課程設(shè)計(jì)例題

1、參 考 算 例（一）有關(guān)資料北京地區(qū)鋪設(shè)無(wú)縫線路，相關(guān)已知條件如下：1.軌溫：最高軌溫：Tmax=62.6最低軌溫：Tmin=-22.82.軌道特征(1)鋼軌：為60kg/m的鋼軌、按預(yù)期磨耗6mm計(jì)算；緩沖區(qū)鋼軌采用每根長(zhǎng)25m的標(biāo)準(zhǔn)軌；(2)軌枕：混凝土型軌枕，每公里鋪設(shè)1840根；(3)扣件：接頭扣件為24mm、10.9級(jí)螺栓，六孔夾板；中間扣件為彈條型，橡膠墊板；(4)道床：碎石道碴，頂寬3.3m，曲線外側(cè)加寬0.05m。3線路等級(jí)及最小曲線半徑(1)線路等級(jí)：I級(jí)線路；(2)最小曲線半徑：Rmin600m。4行駛機(jī)車(chē)東風(fēng)4型內(nèi)燃機(jī)車(chē)；最高行駛速度： Vmax=120km/h;輪重和軸

2、距排列如圖1所示。115000115000115000115000115000115000180180840180180圖1 機(jī)車(chē)輪重與軸距(二)設(shè)計(jì)步驟和方法1強(qiáng)度計(jì)算 軌道有關(guān)資料鋼的彈性模量：E21×104Mpa；鋼軌的線膨脹系數(shù)：0.0000118/;軌鋼容許應(yīng)力：s365Mpa；鋼軌對(duì)水平軸的慣性矩：Jx2879cm4；鋼軌對(duì)豎直軸的慣性矩：Jy498cm4；軌底斷面系數(shù)：w1375cm3；軌頭斷面系數(shù)：w2291c m3； 支座彈性系數(shù)：D300kNcm；=0.012283/cm支座彈性系數(shù)：D700kNcm；=0.0153/cm軌枕間距：a54.5cm。表1 已知條件參

3、數(shù)TmaxTminED鋼軌D軌下基礎(chǔ)K鋼軌K軌下基礎(chǔ)數(shù)值62.6-22.8210000000.01183000007200000.0122830.015288單位N/cm2mm/m·N/cmN/cmcm-1cm-1參數(shù)sJxW1W2PHrFa數(shù)值36528793752915700009177.4554.5單位mpacm4cm3cm3NN/cmcm2cm參數(shù)f0efopfl0QJyR數(shù)值0.30.30.240087498260000單位cmcmcmcmN/cmcm4cm參數(shù)Lea1Beb數(shù)值25095501512027.5單位cmcmcmcmcmcm(1)計(jì)算P0 檢算鋼軌用P0表2

4、以第1輪位作為計(jì)算輪位P0計(jì)算表計(jì)算值輪 位P0（N）項(xiàng)目P0（N）115000115000115000115000x(cm)01803601200kx02.2114.42114.739=1.000-0.1530.008070.00000P0（N）115000-17636.915927.7584-0.063498290.8表3 以第2輪位作為計(jì)算輪位P0計(jì)算表計(jì)算值輪 位P0（N）項(xiàng)目P0（N）115000115000115000115000x(cmx2.210902.21112.528=-0.15336 1.0000-0.153 0.000 P0（N）-17636.

5、9115000-17636.90.43179726.6P0取較大的為98290N檢算軌下基礎(chǔ)用P0表4 以第1輪位作為計(jì)算輪位P0計(jì)算表計(jì)算值輪 位P0（N）項(xiàng)目P0（N）115000115000115000115000x(cm)01803601200kx02.7518595595.50418.346=1.0-0.0350.000030.00000P0（N）115000-3999.7413.9280.00049111004表5 以第2輪位作為計(jì)算輪位P0計(jì)算表 計(jì)算值輪 位P0（N）項(xiàng)目P0（N）115000115000115000115000x(cmx2.75202

