鋼軌接頭夾板及軌縫設(shè)計計算簡介.pdf

譯文 鋼軌接頭夾板及軌縫 設(shè)計計算簡介 日 德 聞研 三 摘要 目前我 國對 鋼軌接 頭夾板 及軌 縫設(shè)計計算 尚缺 乏資料 本文介 紹 日本 的計算方法 對標(biāo) 準(zhǔn)設(shè)計 有一定 的實用意 義 譯者 一 施 加在接頭夾板 上的壓力 接頭夾板是 兩相 鄰鋼 軌軌 端間傳遞 彎矩 和 剪力之用 的 因此 鋼軌接頭 的理 想狀 態(tài)是 將 一定強 度的接頭夾板 牢固地安 裝在 鋼軌 上 使其具有與鋼軌基本相 同 的 強 度 彈 性 井能保持車輪踏面接近平滑地運行 但 是 普通接頭夾板 的斷面參數(shù)如表 1所示 一 對接頭夾板 的斷面 積 約 為 鋼 軌 的8 5 N 接 頭 夾 扳 的 斷 面 參 數(shù) 裘 1 銀軌 一 對 夾 板的 B 水 軸的 斷面 柏慣性 矩 接 頭 吏 板 類 別 斷 面 積 幔 斜 角 告一 斷 面 積 I Bf c m A 0 I I A c m c m f c m4 c m 5 0 虹用 平 型 6 4 3 3 1 O 5 1 2 O 8 9 4 2 1 1 6 7 l 6 5 1 l g 5 o k g 用 L型 6 3 3 1 M0 6 7 3 O 1 O 5 3 1 2 5 2 8 8 2 3 1 2 0 2 6 5 o k g N用 6 4 0 l 0 6 2 1 O 6 3 0 3 3 1 6 5 k g 用 7 5 3 O g O 6 8 6 0 0 8 9 3 9 9 1 2 6 O O 而彎曲剛 度僅 為2 0 3 0 尤 其 是 5 0 PS 鋼 軌用 的接頭夾板等 因為是L型接頭 夾板 當(dāng)用螺栓 緊固在鋼 軌上 并承受 垂直 彎 曲應(yīng)力時 由于接頭夾板 的斷面 形狀對于 水平 軸及垂直 y軸均為非對稱狀態(tài) 因此 中和軸是傾斜 的 必 將造 成有效慣 性矩 的減 小 見 圖1 例 5 0 PS 鋼軌用 接頭夾板對于 軸 的慣 性 矩 由于 中 性軸 傾 斜 31 使 舶轡 2 j F 刀分 布舳 假定 式 A 施 加在接頭夾板 上的壓力 對 于 接 頭夾板 的中心線認(rèn) 為是左 右對 稱 鋼軌和接 頭夾板平常完壘處于平面接觸的 狀態(tài)時才成 立 一 3 維普資訊 B 考慮了接頭夾板與鋼軌之間的 問 I5 c 和接頭夾板的變形 鋼軌壓力僅在接頭堤 板中央及端頭小范圍內(nèi)作用顯著 而在其它 部 分則不發(fā) 生作用 c 將 B 的假定進一步理 論 化 壓力僅作 用在接 頭夾板 的中央和端部 根據(jù) c 的假定 解出接頭夾板端 部 壓力月的Zi m e r 1 1 1 a z n解 法 如圖3 所示 罔 3 鋪軌壓力的Z j 如me r ma n n 解法罔式 I 2 墮 一 i 一 一一 G 一 擊丑 G 式中 o 0 a J a 1 1 a B D 其 中 B E Z a 3 D c b a 軌 枕下沉壓 力 G為軸壓 為鋼軌斷面 的慣性 矩 為 兩塊接頭夾板斷 面的慣性 矩 為接頭 夾 板 與鋼軌上下接 觸面之間縫隙 的一半 接頭夾板承受 的彎矩M 月 接頭夾板的摩攘阻力 接頭夾板根據(jù) 其與鋼軌組裝時 接頭夾 板與鋼軌頭部的接觸狀態(tài)可以分為軌頭接觸 型 見 圖4 及軌 頭 自由型 見圖5 軌頭接 觸型為接頭夾板 與鋼軌 的組裝采用 了其 與軌 頭下部斜面及軌底上部斜面密貼的形式 井 根據(jù)接頭 夾板 的楔作 用達到密貼 的 目的 軌 頭 自由型為接頭夾板與軌頭下部 包括軌腰 上部 相對應(yīng) 的部 位完 全密 貼 當(dāng)緊固接頭 螺栓時 與軌底上部斜面相對應(yīng)部分的夾板 下 端向鋼軌 中心 楔緊 罔4 軌壬 接 觸型 斟 軌 頭 自由 原理 因此接頭夾板 的摩擦阻力可 以用力學(xué) 方法進行 計算 如 圖6 所示 軌頭接觸型接頭戔板的作用是根據(jù)楔的 罔 格觸 接 頭屯 孵 力 一 4 一 維普資訊 P為接頭螺拴的拉力 為接頭夾板 垂直 方向 的壓 力J P 為上 部接觸面 的壓力 為 下部 接觸 面 的壓力 為鋼軌 與接頭 夾板接 觸面措斷面 方 向 的摩擦系數(shù) P 為上 部接觸面P的水 平方向分力 為下部接觸面P的水平方向分力 P P P 尸 P s i n