轨道结构力学分析及脱轨原因分析共26页文档
列车脱轨分析ppt课件
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(2)影响Q值的因素：
a,车辆货物偏载，使Q值变化。铁道部规定：车 辆纵向偏载应小于10吨，横向偏载时其货物重心 偏离车辆中心线距离要小于100mm。
列车脱轨分析
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前言
多年的运营实践表明，列车脱轨是危及行车 安全的重要隐患，也是危害较大、经济损失较 重的行车事故之一。事实表明，列车脱轨是各 种影响脱轨的不利因素综合作用的结果。因此， 对列车脱轨必须进行全面、系统的研究，客观 地分析造成脱轨事故的原因、机理，才能采取 正确的技术措施，减少甚至杜绝脱轨事故的发 生。
v=3.6Lfo v ——导致桥梁共振的临界速度（ km/h）
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L——列车横向荷载作用波长， L=d/i, d为车辆定距； i为系数，=1，2，3，或4 fo ——为桥梁自振频率，可查表求得。 以40长钢梁为例： 中国， fo=2.5Hz v=78.3km/h 日本， fo=2.65Hz v=83.0km/h 欧洲， fo=2.655Hz v=83.2km/h 若桥梁的横向联接不佳，刚度不大，列车 过桥速度最好不大于上述算得的临界速 度，以确保行车安全。
Y/Q< K 只要满足上述条件，车辆就不易脱轨。 Y/Q 就叫做脱轨系数， K为脱轨系数的临界值。 轮对的脱轨条件与轨系数与单个车轮的一样。
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3，脱轨系数及临界值分析 由上述分析可知，影响列车脱轨的因素主要有三 个：Y、Q、K。对它们进行分析和研究，就能对 脱轨的原因和机理有一个全面的了解，并可采取 相应的技术防范措施，以保障行车安全。 （1）影响Y值的因素：
轨道结构力学分析
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赫兹理论计算公式
3 P Mpa max 2 ab 式中P 轮载 N ；
ab 椭圆形面积；
a 椭圆形长半轴； b 椭圆形短半轴。
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椭圆长、短半轴计算
3P 1 a m 2 E A B n b a m
1 1 2 2 3 3
P4 ( x4 ) P5 ( x5 )
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x3 1
x3 0, x3 0,
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二、轨道强度动力计算 ——准静态计算
三个系数：
1）速度系数 2）偏载系数 3）横向水平力系数
p
f
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1、速度系数
dy dx
k 令 4 m m1 4 EJ 钢轨基础与钢轨刚比系 数 式（ 1 ）变为：
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d4y 4 4 y 0 4 dx
2 d y M EJ 2 dx 3 d y Q EJ 3 dx 4 dy q EJ 4 dx
1）轨道强度静力计算；
2）轨道强度动力计算——准静态计算； 3）轨道各个部件强度检算。
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一、轨道静力计算
计算模型：有两种 1）连续弹性基础梁模型；
2）连续弹性点支承梁模型。
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弹性点支承模型
图示 假设 计算方法：有限元
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弹性基础梁法
d2y M EJ 2 dx 3 d y Q EJ 3 dx 4 dy q EJ 4 dx 26
轨道结构力学分析及脱轨原因分析
2）横向水平力 横向水平力包括直线轨道上，因车辆蛇行运动，车轮 轮缘接触钢轨顺产生的往复周期性的横向力；轨道方向不 平顺处，车轮冲击钢轨的横向力，在曲线轨道上，主要是 因转向架转向，车轮轮缘作用于钢轨侧面上的导向力，此 项产生的横向力较其他各项为大。还有未被平衡的离心力 等。
3）纵向水平力 纵向水平力包括列车的起动、制动时产生的纵向水平力； 坡道上列车重力的水平分力；爬行力以及钢轨因温度变化不 能自由伸缩而产生的纵内水平力等，温度对无缝线路的稳定 性来说是至关重要的。
