任務(wù)2 計算線路換算坡度確定列車運(yùn)行條件

1、任務(wù)2計算線路換算坡度，確定列車運(yùn)行條件線路由于受到地形、地物、技術(shù)條件和客流等因素的影響，不可能全線設(shè)計為直線和平坡，必要時必須轉(zhuǎn)彎和上下坡，那么線路的曲線和坡度對機(jī)車車輛運(yùn)行為造成什么樣影響？ 【看一看】軌道交通線路 圖1-1 軌道交通線路 【想一想】軌道交通線路由哪幾個主要部分組成？軌距如何測量？【任務(wù)分析】 軌道交通線路是完成城市旅客運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備,是機(jī)車車輛和列車運(yùn)行的基礎(chǔ)。線路狀態(tài)的完整與否,車站各項設(shè)備的布局和運(yùn)用是否合理,對軌道交通運(yùn)營組織和完成城市客運(yùn)任務(wù)具有決定性的影響。本任務(wù)主要學(xué)習(xí)軌道交通線路的基本知識，包括軌道交通線路分類、組成、選線方法、線路的平面和縱斷面及線路標(biāo)志

2、與限界等知識?！鞠嚓P(guān)知識】軌道交通線路簡稱線路，它是由路基和軌道組成的一個整體工程結(jié)構(gòu)如圖12所示。 圖1-2 線路的組成路基是軌道的基礎(chǔ)，也叫做下部建筑，它是軌道交通運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)。為了使列車能按規(guī)定的最高速度，安全、平穩(wěn)和不間斷地運(yùn)行，線路各部件必須經(jīng)常保持完好狀態(tài)，以確保能夠質(zhì)量良好地完成旅客運(yùn)輸任務(wù)。線路的平面線路在空間的位置是用它的中心線來表示的。線路中心線是指距外軌半個軌距的鉛垂線與兩路肩邊緣水平連線交點的縱向連線。線路中心線在水平面上的投影，叫做線路的平面，它表明線路的曲、直變化狀態(tài)和走向；線路的平面由直線、圓曲線以及連接直線與圓曲線的緩和曲線組成。 （一）曲線 線路在轉(zhuǎn)向處所設(shè)的曲

3、線為圓曲線，其基本組成要素有：曲線半徑 R ，曲線轉(zhuǎn)角 ，曲線長L ，切線長度T ，如圖1-4所示。 圖1-4 圓曲線要素 在線路設(shè)計時，一般是先設(shè)計出 和R，再按下式計算出T及L： T=Rtan (m) (m)曲線半徑愈大，行車速度愈高，但工程量愈大，工程費用愈高。 小半經(jīng)曲線地段需要適當(dāng)限速運(yùn)行,當(dāng)列車通過曲線時，為了提高運(yùn)營安全性與乘車旅客的舒適性，在圓曲線地段應(yīng)根據(jù)曲線半徑和實測行車速度，在曲線外股鋼軌合理設(shè)置超高H，H=11.8 V²/R（mm）（V為列車運(yùn)行平均速度），曲線超高一經(jīng)設(shè)定則不能任意調(diào)整，地下鐵道設(shè)計規(guī)范規(guī)定地鐵最大超高為120 mm。線路直線與圓曲線往往不是

4、直接相連的，中間要加一段緩和曲線。地鐵或輕軌曲線半徑宜從大到小選擇，最大不超過3000m，當(dāng)曲線半徑小于400m時，輪軌磨損大、噪聲大，應(yīng)盡量少用。為了使列車按規(guī)定速度安全平穩(wěn)運(yùn)行，需要根據(jù)行車速度、車輛輪對有關(guān)尺寸等因素規(guī)定線路曲線的最小半徑。線路曲線半徑最小值是地鐵主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)地下鐵道設(shè)計規(guī)范規(guī)定：線路平面最小曲線半徑應(yīng)符合表1-1的規(guī)定。 表1-1 地鐵或輕軌線路平面最小曲線半徑 線 路一般情況(m)困難情況(m)正線 km/hV8035030030025080<V100550500450400聯(lián)絡(luò)線、出入線250200150車場線150110110注：除同心圓曲