c o s Pl P s i n c o s f1 P c O s 一 I n 1 I P c o s fl一 s i nf1 一 co s f l u s i n f l I P C 0 5 6 其中 a 為軌頭下部斜 面的角度 為軌 底 上部斜面 的角度 從上式 中可得出 J P s i n c o P s i n c o s 2 五 五 c 麗 o s fl s i n fl P麗 麗 i而 3 五 I l 0 i 丁 干 ll i 了 c o 面 P c o s i nd P i c 0 一 s c o s 一 s i n c o s s i B e s i n c o s c o s fl t n f1 i 主 n c o s f1 c 0 s 一 i n 通常 時 p 面P z 螺紋部分的摩擦系數(shù) 6 螺母表面的摩擦系數(shù) 設(shè) 接頭夾板摩 擦阻力 為 鋼軌 縱 向與接頭夾板 的摩擦系數(shù) 為 時 R p 十 x 接頭螺 栓 的根 數(shù) 7 根據(jù) 試驗結(jié) 果 0 2 5 可求出 4 根接頭螺栓 的接 頭夾板 月 P 6 根接 頭螺栓 的接 頭夾板 8 R 1 5 P P 例如 5 0 N鋼軌是4 根 接頭螺栓 的 接 頭 夾板 q 2 0 設(shè) 0 2 0 代 人 8 式 R 1 9 P 9 接頭螺拴緊 固力 矩功劬接頭螺檢 拉 力P 的關(guān)系可用下式表示 P 一 一 1 1一一一 魯w 1 0 式 中 尸 接 頭螺栓的拉力 k N J 接頭螺栓 的扭 矩 k N e m P 螺 紋的螺 矩 c m 4 5 一 接頭 螺栓 螺紋部 分的平 均半徑 c m I 螺母表面的平均半徑 e ra 5 0 N鋼軌 時為以下數(shù)值 1 2 0 1 7 P 0 25 40 l 1 7 4 2 4 2 2 3 o o 2 因此 P 2 2 T 1 1 從 9 和 1 1 式 可得 R 1 9 P 4 2 7 1 2 接 頭螺拴的標(biāo)準(zhǔn)扭矩T 5 0 k N C I I 1 因 此R 2 1 0 k N 5 0 T 鋼軌及6 o K鋼軌均采用軌頭 自由 型 接頭 夾板 不能采用以上理論公式計算 因 此必須通過實驗求得接頭夾板 的摩擦阻力 采 用圖7 所示6 0 K鋼軌接頭阻力 試件 進 行 拉 伸試驗所得 到的數(shù) 據(jù)如 圖8 所 示 對5 0 T鋼 軌 根據(jù)同樣 試驗 可得 到如圖 9所 示 的 結(jié) 果 從 這些數(shù)據(jù)得知 設(shè)接頭 阻力值為接 頭 呋板開始滑動產(chǎn)生微小 變位 時的數(shù)值 則接 頭 螺栓扭矩為5 0 k N c i n 時的接頭阻 力 約 為 3 0 0 kN 維普資訊 I 1m 麓 柱 B 盥 鶴 墮 一 鼬 中 一斗曼 圖 7 6 O N鋼軌接頭阻力試件 裘 啦 m 圈 8 6 o k g 鋼軌接頭夾板阻力試驗結(jié)果 煢 縫 躊 如 幽 g 5 o T 鋼軌用接頭競板阻力試驗緒糶 三 接頭 夾板螺栓產(chǎn)生 的彎 曲 螺栓 的螺紋部分所發(fā)生 的拉應(yīng)力口 根據(jù) 螺栓 緊固時 所發(fā)生的拉力P求得 即 d 1 3 為螺檢 的有效 斷面積 用螺栓的 有 效 直徑和內(nèi)徑的平均值作為直徑求出 的 斷 面 積 另方面 在 螺栓上有 由于 墊圈作用產(chǎn)生 的彎矩 見 圖1 0 用這 個彎矩求 出發(fā) 生的 邊 緣應(yīng) 力 一 4 6 一 魯 二 m 等 1 4 式 中 螺拴 中央 部分 的直徑j(luò) d z 螺栓螺紋部分的有效直徑與內(nèi) 徑的平均 值J 螺栓 中央部分拉 應(yīng)力 與彎 曲應(yīng) 力之比 圖 1 0 螺栓荸曼的彎矩和拉力 因此 可 求出因螺栓緊固所發(fā)生 的拉應(yīng) 力s彎 曲 直力釣臺 力口為 1 m 魯 1 5 其次 軌縫擴大到極限后溫 度 繼 續(xù) 下 降 螺栓上作 用著鋼軌 的收縮力 產(chǎn)生 了相 應(yīng) 的開1 3應(yīng) 力 設(shè)口 為這個開 1 3應(yīng)力 的容 許 應(yīng)力 值 則 0 a j一 m 1 6 式中 的口 等于螺栓 的塒 服強 度 根據(jù)圖1 可得 P 