6、.75215.598=-0.0348 1.00000 -0.03480.00000 P0（N）-3999.741115000-3999.741-0.0171107001 P0取較大的為111004N(2)鋼軌靜彎矩計(jì)算（見(jiàn)課本P73例題） N·m(3)軌枕上靜壓力計(jì)算(為檢算軌下基礎(chǔ)做準(zhǔn)備)(4)軌枕上的動(dòng)壓力計(jì)算Rd=(1)R0=(1+0.36+0.15)*46244=69829N(5)鋼軌動(dòng)彎矩計(jì)算鋼軌動(dòng)彎矩Md： Md=(1)f·M0速度系數(shù)： 偏載系數(shù)：采取未被平衡欠超高h(yuǎn)=75mm=0.002·h=0.002×75=0.15橫向水平力系數(shù)f：

7、f1.6 所以Md(10.480.15)×1.6×20006=52175N·m(6)鋼軌動(dòng)彎應(yīng)力計(jì)算軌底動(dòng)彎應(yīng)力1： MPa軌頭動(dòng)彎應(yīng)力2: MPa(7)鋼軌制動(dòng)應(yīng)力列車(chē)制動(dòng)時(shí)，在列車(chē)前面的鋼軌受壓，后面的鋼軌受拉。采取鋼軌制動(dòng)應(yīng)力f10MPa(8)容許的軌溫變化幅度計(jì)算根據(jù)強(qiáng)度條件，計(jì)算容許的軌溫變化幅度，其條件式為： dtfs而 t=2.5·t (MPa)所以，軌底容許的降溫變化幅度為：軌頭容許的升溫變化幅度為： 2穩(wěn)定壓力計(jì)算(1)線路條件原始彈性彎曲矢度:f0e=0.3cm ；原始塑性彎曲矢度:fop0.3cm；線路容許彎曲矢度:f0.2cm；原

8、始彎曲半波長(zhǎng)：400cm；等效道床阻力：Q87N/cm；鋼軌對(duì)豎直鈾的慣性矩：Jy498cm4；軌道框架換算系數(shù)：2。(2)溫度壓力計(jì)算有塑性原始彎曲圓曲線的合成曲率為： /cm有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算：2EJY2×9.87×21×106×5242.06×1011N·cm驗(yàn)算變形曲線長(zhǎng)度:=20.43×104cm2=452.0cm因計(jì)算得=452.0cm，與400cm相差較大，再設(shè)0=452.0cm，重新計(jì)算f'0e：cm將f'0e=0.383cm代入，驗(yàn)算變形曲線長(zhǎng)度：=21.01×104cm因計(jì)算得=458

9、.3cm,與 452cm還有一定誤差，再設(shè)0=458.3cm，重新計(jì)算f'0e：cm將f'0e=0.394cm代入，驗(yàn)算變形曲線長(zhǎng)度：=21.08×104cm=459.1cm=459.1cm與上面的=458.3cm相接近，因此將221.08×104cm，f'0e=0.394cm代入下式，求溫度壓力PN。 N(3)容許溫度壓力計(jì)算采取安全系數(shù)：K1.25容許溫度壓力PN(4)容許的升溫變化幅度計(jì)算根據(jù)穩(wěn)定性條件，計(jì)算容許的升溫變化幅度。鋼軌斷面積F77.45cm2容許的增溫變化幅度為：<=70.3(強(qiáng)度條件允許溫升)所以 3鎖定軌溫計(jì)算由強(qiáng)度和穩(wěn)

