軌道課程設(shè)計

1、<p>　　線路條件：曲線半徑R=800m；鋼軌：60Kg/m，U74鋼軌，25m長的標(biāo)準(zhǔn)軌；軌枕：Ⅲ型混凝土軌枕1667根/Km；道床：碎石道渣，厚度為40cm；路基：既有線路基；鋼軌支點彈性系數(shù)D：檢算鋼軌強度時，取30000N/mm；檢算軌下基礎(chǔ)時，取70000N/mm；由于鋼軌長度為25m，鋼軌類型為60Kg/m,故溫度應(yīng)力=51MPa，不計鋼軌附加應(yīng)力。</p><p><b>　　

2、現(xiàn)有機車類型：</b></p><p>　　DF4（客）內(nèi)燃機車，三軸轉(zhuǎn)向架，輪載115KN，軸距1.8m，機車構(gòu)造速度120Km/h。DF4（貨）內(nèi)燃機車三軸轉(zhuǎn)向架，輪載115KN，軸距1.8m，機車構(gòu)造速度100Km/m。</p><p><b>　　2.1軌道靜力計算</b></p><p>　　軌道靜力計算常用的有連續(xù)彈性基

3、礎(chǔ)梁和連續(xù)彈性點支撐梁兩種模型，如圖所示。本次設(shè)計用連續(xù)彈性基礎(chǔ)無限長梁計算模型。</p><p><b>　　基本參數(shù)1：</b></p><p>　　EJ→鋼軌豎向抗彎剛度</p><p>　　E→鋼軌鋼彈性模量，E=2.058* MPa</p><p>　　J→鋼軌截面對水平軸慣性矩如下表：</p>

4、<p><b>　　基本參數(shù)2：</b></p><p>　　鋼軌基礎(chǔ)彈性系數(shù)k：是鋼軌產(chǎn)生單位下沉而必須作用在單位長度鋼軌上的壓力。</p><p>　　公式： 單位：</p><p><b>　　→軌枕間距（mm）</b></p><p>

5、<b>　　基本參數(shù)3：</b></p><p>　　道床系數(shù)C：作用在道床單位面積上使道床頂面產(chǎn)生單位下沉的壓力。</p><p>　　公式： 單位: </p><p>　　R→軌座上的壓力（N）</p><p>　　→道床平均下沉量（mm）</p><

6、p>　　→道床有效支承面積（）</p><p><b>　　→軌枕撓度系數(shù)</b></p><p>　　b→軌枕寬度（mm）</p><p>　　→軌枕支承長度（mm）</p><p><b>　　基本參數(shù)4：</b></p><p>　　鋼軌支點彈性系數(shù)D：是鋼軌十點

7、頂面產(chǎn)生單位下沉而作用在鋼軌支點頂面的鋼軌壓力。</p><p>　　公式： 單位：</p><p>　　R→作用在支點上的鋼軌壓力（N）</p><p>　　→支點下沉量（mm）</p><p><b>　　2.1.2計算公式</b></p><p>&l

8、t;b>　　鋼軌撓度y等：</b></p><p>　　單輪載作用下計算y、M、R公式：</p><p><b>　　令，</b></p><p><b>　　鋼軌撓度：</b></p><p><b>　　鋼軌彎矩：</b></p><p

9、><b>　　軌枕反力：</b></p><p>　　多個集中輪載作用下計算公式：</p><p>　　根據(jù)力的疊加原理： 　　　　</p><p>　　當(dāng)時只計算一個轉(zhuǎn)向架輪載的影響</p><p>　　2.2軌道動力響應(yīng)的準(zhǔn)靜態(tài)計算</p><p>　　2

10、.2.1速度系數(shù)α</p><p>　　公式： </p><p>　　當(dāng)V≤120Km/h時，速度系數(shù)：電力機車0.6V/100,內(nèi)燃機車0.4 V/100。</p><p>　　2.2.2偏載系數(shù)βp</p><p><b>　　定義：</b></p><p>　　→外軌偏載值；

11、 →允許欠超高</p><p><b>　　→車輪靜載；</b></p><p>　　→車輪作用于外軌的輪載。</p><p>　　2.2.3橫向水平力系數(shù)f </p><p>　　定義：軌底外緣彎曲應(yīng)力與軌底中心彎曲應(yīng)力的比值。</p><p><b>　　公式：

