軌道課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　線路條件：曲線半徑R=800m；鋼軌：60Kg/m，U74鋼軌，25m長(zhǎng)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(diǎn)彈性系數(shù)D：檢算鋼軌強(qiáng)度時(shí)，取30000N/mm；檢算軌下基礎(chǔ)時(shí)，取70000N/mm；由于鋼軌長(zhǎng)度為25m，鋼軌類型為60Kg/m,故溫度應(yīng)力=51MPa，不計(jì)鋼軌附加應(yīng)力。</p><p><b>　　

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

3、礎(chǔ)梁和連續(xù)彈性點(diǎn)支撐梁兩種模型，如圖所示。本次設(shè)計(jì)用連續(xù)彈性基礎(chǔ)無(wú)限長(zhǎng)梁計(jì)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(duì)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(zhǎng)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?yè)隙认禂?shù)</b></p><p>　　b→軌枕寬度（mm）</p><p>　　→軌枕支承長(zhǎng)度（mm）</p><p><b>　　基本參數(shù)4：</b></p><p>　　鋼軌支點(diǎn)彈性系數(shù)D：是鋼軌十點(diǎn)

7、頂面產(chǎn)生單位下沉而作用在鋼軌支點(diǎn)頂面的鋼軌壓力。</p><p>　　公式： 單位：</p><p>　　R→作用在支點(diǎn)上的鋼軌壓力（N）</p><p>　　→支點(diǎn)下沉量（mm）</p><p><b>　　2.1.2計(jì)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(jì)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(gè)集中輪載作用下計(jì)算公式：</p><p>　　根據(jù)力的疊加原理： 　　　　</p><p>　　當(dāng)時(shí)只計(jì)算一個(gè)轉(zhuǎn)向架輪載的影響</p><p>　　2.2軌道動(dòng)力響應(yīng)的準(zhǔn)靜態(tài)計(jì)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(shí)，速度系數(shù)：電力機(jī)車0.6V/100,內(nèi)燃機(jī)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(jì)算公式</p><p>　　鋼軌動(dòng)撓度yd，鋼軌動(dòng)彎矩Md，鋼軌動(dòng)壓力（或軌枕動(dòng)反力）Rd計(jì)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(qiáng)度檢算</p><p>　　2.3.1 鋼軌強(qiáng)度檢算</p><p>　?。ㄒ唬╀撥壔緫?yīng)力計(jì)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(wú)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(jì)算</p><p>　　計(jì)算模型：赫茲接觸理論：兩個(gè)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(jì)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(zhǎng)半軸；</b></p><p><b>　　→橢圓形短半軸。</b></p><p>　　橢圓長(zhǎng)、短半軸計(jì)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(jì)算：</p><p>　　→接觸點(diǎn)處車輪的滾動(dòng)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(qiáng)度與彎矩檢算</p><p>　?。?）軌枕頂面承壓力計(jì)算：</p><p>　　A→軌枕與軌底的接觸面積</p><p><b>　　軌枕彎矩計(jì)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(zhǎng)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(zhǎng)度；</p><p>　　→軌枕底寬（mm）；</p><p>　　→鋼軌動(dòng)壓力（N）；</p><p>　　要求：計(jì)算出的彎矩滿足強(qiáng)度條件：，。</p><p>　　2.3.3道床與路基面應(yīng)力計(jì)算</p>

22、<p>　?。ㄒ唬┑来岔斆鎽?yīng)力計(jì)算</p><p><b>　　公式：</b></p><p>　　→鋼軌動(dòng)壓力（N）；</p><p>　　→軌枕地面寬度（mm）；</p><p>　　→軌枕有效支承長(zhǎng)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(jì)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(jì)算方法。</p><p>　　路基頂面應(yīng)力近似計(jì)算方法：<

24、;/p><p><b>　　三條假定如下：</b></p><p>　　1）軌枕壓力以擴(kuò)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(gè)區(qū)域：<

25、/b></p><p><b>　　兩個(gè)高度確定：，。</b></p><p><b>　　三個(gè)區(qū)域?yàn)椋?，，?lt;/b></p><p>　　三、軌道強(qiáng)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(zhǎng)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(diǎn)彈性系數(shù)D：檢算鋼軌強(qiáng)度時(shí)，取30000N/mm；檢算軌下基礎(chǔ)時(shí)，取70000N/mm；由于鋼軌長(zhǎng)度為25m，鋼軌類型為60Kg/m,故溫度應(yīng)力=51MPa，不計(jì)鋼軌附加應(yīng)力。</p><p><b>　　現(xiàn)有機(jī)車類型：</b></p><p>　　DF4（客）內(nèi)燃機(jī)車，三軸轉(zhuǎn)向架，輪載115KN，