二、基本假设和计算模型
1 基本假设
① 轨道和机车车辆均处于正常良好状态，符合铁路技术 管理规程和有关的技术标推。 ② 钢轨视为支承在弹性基础上的等载面无限长梁；轨枕 视为支承在连续弹性基础上的短梁。基础或支座的沉落值与 它所受的压力成正比。 ③ 轮载作用在钢轨的对称面上，而且两股钢轨上的荷载 相等；基础刚度均匀且对称于轨道中心线。 ④ 不考虑轨道本身的自重。
由于钢轨的抗弯刚度很大，而轨枕铺的相对较密，这样 就可近似地把轨枕的支承看作是连续支承、从面进行解析 性的分析。图中的u＝D/a，即把离散的支座刚度D折合成连 续的分布支承刚度u，称之为钢轨基础弹性模量。
三、轨道的基本力学参数
1 钢轨的抗弯刚度EI 2 钢轨支座刚度D
采用弹性点支承梁模型时，钢轨支座刚度表示支座的 弹性持征，定义为使钢轨支座顶面产生单位下沉时，所需 施加于座顶面的力。量纲为力／长度。可把支座看成为 一个串联弹簧。
u=D/a
5 轨道刚度Kt 整个轨道结构的刚度Kt定义为使钢轨产生单 位下沉所需的竖直荷载。
四、结构动力分析的准静态计算
所谓结构动力分析的准静态计算，名义上是动力计算， 而实质上则是静力计算。当由外荷载引起的结构本身的惯 性力相对较小(与外力、反力相比)，基本上可以忽略不计， 而不予考虑时，则可基本上按静力分析的方法来进行，这 就是准静态计算，而相应的外荷载则称为准静态荷载。 由于机车车辆的振动作用，作用在钢轨上的动荷载要 大于静荷载，引起动力增值的主要因素是行车速度、钢轨 偏载和列车通过曲线的横向力，分别用速度系数、偏载系 数和横向水平力系数加以考虑，统称为荷载系数。
第四章轨道结构力学分析
– 钢轨抗弯刚度EI – 钢轨支座刚度D – 道床系数C – 钢轨基础弹性模量u – 刚比系数k – 轨道刚度Kt
第二节 轨道结构竖向受静力计算
轮群作用下的计算原理 ---------线形叠加法
Hale Waihona Puke 三节 轨道强度计算的有限单元法有限元原理
– 将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合 体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分 析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结 构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而 理论分析又无法解决的复杂问题。
连续梁微分方程及其解 y4 4k4y 0 解为：
y Pk ekx coskx sinkx
2u
M P ekx coskx sinkx
4k
R Pka ekx coskx sinkx
2
一般设
kx ekx coskx sinkx kx ekx coskx sinkx
第二节 轨道结构竖向受静力计算
第四章轨道结构力学分析
第一节 轨道受力分析
1、轨道受到竖向荷载、横向荷载和纵向荷载
2、轨道受到静荷载和动荷载
竖向力 …静轮重 …竖向附加力
横向力
…由车辆蛇行产生 …轨道方向不平顺产生 …曲线转向产生 …未被平衡加速度产生
纵向力
…列车启动、制动 …坡道上列车自重分 力
…爬行力 …温度力
第二节 轨道结构竖向受静力计算
动弯应力检算——最大拉应力最大压应力 温度力检算
– 局部应力检算
轮轨接触应力检算
轨枕强度检算
– 轨枕顶面应力检算 – 混凝土枕弯矩检算
道床应力分析
– 道床顶面应力 – 道床内部及路基顶面应力
电机车掉道分析.docx
一、掉道的原因及所带来的危害和后果按电机车在运行过程中发生的掉道事故分析,具体可分轨道铺设质量差、机车矿车车辆损坏、材料装车方法不正确及机车司机操作不当等多种原因。
在日常工作中，无论什么原因引起的调到事故对我矿的安全生产来说，都会带来不同积度的损失，轻则造成运输终端以及人员、物料不能准时到达,影响安全生产，重则造成机车矿车损坏甚至人员伤亡。
二、掉道事故原因分析2.1轨道质量差引起的脱轨原因分析因为轨道原因引起掉道的比例最多.这说明在运输生产工作中，提高仇道铺设质量,有着非常重要的意义，所以，着重分析由轨道造成的掉道的原因2.1.1转撤器维修不到位。
因为岔尖连接杆链接销脱落.岔尖跳动、尖轨不密贴.或尖轨磨损严重，在机车的振动下容易与基本轨分离,造成电机车脱离轨道。
2.1.2沈木腐朽失效成受到严重的机械破坏;枕木的作用不仅是承受钢轨传来的荷重和横向力，并将它均匀地传布在道床上，而且将两根钢轨联系在一起固定在钢轨位置,使其保持一定的轨距，不因受力的作用而产生纵向及横向位移。
枕木腐朽造成的主要原因:（1）由于井下枕木大多都未经防腐处理或防腐处理不到位，在井下恶劣环境下很容易腐烂;枕木材质不好；道床排水不畅，积水较多，使枕木腐烂速度加快。