5、線外，曲線半徑應(yīng)以10m的倍數(shù)取值。（二）緩和曲線 為保證列車安全，使線路平順地由直線過渡到圓曲線或由圓曲線過渡到直線，以避免離心力的突然產(chǎn)生和消除，常需要在直線與圓曲線之間設(shè)置一個曲率半徑變化的曲線，這個曲線稱為緩和曲線，如圖1-5所示為設(shè)有緩和曲線的線路。 圖1-5 線路曲線緩和曲線的特征為：從緩和曲線所銜接的直線一端起，它的曲率半徑 由無窮大逐漸減小到它所銜接的圓曲線半徑 R 。它可以使離心力逐漸增加或減小，不致造成列車強(qiáng)烈的橫向搖擺，這對改善運(yùn)營條件、保證行車安全和平順都有很大的作用，如圖1-6所示。 圖1-6 離心力變化示意圖地下鐵道設(shè)計規(guī)范規(guī)定緩和曲線長度為20 m75 m，即不短

6、于一節(jié)車輛全軸距長。（三）夾直線 兩相鄰曲線，轉(zhuǎn)向相同，稱為同向曲線；轉(zhuǎn)向相反，稱為反向曲線。兩條相鄰曲線間應(yīng)設(shè)置一定長度的直線，以保證列車運(yùn)行的平穩(wěn)。車輛運(yùn)行在同向曲線上，因相鄰曲線半徑不同，超高高度不同，車體內(nèi)傾斜度不同；車輛運(yùn)行在反向曲線上，因兩曲線超高方向不同，車體時而向左傾斜，時而向右傾斜。這兩種情況都會造成車體搖晃震動，為了保證運(yùn)營安全，提供平穩(wěn)的行車條件，線路不宜連續(xù)設(shè)置多個曲線，并在曲線之間必須保證足夠長度的夾直線。地下鐵道設(shè)計規(guī)范規(guī)定：在正線與輔助線上夾直線長度不應(yīng)小于20 m，在車場線上夾直線長度不應(yīng)小于3 m。線路的縱斷面線路中心線展直后在鉛垂面上的投影，叫線路的縱斷面，

7、它可表明線路的坡度變化。線路縱斷面由平道、坡道及設(shè)于變坡點處的豎曲線組成。 1坡道的坡度坡度是一段坡道兩端點的高差 h 與水平距離 L 之比，用 i 表示，如圖1-7所示。 圖1-7 坡道坡度及坡道附加阻力示意圖 即 i 坡度值； 坡道段線路中心線與水平線夾角。 線路根據(jù)地形的變化，有上坡、下坡和平道。上、下坡是按列車運(yùn)行方向來區(qū)分的，通常用“+”號表示上坡，用“”號表示下坡，平道用“ 0 ”表示。例如，+ 4 是表示線路每 1000m 的水平距離升高4m ；4 則表示線路每 1000m 的水平距離降低4m 。 線路縱斷面上坡度的變化點，叫變坡點。相鄰變坡點間的距離，叫坡段長度。地鐵或輕軌線路

8、縱坡長度不小于遠(yuǎn)期列車長度，還應(yīng)滿足兩相鄰豎曲線間的夾直線坡段長度不小于50m。 地鐵線路盡可能采用較平緩的坡度。一條線路最大坡度的確定，必須考慮各類車輛在最大坡道上停車時的啟動與防溜，同時考慮必要的安全系數(shù)。最大坡度也是地鐵主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一，地下鐵道設(shè)計規(guī)范規(guī)定：正線的最大坡度宜采用30，困難地段可采用35，輔助線的最大坡度宜采用40。地鐵隧道線路考慮排水需要，正線最小坡度不宜小于3，困難地段在確保排水的條件下，可采用小于3的坡度。車站站臺線路由于停車及站臺面平緩要求宜設(shè)置在3的坡道上，困難條件下可設(shè)置在2或不大于5的坡道上，但是要確保排水坡度不小于3，以利于排水暢通。隧道內(nèi)的折返線與存車線

