、辙叉、导曲线、岔枕、扣件、转换系统、监测系统、融雪设备道岔是轨道技术的集成、是机电一体化设备。
转辙器:转辙器包括基本轨、尖轨和转辙机械。
当机车车辆要从A股道转入B股道时,操纵转辙机械使尖轨移动位置,尖轨1密贴基本轨1,尖轨2脱离基本轨2,这样就开通了B股道,关闭了A股道,机车车辆进入连接部分沿着导曲线轨过渡到辙叉和护轨单元。
这个单元包括固定辙叉心、翼轨及护轨,作用是保护车轮安全通过两股轨线的交叉之处。
辙叉:分固定型和可动心轨型扣件:扣件是连接钢轨和轨枕的中间联结零件。
其作用是将钢轨固定在轨枕上,保持轨距和阻止钢轨相对于轨枕的纵横向移动。
在混凝土轨枕的轨道上,由于混凝土轨枕的弹性较差,扣件还需提供足够的弹性。
为此,扣件必须具有足够的强度,耐久性,和一定的弹性,并有效第保持钢轨与轨枕之间的可靠联结。
转换系统。
综合分析国内外转换锁闭方式,主要归纳为两种形式,一种是多点多机牵引方式,一种是一机多点的牵引方式。
监测系统: 道岔监测系统通过对道岔尖轨和心轨密贴状态、振动加速度、转辙机转换阻力、转换时间、电流、电压、环境温度及道岔几何状态等相关参数进行实时监测,为现场用户维护管理提供道岔系统的实时信息,为实现状态修提供决策参考。
3、高速道岔分类(1)以道岔功能分类:站线道岔:直向高速、侧向低速,用于列车进站停车渡线道岔:直向高速、侧向中速,用于列车换线运行联络线道岔:直向高速、侧向高速,用于上下高速线(2)以道岔辙叉类型分类:固定型辙叉可动心轨辙叉(3)以道岔号数分类:18、38、42、50、65等。
道岔号数N=ctg14α(辙叉角)侧向速度越高,道岔号数越大。
二、道岔结构特点(一)道岔结构参数客运专线高速无砟1/18道岔直向通过速度350km/h,侧向通过速度80km/h;高速无砟1/42道岔直向通过速度350km/h,侧向通过速度160km/h。