（2）枕木受机械性破坏的主要府因:铺设在一处的枕木其强度、韧度及耐久度不一样，不能保证整个轨道的强度及弹性均匀:预钻道钉孔时未灌注防腐剂;枕木和垫板之间未扣紧；这些原因都可能导致在机车矿通过时钢轨起落、垫板松动，增加木枕的机械磨损。
2.13鱼尾板和钢轨发生断裂或机械磨损，其主要原闲:钢轨存在吊板、小坑、下沉以及及翻浆冒泥;鱼尾板与钢轨之间不密贴，在列车通过时发生剧烈下沉,使鱼尾板发生挠曲产生变形，以及鱼尾板锈蚀而造成钢轨、鱼尾板断裂。
另外，轨距不良、铁道方向不正、曲线上超高不当、道钉没有垂直打紧、打靠、钢轨爬行，轨底不合格以及接头松软等原因也会造成钢轨、鱼尾板受到严重的机械磨损。
分析轨道结构的受力情况,搞好线路维修
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。
铁路轨道的工程力学分析与优化
铁路轨道的工程力学分析与优化近年来，随着交通运输的快速发展，铁路交通作为一种高效、环保的交通方式，受到了越来越多人的青睐。
而铁路轨道作为铁路交通的基础设施之一，其稳定性和安全性的保障显得尤为重要。
本文将从工程力学的角度出发，对铁路轨道的分析与优化进行探讨。
一、轨道的力学特性铁路轨道作为承载列车荷载的基础，其力学特性对整个铁路系统的运行稳定性和安全性有着重要影响。
首先，轨道的刚度是影响列车行驶稳定性的关键因素之一。
在列车行驶过程中，轨道的刚度能够保证列车的稳定性，减小因外界扰动而引起的轨道变形，提高列车的行驶舒适度。
其次，轨道的强度是保证列车行驶安全的关键因素。
轨道的强度应能够承受列车的荷载，同时还需考虑到温度、湿度等外界因素对轨道的影响。
此外，轨道的几何形状也是影响列车行驶的重要因素，合理的轨道几何形状能够减小列车在弯道行驶时的侧向力，提高行驶的稳定性。
二、轨道的工程力学分析为了保证铁路轨道的稳定性和安全性，需要进行工程力学分析，确定轨道的设计参数。
首先，需要对轨道的荷载进行分析。
列车的荷载是轨道设计的重要参考依据，荷载的大小和分布会直接影响到轨道的刚度和强度。
其次，需要对轨道的材料性能进行分析。
轨道的材料应具有足够的强度和刚度，能够承受列车的荷载和外界环境的变化。
此外，还需要考虑到轨道的疲劳寿命和防腐性能，以确保轨道的使用寿命和安全性。
最后，需要对轨道的几何形状进行分析。
轨道的几何形状应符合列车行驶的要求，能够减小侧向力和垂向力对轨道的影响，提高列车的行驶稳定性。
三、轨道的工程力学优化为了提高铁路轨道的稳定性和安全性，需要对轨道进行工程力学优化。
首先，可以通过优化轨道的材料选择和处理工艺，提高轨道的强度和刚度。
例如，可以采用高强度钢材替代传统的轨道材料，采用先进的热处理工艺，提高轨道的抗疲劳性能和防腐性能。
其次，可以通过优化轨道的几何形状，减小列车行驶时的侧向力和垂向力。
例如，在弯道处可以采用合理的缓和曲线，减小列车行驶时的侧向加速度，提高行驶的稳定性。
轨道结构力学分析
1、概述轨道结构力学分析，就是应用力学的基本原理，结合轮轨互相作用理论，用各种计算模型来分析轨道及其各部件在机车车辆荷载作用下产生的应力、变形及其他动力响应，对轨道结构的主要部件进行强度检算。
在提速、重载和高速列车运行的条件下，通过对轨道结构的力学分析、轨道结构的稳定性分析，行车的平稳性和安全性等进行评估等，确定路线允许的最高运行速度和轨道结构强度储备。
轨道结构力学分析主要目的为：1)确定机车车辆作用于轨道上的力，并了解这些力的形成及其相应的计算方法。
2)确定在一定的运行条件下，轨道结构的承载力。
轨道结构的承载能力包括以下三方面：1)强度计算。
在最大可能荷载条件下，轨道各部分应具有抗破坏的强度。
2)寿命计算。
在重复荷载作用下，轨道各部分的疲劳寿命。
3)残余变形计算。
在重复荷载作用下，轨道整体结构的几何形位破坏的速率，进而估算轨道的日常维修工作量。
2、轨道的结构形式和组成轨道结构由钢轨、轨枕、连接零件、道床、防爬器、轨距拉杆、道岔、道碴等所组成，不同的轨道部件，其功用和受力条件也不一样。
目前世界铁路基本上都采用工字形截面钢轨，只是单位长度重量有所不同。
轨枕主要有木枕，混凝土枕和钢枕，基本上都是横向轨枕。
道碴基本都用碎石。
1)钢轨。
我国铁路所使用的钢轨类型有43kg/m，45kg/m，50kg/m，60kg/m和75kg/m。
钢轨刚度大小直接影响到轨道总刚度的大小轨道总刚度越小，在列车动荷载作用下钢轨挠度就越大，对于低速列车来说，不影响行车的要求，但对于高速列车，则就会影响到列车的舒适度和列车速度的提高。
在本毕业设计中，我使用的是60kg/m型钢轨。
2)接头联结零件。
钢轨接头的联结零件由夹板、螺栓、螺母、弹簧垫圈组成。
接头夹板的作用是夹紧钢轨。
螺栓需要有一定的直径，螺栓直径愈大，紧固力愈强。
在普通的有缝路上，为防止螺栓松动，要加弹簧垫圈，在无缝线路伸缩区的钢轨接头加设高强度平垫圈。
3)扣件。
扣件是联结钢轨和轨枕的中间联结零件。