9、，應(yīng)布置在面向車擋的下坡道上，其坡度宜為2。 地面及高架橋上的車站站臺線路不受排水影響宜設(shè)在平坡上，車場線可設(shè)在不大于1.5的坡道上。2豎曲線車輛經(jīng)過變坡點時，將產(chǎn)生振動和豎向加速度，引起旅客不舒適，同時由于坡度變化，車鉤會產(chǎn)生一種附加應(yīng)力，車輛經(jīng)過凸凹地點時，相鄰車輛處在不同坡道上，易產(chǎn)生車鉤上下錯移。為保證列車運(yùn)行平穩(wěn)，防止脫鉤、斷鉤，應(yīng)在相鄰坡段間用一圓順曲線連接，使列車順利地由一個坡段過渡到另一個坡段，這個縱斷面上變坡點處所設(shè)的曲線，叫做豎曲線，如圖1-8所示。 圖1-8 豎曲線 由上圖可知，豎曲線切線長 Ts 為： （m）式中相鄰坡段坡度代數(shù)差的絕對值。 豎曲線曲線長（ Ls ）：

10、Ls 2Ts (m)地鐵或輕軌線路中，兩相鄰坡段的坡度代數(shù)差等于或大于2時，應(yīng)設(shè)豎曲線。豎曲線就是縱斷面上的圓曲線，豎曲線的曲線半徑采用見表1-2。 表1-2 豎曲線半徑 線 別一般情況（m）困難情況（m）正線區(qū)間50003000車站端部30002000輔助線2000車場線2000地下鐵道設(shè)計規(guī)范還規(guī)定：車站站臺和道岔范圍不得設(shè)置豎曲線，豎曲線離開道岔端部的距離不應(yīng)小于5 m。軌道（一）軌道的組成及各部分的作用。軌道是由鋼軌、軌枕、連接零件、道床、道岔和其他附屬設(shè)備等不同力學(xué)性質(zhì)的材料組成的構(gòu)筑物?，F(xiàn)代的軌道通常用兩根專門軋制的工字形截面的鋼軌固定在軌枕上而形成。軌道是一個整體性工程結(jié)構(gòu)，經(jīng)常

11、處于列車運(yùn)行的動力作用下，其作用為直接承受車輪傳來的巨大壓力，并把它傳給路基及橋隧建筑物；起著機(jī)車車輛運(yùn)行的導(dǎo)向作用。軌枕一般橫向鋪設(shè)，用木材、鋼筋混凝土或鋼材制成，通過道床將荷載傳遞到路基上去。1鋼軌 鋼軌由軌頭、軌腰和軌底三部分組成，鋼軌斷面形式如下圖1-9所示。 圖1-9 鋼軌斷面圖鋼軌的功用是支承和引導(dǎo)機(jī)車車輛的車輪運(yùn)行，并把車輪傳來的壓力傳給軌枕，以及為車輪滾動提供阻力最小的表面，鋼軌還有為供電、信號電路提供回路的作用。根據(jù)地下鐵道設(shè)計規(guī)范要求：地鐵正線與輔助線應(yīng)采用50kg/m及以上的鋼軌，車場線應(yīng)采用43kg/m的鋼軌。鋼軌應(yīng)采用25m、12.5m標(biāo)準(zhǔn)軌以及標(biāo)準(zhǔn)縮短軌，接頭應(yīng)采用

12、對接，在曲線內(nèi)股應(yīng)采用現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的縮短軌，當(dāng)采用縮短軌接頭對接有困難時可采用錯接，但其錯開距離不應(yīng)小于3m。 2軌枕 軌枕直接支承鋼軌，并通過扣件牢固與鋼軌相聯(lián)接。3道床 道床的作用是支承軌枕、把從軌枕傳來的壓力均勻傳布給路基，它還有緩沖車輪對鋼軌的沖擊、固定軌枕的作用。在地面線還能起到排除軌道中雨水的作用。地鐵隧道普遍采用整體式道床，無需補(bǔ)充石碴或更換軌枕，而且整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、軌道幾何尺寸易于保持、減少養(yǎng)護(hù)維修工作量，但是不足的是工程造價高、施工難度大、一旦形成無法糾偏，出現(xiàn)病害難以整治，且道床彈性差。4減振墊層與扣件 由于整體道床軌道結(jié)構(gòu)沒有碎石道床提供必要的彈性，因而一般要配用彈性較好

