车明铭 论文

……………………………………⊙……装…………………………⊙……订………………………⊙……线………………………………………无缝线路的养护维修第一章 无缝线路概述1.1 无缝线路的介绍：无缝线路是把钢轨焊接起来的线路，又称焊接长钢轨线路。

钢轨的长度可以达数千米或数十千米，但为了铺设、维修、焊接、运输的方便，我国的无缝线路长度多为1~2km 。

因线路上减少了大量钢轨接头和轨缝，故称之为无缝线路。

无缝线路分温度应力式及放散温度应力式两种。

目前世界各国绝大多数均采用温度应力式无缝线路。

无缝线路的类型分为温度应力式和放散温度应力式两类，温度应力式为无缝线路的基本结构型式。

1.2 发展无缝线路的意义：无缝线路是吧标准长度的钢轨焊接而成的长钢轨线路，又称焊接长钢轨线路，它是当今轨道结构的一项重要技术，世界各国竞相发展。

在普通线路上，钢轨接头是轨道的薄弱环节之一，由于轨缝的存在列车通过是发生冲击和振动，并伴随有打击噪声，冲击力可达到非接头的3倍以上。

接头冲击力影响列车的平稳和旅客的舒适，并促使道床破坏、线路状况恶化、钢轨及联接零件的使用寿命缩短、维修劳动费用增加。

养护线路接头区的费用占养护总经费的35%以上；钢轨因轨端损坏而抽换的数量较其他部位大2—3倍；重伤钢轨60%发生在接头区。

随着列车轴重、行车速度和密度的不断增长，上述缺点更加突出更不能适应现代高速重载运输的需要。

为了改善钢轨接头的工作状况，人们从本世纪30年代开始至今，一直致力于这方面的研究与实践，采用各种方法将钢轨焊接起来构成无缝线路。

这中间首先遇到接头焊接质量问题；在一个就是长轨在列车动力和温度力共同作用下的强度和稳定问题；还有无缝线路设计和长轨运输、铺设施工和养护维修等一系列维修和理论问题。

无缝线路得到了广泛的应用。

无缝线路由于消灭了大量的接头，因而具有行车平稳、旅客舒适，同事机车车辆和轨道的维修费用减少，使用寿命延长等一系列的优点。

从节约劳动力和延长寿命计算，无缝线路比有风险路节约30%~70%。

在桥梁上铺设无缝线路，可以减轻列车对桥梁的冲击，改善列车和桥梁的运营条件，延长设备使用寿命，减少维修的工作量。

这些有点在行车速度上尤为显著。

利用线路上强大的阻止钢轨移动的阻力来锁定线路，限制钢轨的自由伸缩。

因而尽管钢轨的温度发生了变化，但并不发生钢轨长度的自由伸缩，只是钢轨的应力，随着温度的变化而发生了变化。

解决了普通轨道接头的问题，随着告诉铁路和重载铁路的需要，相信以后大量的无缝线路成为修建的首选。

……………………………………⊙……装…………………………⊙……订………………………⊙……线………………………………………无缝线路当然不是完美的，任何事物都有其自身的优点与缺点。

对于普通的线路上基本轨的长度无非是12.5m 和25m ，也就是说每隔12.5m 或25m 就会有一个接缝，随着温度的升降钢轨能自由的伸缩，因而积存在钢轨内的温度力较小。

无缝线路可不同，由于钢轨的长度很长，，仅能在常轨的两端有些伸缩，中间段不能热胀冷缩，当温度升高，将会带来很高的温度力，人们在铁路线上采用强大的线路阻力来锁定轨道，限制了钢轨的自由伸缩。

在我国是采用高强螺栓、扣板式扣件或弹条扣件等对钢轨进行约束。

实验表明，直径24mm 的高强螺栓，六孔夹板接头可提供40至60吨的纵向阻力。

弹条扣件每根轨枕可提供1.6吨的纵向阻力。

由于无缝线路中钢轨所承受的温度力的大小和轨温的变化有直接关系，所以我们锁定钢轨时必须正确、合理地选定锁定轨温，以保证无缝线路钢轨冬天不被拉断，夏天不致胀轨跑道，危及行车安全。