10、定條件確定鎖定軌溫鋪軌下限鎖定軌溫（受穩(wěn)定條件限制）： 鋪軌上限鎖定軌溫（受強(qiáng)度條件限制）：故 20.8<tsf<63.5(2)確定的鎖定軌溫規(guī)范中規(guī)定鎖定軌溫的取值為式中 ts，tc允許溫升和允許溫降； Tmax，Tmin當(dāng)?shù)貧v史最高、最低軌溫； tk中和軌溫修正值，取05。但考慮到為了便于施工，一般應(yīng)保證設(shè)計(jì)鎖定軌溫較中間軌溫的上浮一個(gè)值，本設(shè)計(jì)采用：f一般應(yīng)保證設(shè)計(jì)鎖定軌溫較中間軌溫的上浮值，取為35。故分析得出其范圍為2325由于取為25時(shí)其施工鎖定軌溫為2030，其下限超出上述條件確定出的下限，故取為26，其施工鎖定軌溫為2131。(3)確定鋪軌鎖定軌溫的范圍根據(jù)上述條件

11、確定的的鎖定軌溫為26是合理的鎖定軌溫，而且在由強(qiáng)度和穩(wěn)定條件計(jì)算所得的鎖定軌溫范圍之內(nèi)，所以最后選定鎖定軌溫為：設(shè)計(jì)鎖定軌溫tsf=263153.841662.662621-22。.8圖2 鎖定軌溫示意圖鋪軌鎖定軌溫范圍：tsf上= tsf5=31tsf下= tsf5=21故鎖定軌溫范圍為2131如圖2所示。4伸縮區(qū)長(zhǎng)度與防爬設(shè)備的布置(1)伸縮區(qū)長(zhǎng)度計(jì)算接頭阻力PH570kN；道床單位縱向阻力r91N/cm；最大降溫幅度tmax降：tmax降= tsf上Tmin=31+22.8=53.8最大升溫幅度tmax升：tmax升=Tmaxtsf下=62.621=41.6最大溫度拉力Ptmax拉：P

12、tmax拉=250·Ftmax降=250×77.45×53.8=1041.7kN最大溫度壓力Ptmax壓：Ptmax壓=250·F·tmax升=250×77.45×41.6=805.48kN溫度拉力引起的伸縮區(qū)長(zhǎng)度：m溫度壓力引起的伸縮區(qū)長(zhǎng)度：m為安全起見(jiàn)，伸縮區(qū)長(zhǎng)度采用75m。(2)防爬器的布置一根軌枕上中間扣件的阻力Pc16kN；一根軌枕的道床縱向阻力Rs10kN；從上述可看出，中間扣件阻力大于道床縱向阻力，可不需要在伸縮區(qū)布置防爬器，但中間扣件扭力矩應(yīng)經(jīng)常保持在80120N·m范圍內(nèi)，中間扣件阻力才能達(dá)到上述

13、要求。5.緩沖區(qū)預(yù)留軌縫計(jì)算(1)長(zhǎng)軌端的伸縮量長(zhǎng)軌一端的伸長(zhǎng)量長(zhǎng)伸mm長(zhǎng)軌一端的縮短量長(zhǎng)縮mm(2)標(biāo)準(zhǔn)軌端的伸長(zhǎng)量短伸 =1.4mm標(biāo)準(zhǔn)軌一端的縮短量短縮： =3.2mm(3)長(zhǎng)軌與標(biāo)準(zhǔn)軌之間的預(yù)留軌縫1最高軌溫時(shí)，保證軌縫不頂嚴(yán)的預(yù)留軌縫值1：1長(zhǎng)伸短伸=1.9+1.4=3.3mm最低軌溫時(shí)，保證螺栓不受力的預(yù)留軌縫值1：1構(gòu)(長(zhǎng)縮短縮)=18(7.5+3.2)=7.3mm所以，長(zhǎng)軌與標(biāo)準(zhǔn)軌之間的預(yù)留軌縫1：即 3.3 mm <1<7.3 mm采用 。(4)標(biāo)準(zhǔn)軌與標(biāo)準(zhǔn)軌之間預(yù)留軌縫2最高軌溫時(shí)，保證軌縫不頂嚴(yán)的預(yù)留軌縫值2 ： 22短伸=2×1.4=2.8mm最低軌溫時(shí)，保證螺栓不受力的預(yù)留軌