13、的扣件以減小振動和噪聲。 （二）軌道的平順 1直線地段軌道的標(biāo)準(zhǔn)軌距我國規(guī)定的直線地段軌道的標(biāo)準(zhǔn)軌距為1435mm，用道尺測量軌距（見圖1-1）的允許誤差為+6-2mm，軌距變化率不得大于3。輪對寬度要略小于軌距，使輪緣與鋼軌內(nèi)側(cè)保持必要的間隙，以利于在軌道上行駛的車輛輪對能順利通過。輪對左右兩車輪內(nèi)側(cè)面之間的距離加上兩個輪緣厚度為輪對寬度。 2高低要求直線地段兩股鋼軌頂面應(yīng)保持同一高度，使兩根鋼軌負(fù)荷均勻。也允許有一定誤差，可根據(jù)線路等級不同，分別不大于46 mm。軌道在一段不太長的距離內(nèi)不允許左右兩軌高差交替變化，形成三角坑，以致引起列車劇烈搖晃，甚至引起脫軌事故。軌道縱向的平順情況稱為高

14、低，若高低不平，將增大列車通過時的沖擊力，對軌道的破壞力增大。根據(jù)鐵路規(guī)定，經(jīng)過維修或大修的正線或到發(fā)線軌道，前后高低差用10m弦量不得超過4 mm。軌道方向應(yīng)遠(yuǎn)視順直，若直線不直，方向不良，會造成列車蛇行運(yùn)動。在無縫線路地段，還會誘發(fā)脹軌跑道。 3曲線外軌超高曲線地段軌道的內(nèi)、外股鋼軌的頂面應(yīng)保持一定高差，兩軌間的距離要比直線路段加寬，同時在曲線兩端與直線連接處應(yīng)設(shè)置緩和曲線。車輛進(jìn)入曲線軌道時，因慣性作用，仍然要保持原來的行駛方向，當(dāng)前軸外輪碰到外軌，受到外軌引導(dǎo)時，才沿著曲線軌道行駛。這時車輛的轉(zhuǎn)向架與曲線在平面上保持一定的位置和角度。車輛運(yùn)行在曲線上，可能會出現(xiàn)三種情況，第一種情況是：

15、當(dāng)軌距足夠?qū)挄r，只有前軸外輪的輪緣受到外軌的擠壓力或稱導(dǎo)向力，后軸則居于曲線半徑方向，兩側(cè)輪緣與鋼軌間有一定的間隙，行車阻力最小；第二種情況是：當(dāng)軌距不夠?qū)挄r，后軸的內(nèi)輪輪緣也將受到內(nèi)軌的擠壓，產(chǎn)生第二導(dǎo)向力，行車阻力較前者大為增加；第三種情況是：軌距更小時，前后軸均同時受內(nèi)外軌擠壓，車輪被揳在兩軌之間，不僅行車阻力大，甚至可能把軌道擠開。為此，在小半徑曲線上的軌距必須加寬，確定軌距加寬的原則是保證最常用的車輛轉(zhuǎn)向架能以第一種情況自由通過曲線，并保證軸距較長的多軸列車能以第二種情況通過，而不致出現(xiàn)第三種情況。 列車在曲線上行駛將產(chǎn)生慣性離心力，為了保持平衡和減輕鋼軌的側(cè)面磨耗，須將外軌抬高，利