这当然也是养护维修的重中之重。

……………………………………⊙……装…………………………⊙……订………………………⊙……线………………………………………第二章 无缝线路纵向受力分析2.1 钢轨温度力、伸缩位移与轨温变化的关系：无缝线路的特点是轨条长，当轨温变化时，钢轨要发生伸缩，但由于有约束作用，不能自由伸缩，在钢轨内部要产生很大的轴向温度力。

为保证无缝线路的强度和稳定，需要了解长轨条内温度力及其变化规律。

为此首先要分析温度力、伸缩位移与轨温变化及阻力之间的关系。

一根长度为l 可自由伸缩的钢轨，当轨温变化Δt ℃时，其伸缩量为（1）式中 α--钢轨的线膨胀系数，取11.8×10-6/℃； l --钢轨长度(mm)； Δt--轨温变化幅度（℃）。

（2）式中 E ——钢的弹性模量，E=2.1×105Mpa ； εt ——钢的温度应变。

将E 、α之值带入式（2），则温度应力为：(3)一根钢轨所受的温度力Pt 为：(4)式中 F--钢轨断面积(mm)。

公式（1、2、4）即为无缝线路温度应力和温度力计算的基本公式。

由此可知：1．在两端规定的钢轨中所产生的温度力，仅与轨温变化有关，而与钢轨本身长度无关。

因此，从理论上讲，钢轨可以焊成任意长，且对轨内温度力没有影响，控制温度力大小的关键是如何控制轨温变化幅度Δt 。

2．对于不同类型的钢轨，同一轨温变化幅度产生的温度力大小不同。

如轨温变化1℃所产生的温度力。

对于75、60、50kg/m 轨分别是23.6、19.2、16.3kN 。

3．无缝线路钢轨伸长量与轨温变化幅度Δt ，轨长l 有关，与钢轨断面积无关。

为降低长轨条内的温度力，需选择一个适宜的锁定轨温，又称零应力状态的轨温。

在铺设无缝线路中，将长轨条始终端落槽就位时的平均轨温称为施工锁定轨温。

施工锁定轨温应在设计锁定轨温允许变化范围之内。

锁定轨温是决定钢轨温度力水平的基准，因此根据强度、稳定条件确定锁定轨温是无缝线路设计的主要内容。

钢轨温度不同于气温。

影响轨温的因素比较复杂，它与气候变化、风力大小、日照强度、线路走向和所取部位等有密切关系。

根据多年观测，最高轨温要比当地最高气温高18~25℃，最低轨温Tmin 比当地的最低气温低2~3℃。

……………………………………⊙……装…………………………⊙……订………………………⊙……线………………………………………计算时通常取最高轨温等于当地最高气温加20℃，最低轨温等于最低气温。

2.2 线路纵向阻力:轨温变化时，影响钢轨两端自由伸缩的原因是来自线路纵向阻力的抵抗，它包括接头阻力、扣件阻力及道床纵向阻力。

(一)接头阻力钢轨两端接头处由钢轨夹板通过螺栓拧紧，产生阻止钢轨纵向位移的阻力，称接头阻力。

接头阻力由钢轨夹板间的摩擦力和螺栓的抗剪力提供。

为了安全，我国接头阻力PH 仅考虑钢轨与夹板间的摩擦力。

式中s ——钢轨与夹板间对应1枚螺栓的摩擦力； n ——接头一端的螺栓数。

摩擦力的大小主要取决于螺栓拧紧后的张拉力P 和钢轨与夹板之间的摩擦系数f 。

图5-1为夹板的受力情况接头螺栓拧紧后产生的拉力P 在夹板的上、下接触面上将产生分力。

图中T 为水平分力；N 为法向分力，它垂直于夹板的接触面；R 为N 与T 的合力，它与N 的夹角等于摩擦角φ。

(夹板受力图） （二）扣件阻力中间扣件和防爬设备抵抗钢轨沿轨枕面纵向位移的阻力，称扣件阻力。

为了防止钢轨爬行，要求扣件阻力必须大于道床纵向阻力。

扣件阻力是由钢轨与轨枕垫板面之间的摩阻力和扣压件 与轨底扣着面之间的摩阻力所组成。

摩阻力的大小、取决于 扣件扣压力和摩擦系数的大小。

……………………………………⊙……装…………………………⊙……订………………………⊙……线………………………………………（扣板受力图）（三）道床纵向阻力道床纵向阻力系指道床抵抗轨道框架纵向位移的阻力。