27、軸距1.8m，機(jī)車構(gòu)造速度120Km/h。DF4（貨）內(nèi)燃機(jī)車三軸轉(zhuǎn)向架，輪載115KN，軸距1.8m，機(jī)車構(gòu)造速度100Km/m。</p><p>　　3.1軌道各部件強(qiáng)度檢算（DF4（客））</p><p>　　3.1.1 DF4客運(yùn)機(jī)車通過(guò)曲線軌道的允許速度的確定</p><p>　　機(jī)車通過(guò)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(qiáng)度的檢算 </p><p><b>　　計(jì)算步驟如下：</b></p><p><b>　　1)計(jì)算k值：</b></p><p>　　計(jì)算鋼軌強(qiáng)度的D=30000N/mm，按無(wú)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(jì)算β值：</b></p><p>　　式中，J為60Kg/m新軌對(duì)水平軸的慣性矩，為</p><p><b>　　計(jì)算</b></p><p>　　以1輪與2輪分別為計(jì)算輪來(lái)計(jì)算，并選取其中最大值來(lái)計(jì)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(jì)算輪來(lái)計(jì)算彎矩的當(dāng)量荷載</p><p>　　由上表可知，計(jì)算輪1的=95139.5為其中最大值，用此來(lái)計(jì)算靜彎矩。</p><p><b>　　計(jì)算靜彎矩M</b></p><p><b>　　計(jì)算動(dòng)彎矩</b></p><p>

31、　　計(jì)算內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)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(jì)算偏載系數(shù)的公式，式中，則得=0.15。</p><p>　　由表查的R=800m時(shí)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(jì)算鋼軌的動(dòng)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(zhǎng)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(qiáng)度檢算條件。</p><p>　　3.1.3軌枕彎矩的檢算 </p><p>　　計(jì)算和值。計(jì)算軌枕彎矩時(shí)，用D=70000N/mm，由此可得和的值：</p><p>　　計(jì)算軌枕反力的當(dāng)量荷載。與計(jì)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(jì)算輪來(lái)計(jì)算彎矩的當(dāng)量荷

34、載</p><p><b>　　取表中最大的。</b></p><p><b>　　計(jì)算軌枕上的動(dòng)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(jì)算值來(lái)計(jì)算軌枕彎矩。</p><p>　　對(duì)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(jì)算軌枕中間截面彎矩時(shí)，可按下列兩個(gè)式子的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。</p><p>　　顯然，軌枕中部支承時(shí)產(chǎn)生的負(fù)彎矩比中部不支承時(shí)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(duì)于Ⅲ型軌枕，中部600mm不支承在道床上，，中部支承在道床上時(shí)，，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(qiáng)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(jì)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(jì)算：</p><p><b>　　第二種方法：</b></p><p>　　道床厚度的計(jì)算值小于實(shí)際的道床厚度，滿足要求，并采用實(shí)際的道床厚度，檢算通過(guò)。</p><p>　　3

38、.2軌道各部件強(qiáng)度檢算（DF4（貨））</p><p>　　3.2.1 DF4貨運(yùn)機(jī)車通過(guò)曲線軌道的允許速度的確定</p><p>　　機(jī)車通過(guò)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(qiáng)度的檢算 </p><p><b>　　計(jì)算步驟如下：</b></p>

39、<p><b>　　1)計(jì)算k值：</b></p><p>　　計(jì)算鋼軌強(qiáng)度的D=30000N/mm，按無(wú)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(jì)算β值：</b></p><p>　　

40、式中，J為60Kg/m新軌對(duì)水平軸的慣性矩，為</p><p><b>　　3)計(jì)算</b></p><p>　　以1輪與2輪分別為計(jì)算輪來(lái)計(jì)算，并選取其中最大值來(lái)計(jì)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(jì)算輪來(lái)計(jì)算彎矩的當(dāng)量荷載</p><p>　　由上表可知，計(jì)算輪1的=95139.5

41、為其中最大值，用此來(lái)計(jì)算靜彎矩。</p><p><b>　　4)計(jì)算靜彎矩M</b></p><p><b>　　5)計(jì)算動(dòng)彎矩</b></p><p>　　計(jì)算內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)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(jì)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(shí)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(jì)算鋼軌的動(dòng)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(zhǎng)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(qiáng)度檢算條件。</p><p>　　3.2.3軌枕彎矩的檢算 </p><p>　　1)計(jì)算和值。計(jì)

44、算軌枕彎矩時(shí)，用D=70000N/mm，由此可得和的值：</p><p>　　2)計(jì)算軌枕反力的當(dāng)量荷載。與計(jì)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(jì)算輪來(lái)計(jì)算彎矩的當(dāng)量荷載</p><p><b>　　取表中最大的。</b></p><p>　　3)計(jì)算軌枕上的動(dòng)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(jì)算值來(lái)計(jì)算軌枕彎矩。</p><p>　　對(duì)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(jì)算軌枕中間截面

46、彎矩時(shí)，可按下列兩個(gè)式子的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。</p><p>　　顯然，軌枕中部支承時(shí)產(chǎn)生的負(fù)彎矩比中部不支承時(shí)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(duì)于Ⅲ型軌枕，中部600mm不支承在道床上，，中部支承在道床上時(shí)，，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