轨道结构力学分析-.ppt
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1 目 录
第1章 绪论 ....................................................................................................................... 1
1.1 整修轨 ...................................................................................................................... 1
1.1.1 概述 ................................................................................................................... 1
1.1.2 设计内容 ........................................................................................................... 1
1.2 无缝线路 .................................................................................................................. 2
1.2.1 概述 ................................................................................................................... 2
1.2.2 路基上无缝线路 ............................................................................................... 3
A.国外重载货车转向架
1. Dresser DR-1转向架
Dresser DR-1转向架是美国研发的一种自导向转向架,在通过曲线时轮对趋于径向位置,因此车辆通过曲线时阻力小,轮轨间磨损小。
(它是在现有三大件转向架承载鞍上加装一对弓形导向臂,前后轮对的弓形导向臂在摇枕孔附近销接在一起,两个弓形导向臂在水平面内可以相对转动。当车辆通过曲线时,一个轮对产生摇头转动,并通过导向臂迫使转向架上另一个轮对做相反方向的摇头转动,两个轮对相对成八字形并接近曲线的径向位置。
通过解除对轮对的摇头约束,依靠轮轨之间的蠕滑力导向,并通过径向拉杆使转向架的前后轮对同时趋于曲线的径向位置。)
这种转向架在美国和加拿大轴重为30t以上的重载铁路上进行了大量实验,证明其在曲线上减小轮轨作用力有相当显著的效果。
自导向转向架
传统三大件式转向架 径向转向架
径向转向架示意图
(图片)
2. Devine-scaIes转向架
Devine—scales转向架由英国人设计、美国公司生产的一种迫导向转向架。转向架每侧有导向杠杆系统把轮对和车体连接起来。
(当车辆进入曲线时,由于车体和转向架间的相对回转运动,导向杠杆系统使同一转向架上两轮对曲线外侧的轴距扩大,曲线内侧的轴距缩小,从而使轮对处于径向位置。在直线线路上,刚性构架和导向杠杆系统使轮对保持与线路中心线相垂直,抑制轮对的蛇行运动、增强车辆的横向稳定性)。
这种转向架在加拿大铁路31t轴重的重载运煤列车上试用,运用结果比较令人满意。
迫导向转向架
杠杆式迫导向转向架的导向原理
(图片)
3.侧架交叉支撑式转向架
由于传统三大件转向架的抗菱刚度较小,美国、加拿大等国对三大件转向架进行了改造。改造方案是在三大件转向架两个侧架之间加装弹性交叉成为交叉支撑式转向架。
(这种转向架在侧架上焊接筋板,两根交叉支撑通过橡胶衬垫固定在侧架筋板上,两根支撑杆交叉于转向架的中心线上。两根交叉支撑可以从摇枕下部穿过,也可以在摇枕两侧腹板上开孔穿过。交叉支撑可以增加两侧架在水平面内的抗菱形刚度,提高三大件转向架的抗蛇行稳定性,提高车辆的临界速度,但交叉支撑并不妨碍两侧架在纵、垂平面内的相对转动,保持了三大件转向架各车轮载荷均匀的优点。)