12、</b></p><p><b>　　→軌底外緣彎曲應(yīng)力</b></p><p><b>　　→軌底內(nèi)緣彎曲應(yīng)力</b></p><p>　　2.2.4準(zhǔn)靜態(tài)計算公式</p><p>　　鋼軌動撓度yd，鋼軌動彎矩Md，鋼軌動壓力（或軌枕動反力）Rd計算公式：</p>&l

13、t;p>　　式中y、M、R分別為鋼軌的靜撓度、靜彎矩、靜壓力。</p><p>　　2.3軌道各部件的強度檢算</p><p>　　2.3.1 鋼軌強度檢算</p><p>　?。ㄒ唬╀撥壔緫?yīng)力計算</p><p><b>　　彎曲應(yīng)力：</b></p><p><b>　　軌頭

14、：</b></p><p><b>　　軌底：</b></p><p><b>　　溫度應(yīng)力：</b></p><p><b>　　普通線路：</b></p><p>　　無縫線路： </p><p>

15、;　　基本應(yīng)力：彎曲應(yīng)力+溫度應(yīng)力= </p><p><b>　　軌底：</b></p><p><b>　　軌頭：</b></p><p>　　為允許應(yīng)力，為屈服極限，K為安全系數(shù)，新軌K=1.3，舊軌K=1.35。</p><p>　?。ǘ╀撥?/p>

16、局部接觸應(yīng)力計算</p><p>　　計算模型：赫茲接觸理論：兩個垂直圓柱體，接觸面為橢圓。</p><p>　　輪軌之間接觸面積約為。</p><p>　　接觸應(yīng)力可達(dá)1000MPa。</p><p><b>　　赫茲理論計算公式：</b></p><p><b>　　→輪載（N）；&

17、lt;/b></p><p><b>　　→橢圓形面積；</b></p><p><b>　　→橢圓形長半軸；</b></p><p><b>　　→橢圓形短半軸。</b></p><p>　　橢圓長、短半軸計算：</p><p>　　→泊松比，=

18、0.25~0.30；</p><p><b>　　→彈性模量，；</b></p><p><b>　　→與有關(guān)的系數(shù)。</b></p><p>　　接觸橢圓幾何尺寸計算：</p><p>　　→接觸點處車輪的滾動半徑（mm)</p><p>　　→鋼軌頂面的圓弧半徑（mm)&

19、lt;/p><p>　　→車輪踏面截面外形半徑（mm）</p><p>　　2.3.2軌枕承壓強度與彎矩檢算</p><p>　?。?）軌枕頂面承壓力計算：</p><p>　　A→軌枕與軌底的接觸面積</p><p><b>　　軌枕彎矩計算：</b></p><p><

20、;b>　　軌下截面正彎矩：</b></p><p><b>　　中間截面負(fù)彎矩：</b></p><p><b>　　根據(jù)中間部分支承：</b></p><p><b>　　根據(jù)中間完全支承：</b></p><p>　　→軌枕長度（mm）；</p>

21、;<p>　　→鋼軌中心線至軌端距離，</p><p>　　其他參數(shù)：e→道床支承長度；</p><p>　　→軌枕底寬（mm）；</p><p>　　→鋼軌動壓力（N）；</p><p>　　要求：計算出的彎矩滿足強度條件：，。</p><p>　　2.3.3道床與路基面應(yīng)力計算</p>

22、<p>　?。ㄒ唬┑来岔斆鎽?yīng)力計算</p><p><b>　　公式：</b></p><p>　　→鋼軌動壓力（N）；</p><p>　　→軌枕地面寬度（mm）；</p><p>　　→軌枕有效支承長度（mm）。</p><p><b>　　道床頂面最大壓力：</b&

23、gt;</p><p>　　m→道床應(yīng)力分布 不均勻系數(shù)，m=1.6。</p><p><b>　　要求：</b></p><p>　?。ǘ┞坊斆鎽?yīng)力計算</p><p>　　三種方法：1）有限單元法；2）彈性半空間理論；3）近似計算方法。</p><p>　　路基頂面應(yīng)力近似計算方法：<

24、;/p><p><b>　　三條假定如下：</b></p><p>　　1）軌枕壓力以擴散角按直線規(guī)律向下傳遞到路基面；</p><p>　　2）不考慮鄰枕的影響；</p><p>　　3）傳遞到路基面的壓力基本達(dá)到均勻分布要求。 </p><p><b>　　道床內(nèi)的三個區(qū)域：<