一般以每根轨枕的阻力R ，或每延厘米分布阻力r 表示。

它是抵抗钢轨伸缩，防止线路爬行的重要参数。

道床纵向阻力受道碴材质、颗粒大小、道床断面、捣固质量、脏污程度、轨道框架重量等因素的影响。

只要钢轨与轨枕间的扣件阻力大于道床抵抗轨枕纵向位移的阻力，则无缝线路长钢轨的温度应力和温度应变的纵向分布规律将完全由接头阻力和道床纵向阻力确定。

道床纵向阻力，是由轨枕与道床之间的摩阻力和枕木盒内道碴抗推力组成。

图为实测得到的单根轨枕在正常轨道状态下，道床纵向阻力与位移关系曲线。

由图可以看出：道床纵向阻力值随位移的增大而增加，当位移达到一定值之后，轨枕盒内的道碴颗粒之间的结合被破坏，在此情况下，即使位移再增加，阻力也不再增大；在正常轨道条件下，钢筋混凝土轨枕位移小于2mm 木枕位移小于1mm ，道床纵向阻力呈斜线增长，钢筋混凝土枕轨道道床纵向阻力大于木枕轨道。

（道床纵向阻力与位移的关系曲线）2.3 温度应力图：温度力沿长钢轨的纵向分布，常用温度力图来表示，故温度力图实质是钢轨内力图。

温度力图的横坐标轴表示钢轨长度，纵坐标轴表示钢轨的温度力(拉力为正，压力为负)。

钢轨内部温度力和钢轨外部阻力随时保持平衡是温度力纵向分布的基本条件。

一根焊接长钢轨沿其纵向的温度力分布并不是均匀的。

它不仅与阻力和轨温变化幅度等因素有关，而且还与轨温变化的过程有关。

……………………………………⊙……装…………………………⊙……订………………………⊙……线………………………………………（一）约束条件1）接头阻力的约束为简化计算，通常假定接头阻力为常量。

无缝线路长轨条锁定后，当轨温发生变化，由于有接头的约束，长轨条不产生伸缩，只在钢轨全长范围内产生温度力，这时有多大温度力作用于接头上，接头就提供相等的阻力与之平衡。

当温度力大于接头阻力时，钢轨才能开始伸缩。

因此在克服接头阻力阶段，温度力的大小灯油接头阻力接头阻力被克服后，当轨温继续变化时，道床纵向阻力开始阻止钢轨伸缩。

但道床纵向阻力的产生是体现在道床对轨枕的位移阻力，随着轨枕位移的根数的增加，相应的阻力也增加。

为计算方便，常将单根钢轨的阻力换算为钢轨单位长度上的阻力，并取为常量，由上述特征可见，道床纵向阻力是以阻力梯度的形式分布。

故在克服道床纵向阻力阶段，钢轨有少量伸缩，钢轨内部温度力放散，因而各截面的温度力并不相等，以斜率分布。

2）线路阻力的分类分析1、纵向阻力：无缝线路阻止钢轨及轨道框架纵向移动的阻力叫纵向阻力。

纵向阻力包括接头阻力、道床纵向阻力和扣件阻力。

接头阻力：钢轨或轨道框架要发生纵向位移，首当其冲的是接头。

接头阻力可以看成是由钢轨与夹板之间的摩阻力及夹板螺栓的抗弯力和抗剪力组成。

在巨大的温度力面前，夹板螺栓的抗弯力和抗剪力显得很小，因此我们把它作为一种安全余量而忽略不计。

剩下的就是钢轨与夹板之间的摩阻力。

道床纵向阻力：当全部接头阻力都不足以克服温度力时，道床纵向阻力就开始发挥作用了。

道床抵抗轨枕沿线路方向移动的阻力叫道床纵向阻力。

第一，其大小同线路状况有直接关系。

第二，道床纵向阻力随轨枕位移的增加而增长，但位移达到一定值时，阻力就不再增加。

通常采用轨枕位移2mm 时的道床纵向阻力作为计算常量。