第一节 概述轨道结构力学分析,就是应用力学的基本理论,结合轮轨相互作用的原理,分析轨道在机车车辆不同的运营条件下所发生的动态行为,即它的内力和变形分布;对主要部件进行强度检算,以便加强轨道薄弱环节,优化轨道工作状态、提高轨道承载能力,最大眼度地发挥既有轨道的潜能,以尽可能少的投入取得尽可能高的效益。此项工作还可以对轨道结构参数进行最佳匹配设计,为轨道结构的合理配套和设计开发新型轨道结构类型及材料提供理论依据。因此,轨道结构力学分析是设计、检算和改进轨道结构的理论基础。
随着铁路运输向高速、重载方向的发展,运量大、密度高的状况都将对轮轨运输系统提出更多、更新的要求。行车速度愈高,安全问题愈突出,要保证高速列车运行平稳、舒适、不颠覆、不说轨。运载重量愈大,轮轨之间的动力作用越强,对轨道结构的破坏作用也越严重。因此,进一步深入研究轮轨相互动力作用规律,寻求降低轮轨相互作用的途径,对于保证轨道的强度和稳定,减少维修工作量,延长设备使用寿命都具有十分重要的现实意义。
分析轮轨相互作用的动力响应,首先应建立一个能较真实地反映轨道结构和机车车辆相互作用基本力学特征的模型,模型的选用取决于研究问题的侧重点及分析的目的,抓住主要环节,略去次要因素,既要求计算简单又要求有必要的精度,历来是简化分析模型的一条根本原则。在研究轨道结构的动力响应时,人们往往以轨道部分为主体,在模型中反映得要详细些,而对机车车辆部分则简化作为一个激扰源向主系统输入,按照激扰输入--传递函数(系统特性)--响应输出的模式来分析轨道系统的振动。
结构物的动力行为根本不同于其静力行为,前考比后者要复杂的多。由于机车车辆簧上及簧下部分质量的振动而产生的,作用于轨道上的动荷载,其频率较整个轨道,尤其是较钢轨的自振频率低很多,且碎石道床具有很高的阻尼消振作用,故而不能充分激发起轨道的振动,这种动荷载对轨道所产生的作用基本上相当于静荷载,基于这种认识,发展起来的传统的轨道强度计算理论与方法已形成比较成热的体系。为此,本章的内容首先由静力计算开始,然后逐步扩展。
分析轨道结构的受力情况,搞好线路维修
摘要本文将轨道结构视为连续的大工程结构,分析其受到的外力,研究其破坏形式。对既有线路提出了线路维修工作的基本任务和要求。
关键词轨道结构;轮重;竖向力;横向力;纵向力;轨道变形;脱轨;轮轴比
随着国民经济的飞速发展,在铁路建设的力度相应加大的同时,也提高了机车车辆轴重和列车速度,增加了运输密度和列车载重以及采用多机牵引制式。这样,对于既有线路而言,运输条件完全改变,对铁路工务的轨道维修提出了新的要求。轨道结构是一个连续的大工程结构,它的特点是边运营、边破坏、边维修。而轨道的破坏又是有规律的,只有认识和掌握这些规律,才能有的防失,采取有效措施,对病害进行有针对性的整治和处理。
1分析作用于轨道上的力
列车作用于轨道上的力有三种:一是车辆重量传来的竖向力;二是横向力;三是纵向力。
1)轮重:垂直钢轨面的正压力,它由五方面组成。①静止时的轮重。②车辆运动时摇杆推力的垂直分力;起动时较大,可达静止轮重的50%。③列车经过曲线时未被平衡掉的离心力产生的垂直分力;在高速运动时较大(日本将它定为不大于静止轮重15%)。④由机车车轮运动时产生的摇摆惯性力分解的垂直分力,可达轮重的20%(轨道方向不良,惯性力就越大)。⑤由于钢轨面或车轮踏面的伤损及轨道不平顺而产生的机车簧下部分惯性垂直力,可达轮重的40-60%。
2)横向水平力,由三方面产生。①机车车轮通过曲线时,转向架上车轮因滑行而产生的摩擦力的横向水平分力。②列车通过曲线时未被平衡掉离心力产生的横向水平力。③机车车轮摇摆时进行蛇行运动,而产生的横向分力。此三种力总和一般不会大于轮重的50%。
3)纵向力,它由四方面组成。①轨温变化时引起的纵向力。在纵向力中它最大。
轨温力Pt=2E△tF
其中2:钢轨线膨胀系数;
E:钢轨钢弹性衡量;
F:钢轨断面面积;
△t:轨温变化(升、降)系数。
②在坡道区段机车运行时产生的纵向力。它与轨温力叠加,是大坡道钢轨产生爬行的主要原因。③机车加速或制动时产生的纵向分力。④通过曲线时车轮因滑行而产生的摩擦力的纵向分力。