16、用車體內(nèi)傾產(chǎn)生的重力水平力平衡離心力。外軌抬高的量稱為超高，用下式估算： (mm)式中Vmax列車設(shè)計最高運(yùn)行速度（km/h）； R曲線半徑（m） 上式雖以列車最大時速表示，實際是代表列車平均運(yùn)行時速的一近似估算式。所以當(dāng)列車運(yùn)行速度大于平均時速，由于超高不足（欠超高）而產(chǎn)生未被平衡的離心加速度，為滿足旅客的舒適度，這一值不得超過 0.40.5 ms2，對應(yīng)的欠超高一般不超過6075mm，在特殊困難情況可達(dá)90mm。直線與圓曲線間要設(shè)置曲率漸變的緩和曲線，使圓曲線的軌距加寬及外軌超高在緩和曲線范圍內(nèi)逐漸完成，緩和曲線的曲率從零變至與圓曲線曲率相等時，是一個漸變的過程，相應(yīng)的超高也是漸變的，車體

17、在緩和曲線內(nèi)所受的離心力和向心力也是漸變 。曲線附加阻力 1基本阻力列車在空曠地段沿平、直軌道運(yùn)行時所受到的阻力。包括車軸與軸承之間、輪軌之間以及鋼軌接頭對車輪的撞擊阻力等?；咀枇υ诹熊囘\(yùn)行時總是存在的。 2附加阻力列車在線路上運(yùn)行時，受到的額外阻力，如坡道阻力、曲線阻力、起動阻力等。附加阻力隨列車運(yùn)行條件或線路平、縱斷面情況而定，阻力方向與列車運(yùn)行方向相反。 3曲線附加阻力當(dāng)列車通過曲線時，由于慣性力的作用，外側(cè)車輪輪緣緊壓外軌，使其磨耗增大。又由于曲線外軌長于內(nèi)軌，外輪在外軌上的滑行等原因，運(yùn)行中的列車所受阻力比在直線上所受阻力大，兩者之差稱為曲線附加阻力。曲線附加阻力與列車重量之比，叫

18、單位曲線附加阻力，用（ N/KN ）來表示，它的大小通常用試驗公式求得： 當(dāng)曲線長度列車長度，列車整列運(yùn)行在曲線上(如圖1-13a)時 ： (N/KN) 或 (N/KN) 圖1-13 列車位于曲線上當(dāng)曲線長度列車長度，列車只有一部分運(yùn)行在曲線上(如圖1-13b)時： (N/KN) 或 (N/KN) 式中 600 實驗常數(shù)；Lr曲線長度， m ； R 曲線半徑， m ； 列車長度， m 。 同理，列車同時運(yùn)行在幾個曲線上時： (N/KN)從式中可知，曲線阻力與曲線半徑成反比。曲線半徑越小，曲線阻力越大，運(yùn)營條件就越差，說明采用大半徑曲線對列車運(yùn)行的影響較小。而小半徑曲線亦具有容易適應(yīng)地形困難的優(yōu)

19、點，對工程條件有利。因此，在設(shè)計鐵路線時必須根據(jù)鐵路所允許的旅客列車的最高運(yùn)行速度，由大到小合理地選用曲線半徑。 根據(jù)r600/R可知曲線半徑愈小，曲線附加阻力愈大，還會給運(yùn)營工作帶來以下不利影響： （1）限制行車速度。從列車通過曲線的最大允許速度可知，列車通過曲線的最大允許速度與曲線半徑的平方根成正比。曲線半徑愈小，列車通過曲線的速度受到的限制也愈大;（2）增加輪軌磨耗。列車運(yùn)行在曲線上時，由于內(nèi)側(cè)與外側(cè)鋼軌長度不等，使車輛的內(nèi)輪與外輪在鋼軌土產(chǎn)生相對縱向滑行，鋼軌與輪緣磨耗增加。曲線半徑愈小，這種磨耗愈嚴(yán)重; （3）增加軌道設(shè)備。列車運(yùn)行在曲線上時，為防止外輪對外軌擠壓而引起的軌距擴(kuò)大，以及鋼軌帶動軌枕在道床上的橫向移動，對小半徑曲線地段的軌道應(yīng)增加軌枕根數(shù)，加設(shè)軌距桿、軌撐;（4）增加軌道養(yǎng)護(hù)維修費用。小半徑曲線地段的軌距、水平、方向都極易發(fā)生變位，因此養(yǎng)護(hù)維修工作量較大，增加