25、/b></p><p><b>　　兩個高度確定：，。</b></p><p><b>　　三個區(qū)域為：，，。</b></p><p>　　三、軌道強度、穩(wěn)定性檢算</p><p>　　線路條件：曲線半徑R=800m；鋼軌：60Kg/m，U74鋼軌，25m長的標(biāo)準(zhǔn)軌；軌枕：Ⅲ型混凝土軌枕166

26、7根/Km；道床：碎石道渣，厚度為40cm；路基：既有線路基；鋼軌支點彈性系數(shù)D：檢算鋼軌強度時，取30000N/mm；檢算軌下基礎(chǔ)時，取70000N/mm；由于鋼軌長度為25m，鋼軌類型為60Kg/m,故溫度應(yīng)力=51MPa，不計鋼軌附加應(yīng)力。</p><p><b>　　現(xiàn)有機車類型：</b></p><p>　　DF4（客）內(nèi)燃機車，三軸轉(zhuǎn)向架，輪載115KN，

27、軸距1.8m，機車構(gòu)造速度120Km/h。DF4（貨）內(nèi)燃機車三軸轉(zhuǎn)向架，輪載115KN，軸距1.8m，機車構(gòu)造速度100Km/m。</p><p>　　3.1軌道各部件強度檢算（DF4（客））</p><p>　　3.1.1 DF4客運機車通過曲線軌道的允許速度的確定</p><p>　　機車通過曲線軌道的允許速度的確定：DF4（客）V=120Km/h。</

28、p><p>　　3.1.2鋼軌強度的檢算 </p><p><b>　　計算步驟如下：</b></p><p><b>　　1)計算k值：</b></p><p>　　計算鋼軌強度的D=30000N/mm，按無縫線路的要求，軌枕均勻布置，軌枕間距α=1000000/1667=600mm,由此可得k=D/

29、α=30000/600=50MPa。</p><p><b>　　2）計算β值：</b></p><p>　　式中，J為60Kg/m新軌對水平軸的慣性矩，為</p><p><b>　　計算</b></p><p>　　以1輪與2輪分別為計算輪來計算，并選取其中最大值來計算鋼軌的彎矩。如下表：<

30、;/p><p>　　任選1與2輪或2與3輪作為計算輪來計算彎矩的當(dāng)量荷載</p><p>　　由上表可知，計算輪1的=95139.5為其中最大值，用此來計算靜彎矩。</p><p><b>　　計算靜彎矩M</b></p><p><b>　　計算動彎矩</b></p><p>

31、　　計算內(nèi)燃機車運行條件下軌底彎曲應(yīng)力的速度系數(shù)公式為，可算出速度系數(shù)為：。</p><p>　　由計算偏載系數(shù)的公式，式中，則得=0.15。</p><p>　　由表查的R=800m時的橫向水平力系數(shù)=1.45。將上述系數(shù)代入中，則得：</p><p>　　計算鋼軌的動彎應(yīng)力和</p><p>　　由表得知新軌的，，則得軌底和軌頭應(yīng)力為：&

32、lt;/p><p>　　由已知得，25m長60Kg/m鋼軌的溫度應(yīng)力，則得鋼軌的基本應(yīng)力為：</p><p><b>　　軌頭：</b></p><p><b>　　軌底：</b></p><p>　　U74新軌的屈服極限為，新軌的安全系數(shù)K=1.3，允許應(yīng)力為：</p><p>

33、;　　上述軌底和軌頭的基本應(yīng)力均小于 ，符合鋼軌的強度檢算條件。</p><p>　　3.1.3軌枕彎矩的檢算 </p><p>　　計算和值。計算軌枕彎矩時，用D=70000N/mm，由此可得和的值：</p><p>　　計算軌枕反力的當(dāng)量荷載。與計算一樣，其結(jié)果如下：</p><p>　　任選1與2輪或2與3輪作為計算輪來計算彎矩的當(dāng)量荷

34、載</p><p><b>　　取表中最大的。</b></p><p><b>　　計算軌枕上的動壓力</b></p><p><b>　　速度系數(shù)：</b></p><p><b>　　偏載系數(shù)：</b></p><p>　　約為

35、靜輪載的65.7%，以此計算值來計算軌枕彎矩。</p><p>　　對于Ⅲ型軌枕，，，，60Kg/m軌底寬代入下面式子求得軌下截面正彎矩：</p><p>　　計算軌枕中間截面彎矩時，可按下列兩個式子的計算結(jié)果進行比較。</p><p>　　顯然，軌枕中部支承時產(chǎn)生的負(fù)彎矩比中部不支承時的負(fù)彎矩大31%。</p><p>　　3.1.4道床頂