1 7 求出 后 根據(jù)鋼軌收縮力 可 求 出 在 維普資訊 螺栓上產(chǎn)生的彎舢 阻力 理論上是采取 上述 方法進行計算 但 實 際上 由于m值 的確 定是 很困難 的 因 此根據(jù) 試驗 求出彎曲 阻力P 是 比較簡單的 四 軌縫計算 1 用二次測定浩求設(shè) 計軌 縫的計算式 目前是根據(jù)一次測定法 進行軌 縫管理 但 采用二次測定法 比一次測定法 精度更高 更正確 是一種非常有利的方法 根據(jù)圖1 2 可求出軌縫的計算式 當(dāng)鋼 軌溫 度上 升時 隨 著軌 縫在縮小測得軌縫值 及 相 應(yīng) 的 軌 溫T j 當(dāng)鋼軌溫 盤下 降肘 隨著軌 縫 擴 大 測得軌縫 值 g z及 相 應(yīng) 的 軌 溫 ABo CDo 口J P 2 Z 2 y Y g 2 一 式 中Z f l T 一T 是鋼 軌鋼 的線 膨 脹 系數(shù) f 是鋼軌的長度 1 2二 炎 刪 定 陪娘 理 Y 古 g 一fit T 一T 2 1 8 Y BH 表 示鋼軌 溫度 時 的設(shè) 計 軌 縫 則鋼軌溫度 時的設(shè) 計軌縫 C H y z 并可求出 Y z 古 g P 2 Z 口 F 2 盧 T 一 一 次測定法是將接 頭夾板 阻力換算 為相 應(yīng) 的軌縫 值A(chǔ)B 或 C D 并假定 日 CD 1 mm 如實際不是 1 mm時就會產(chǎn)生 誤差 采 用 二 次 側(cè)定法不 凡 f 或c D 的 f 是 多 少 都可以正碉地 求得 i l 軌縫 2 不 學(xué)堪縱 力 I j 求脹軌及拉螄 板瞅 值 的方法 設(shè)縱向阻力為O N極 限值 的 計 算 式 如 下 首先求脹軌極限值 的計算式 如圖I 3 所 示 通過O一 一 一C D的程 序 設(shè)O點 的軌溫為 相 應(yīng)的設(shè)計軌縫為 則不 作 為 軸壓儲存 的 自由伸 縮區(qū)AC 的溫 度 變 化 量 為 At 盧 3無 川 l I 力對 娃 斐 化 曲 線 從而求得最 高鋼軌溫 度f m m x 時 的軸壓P P EA r 一 t A t 盧 l f m x 一 音 1 9 式 葉 I 鋼軌鋼 的彈性模 量 鋼軌斷面積 口 鋼軌鋼 的線膨脹系 數(shù) j 鋼軌長 度 設(shè)軸壓P與最低屈服強度P 相等時 作 為脹軌 的極 限 則求 得極限值 的計算 式 為 P 盧 t m a x 一 音 2 0 求 拉斷極限時 同樣如 圖1 3 所示 通過 O一 一 日 一 C 一D 的程序 月 為接頭夾板阻 力j 月 為螺栓的彎 曲 J 5且力 F 為最大軌縫 則 O A 南 一 f A一 C t a 姒 斷極限D(zhuǎn) 點作為 最 低 鋼 軌 溫 度 l I J 求得極 5 I 值 的 計算式 為 粕嚏 軌 繾 維普資訊 一 曼 整理后 m x 口 t 一 一 m n f 21 3 考慮縱向阻力時 求脹軌和拉 斷極 限值 的方法 考慮 縱向阻力 時 將 1 9 2 O 式 加上縱向阻力 的影 響作 為極限值 計 算 式 根據(jù) 圖l 4 首先 計算脹軌極限值 AB 間溫 度變化量 為R EAr1 依據(jù)如 圖l 5 所 示的縱向阻力作為軸壓被 儲存 時 的變化量 得到 間溫度變化量為 v t 2 EAr1 B C問的軌縫縮小量為 f z 4 EA 1 4 有縱向阻力時軌縫變化曲線 衛(wèi) j l b鼽 向阻 生 設(shè) 點的設(shè)計軌縫 為e 則c點 軌 縫 為 i 三 I 可 問 的 溫 度 變化 量為 e 一 一 f 4 EArl 設(shè) 點的鋼軌溫 度為 最高鋼 軌 溫 度 為 時 則 由 點至軌縫變 為0以 后 的 溫 度變化量 f 為 At m z 一一 2E A Lr l一 矗j 4 E A EAB l 1 fln一卜 南 4 E A 8 一 南 因 所產(chǎn)生 的軸壓 壘部 被貯 存 則求 出 脹 軌極限值為 P t R f Y E A fl A t 4 E A p x 小 南 2 2 比較 2 2 式 與 2 0 式可看 出 具有 縱向 阻力 時增 加的軸 壓值 1 f 4 是不利的 求拉 斷極限值 同樣根據(jù) 圖1 4 并按下述 方法計算 間溫度變化量 為月 EAr1 c 間 溫度變 化量為 f