36、面應(yīng)力的檢算</p><p>　　對于Ⅲ型軌枕，中部600mm不支承在道床上，，中部支承在道床上時，，所以按照上述兩種支承情況可算得道床頂面壓力為：</p><p>　　上述，滿足強度條件。</p><p>　　3.1.5路基面道床壓力的檢算</p><p><b>　　第一種方法：</b></p><

37、;p><b>　　計算和：</b></p><p>　　由已知得，道渣厚度為400mm，所以該厚度在和之間，按下式計算：</p><p><b>　　第二種方法：</b></p><p>　　道床厚度的計算值小于實際的道床厚度，滿足要求，并采用實際的道床厚度，檢算通過。</p><p>　　3

38、.2軌道各部件強度檢算（DF4（貨））</p><p>　　3.2.1 DF4貨運機車通過曲線軌道的允許速度的確定</p><p>　　機車通過曲線軌道的允許速度的確定：DF4（貨）V=100Km/h。</p><p>　　3.2.2鋼軌強度的檢算 </p><p><b>　　計算步驟如下：</b></p>

39、<p><b>　　1)計算k值：</b></p><p>　　計算鋼軌強度的D=30000N/mm，按無縫線路的要求，軌枕均勻布置，軌枕間距α=1000000/1667=600mm,由此可得k=D/α=30000/600=50MPa。</p><p><b>　　2）計算β值：</b></p><p>　　

40、式中，J為60Kg/m新軌對水平軸的慣性矩，為</p><p><b>　　3)計算</b></p><p>　　以1輪與2輪分別為計算輪來計算，并選取其中最大值來計算鋼軌的彎矩。如下表：</p><p>　　任選1與2輪或2與3輪作為計算輪來計算彎矩的當(dāng)量荷載</p><p>　　由上表可知，計算輪1的=95139.5

41、為其中最大值，用此來計算靜彎矩。</p><p><b>　　4)計算靜彎矩M</b></p><p><b>　　5)計算動彎矩</b></p><p>　　計算內(nèi)燃機車運行條件下軌底彎曲應(yīng)力的速度系數(shù)公式為，可算出速度系數(shù)為：。</p><p>　　由計算偏載系數(shù)的公式，式中，則得=0.15。&

42、lt;/p><p>　　由表查的R=800m時的橫向水平力系數(shù)=1.45。將上述系數(shù)代入中，則得：</p><p>　　6)計算鋼軌的動彎應(yīng)力和 由表得知新軌的，，則得軌底和軌頭應(yīng)力為：</p><p>　　由已知得，25m長60Kg/m鋼軌的溫度應(yīng)力，則得鋼軌的基本應(yīng)力為：</p><p><b>　　軌頭：</b&g

43、t;</p><p><b>　　軌底：</b></p><p>　　U74新軌的屈服極限為，新軌的安全系數(shù)K=1.3，允許應(yīng)力為：</p><p>　　上述軌底和軌頭的基本應(yīng)力均小于 ，符合鋼軌的強度檢算條件。</p><p>　　3.2.3軌枕彎矩的檢算 </p><p>　　1)計算和值。計

44、算軌枕彎矩時，用D=70000N/mm，由此可得和的值：</p><p>　　2)計算軌枕反力的當(dāng)量荷載。與計算一樣，其結(jié)果如下：</p><p>　　任選1與2輪或2與3輪作為計算輪來計算彎矩的當(dāng)量荷載</p><p><b>　　取表中最大的。</b></p><p>　　3)計算軌枕上的動壓力</p>

45、<p><b>　　速度系數(shù)：</b></p><p><b>　　偏載系數(shù)：</b></p><p>　　約為靜輪載的63.1%，以此計算值來計算軌枕彎矩。</p><p>　　對于Ⅲ型軌枕，，，，60Kg/m軌底寬代入下面式子求得軌下截面正彎矩：</p><p>　　計算軌枕中間截面

46、彎矩時，可按下列兩個式子的計算結(jié)果進行比較。</p><p>　　顯然，軌枕中部支承時產(chǎn)生的負(fù)彎矩比中部不支承時的負(fù)彎矩大29.4%。</p><p>　　3.2.4道床頂面應(yīng)力的檢算</p><p>　　對于Ⅲ型軌枕，中部600mm不支承在道床上，，中部支承在道床上時，，所以按照上述兩種支承情況可算得道床頂面壓力為：</p><p>　　上