動(dòng)車組概論-高速鐵路限界及線路構(gòu)造特點(diǎn)

鐵路限界基本知識(shí)目錄CONTENTS01鐵路限界的定義及組成03準(zhǔn)軌機(jī)車車輛限界02鐵路限界的作用03機(jī)車車輛限界的類型鐵路限界的定義及組成鐵路限界的定義鐵路限界是指對(duì)機(jī)車車輛各部位的寬度和高度規(guī)定的輪廓線。規(guī)定鐵路限界可保證機(jī)車車輛在空車或裝載狀態(tài)運(yùn)行時(shí)雖產(chǎn)生晃動(dòng)和偏移也不致同橋梁、隧道和線路上其他設(shè)備碰擦。鐵路限界的組成機(jī)車車輛限界建筑限界安全空間鐵路限界的定義及組成機(jī)車車輛限界

是機(jī)車車輛本身及其裝載的貨物不得超越的輪廓線；建筑限界

是除機(jī)車車輛以及同它有相互作用的設(shè)備（如電氣化鐵路接觸網(wǎng),車輛減速器等）外,其他設(shè)備和建筑物不得侵入的輪廓線。安全空間

這兩種輪廓線在垂直方向和水平方向上的間隙，是為機(jī)車車輛運(yùn)行所產(chǎn)生的振動(dòng)偏移和線路可能發(fā)生的非正常狀態(tài)偏移而裕留的安全空間。鐵路限界的組成鐵路限界的作用鐵路限界由機(jī)車車輛限界（簡稱“車限”）和建筑限界（簡稱“建限”）兩者共同組成，兩者間相互制約與依存。鐵路限界是鐵路安全行車的基本保證之一，為了使機(jī)車車輛能在一定范圍的路網(wǎng)內(nèi)通行無阻，不會(huì)因機(jī)車、車輛外形尺寸設(shè)計(jì)不當(dāng)、貨物裝載位置不當(dāng)、或建筑物、地面設(shè)備的位置不當(dāng)而引起不安全的行車事故，必須用限界分別對(duì)機(jī)車、車輛和建筑物等地面設(shè)備加以制約。鐵路限界是鐵路各業(yè)務(wù)部門都必須遵循的基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程。鐵路限界制定得是否合理、先進(jìn)，也關(guān)系到鐵路運(yùn)輸總的經(jīng)濟(jì)效果。影響安全空間的因素

實(shí)際的機(jī)車車輛與靠近線路中心線的建筑物之間必須留有一定的、為保證行車安全所需的空間。這部分空間應(yīng)該包括：（1）車輛制造公差引起的上下、左右方向的偏移或傾斜。（2）車輛在標(biāo)稱載荷作用下彈簧受壓縮引起的下沉，以及彈簧由于性能上的誤差可能引起的超量偏移或傾斜。（3）由于各部分磨耗或永久變形而造成的車輛下沉，特別是左右側(cè)不均勻磨耗或變形而引起的車輛傾斜與偏轉(zhuǎn)。（4）由于輪軌之間以及車輛自身各部分存在的橫向間隙而造成車輛與線路間可能形成的偏移。影響安全空間的因素（5）車輛在走行過程中因運(yùn)動(dòng)幾何位置及運(yùn)動(dòng)中力的作用而造成車輛相對(duì)線路的偏移。它包括曲線區(qū)段運(yùn)行時(shí)實(shí)際速度與線路超高所要求的運(yùn)行速度并不一致而引起的車體傾斜；以及車輛在振動(dòng)中也會(huì)產(chǎn)生上下、左右各個(gè)方向的位移。（6）線路在列車反復(fù)作用下可能產(chǎn)生的變形。（7）運(yùn)輸某些特殊貨物時(shí)可能會(huì)超限。（8）為應(yīng)付可能出現(xiàn)的特殊情況，還應(yīng)該有足夠的裕留空間。以上最后兩點(diǎn)指的是由鐵路承運(yùn)的某些不宜分解的大型、重型機(jī)器設(shè)備，以及某些特大型的機(jī)器設(shè)備，如大型發(fā)電設(shè)備及化工設(shè)備等。機(jī)車車輛限界的類型

理論上，由于機(jī)車車輛限界包括以上提到的八種空間的多少而可以分成三種不同的限界。無偏移限界：

當(dāng)機(jī)車車輛限界僅考慮上述第（1）點(diǎn)內(nèi)容時(shí)的限界稱為無偏移限界，又可稱為制造限界。此時(shí)，車限與建限之間所留的空間應(yīng)該很大。靜偏移限界：

當(dāng)機(jī)車車輛限界考慮了上述第（1）～第（3）點(diǎn)內(nèi)容時(shí)稱靜偏移限界或靜態(tài)限界。此時(shí)，車限與建限之間的空間可以壓縮一些，只包括第（4）～第（8）點(diǎn)內(nèi)容。動(dòng)偏移限界：

當(dāng)機(jī)車車輛限界考慮了第（1）～第（5）點(diǎn)內(nèi)容時(shí)，則車限與建限之間的空間可以留得很少，這種限界稱為動(dòng)偏移限界或動(dòng)態(tài)限界。機(jī)車車輛限界的類型三種限界雖然都得考慮以上8點(diǎn)內(nèi)容，但從空間利用率方面比較而言：無偏移限界空間利用率最低；

因?yàn)楦鞣N不同的機(jī)車、車輛可能發(fā)生的最大偏移量都各不相同。要把除了制造公差以外的全部內(nèi)容都包含在機(jī)車車輛限界與建筑限界之間的空間內(nèi)，所以這個(gè)空間只能留得盡可能大些，以免發(fā)生意外。動(dòng)偏移限界的空間利用率最高。

因?yàn)榭梢栽谲囅迌?nèi)考慮各種機(jī)車、車輛發(fā)生不同的偏移狀況，而把車限與建限之間的不定因素減到最小限度，因此車限與建限間所留的空間可以最小。機(jī)車車輛限界的類型

除上述三種限界外，根據(jù)制定限界的這些原則，在某此特殊的路網(wǎng)上還可以使用特殊限界。動(dòng)態(tài)包絡(luò)線限界

地鐵所涉及的路網(wǎng)僅在一個(gè)城市范圍內(nèi)，而所使用的車輛型式又比較單一，故可以通過較精確的計(jì)算把第（1）～第（6）點(diǎn)的內(nèi)容均包括在車輛限界內(nèi)，這樣的限界可稱為“動(dòng)態(tài)包絡(luò)線限界”。如此，便能大量節(jié)省開挖地下隧道的土方工作量，我國香港的地鐵基本采用此類限界。高速鐵路限界

高速客運(yùn)專線上在考慮行車安全時(shí)必須考慮空氣動(dòng)力學(xué)問題，因此復(fù)線的線間距及隧道截面積等都比普通線路大。準(zhǔn)軌鐵路機(jī)車車輛限界我國準(zhǔn)軌鐵路的機(jī)車車輛限界采用GB146.1—83。在橫向基本屬于無偏移限界；而在垂向除需考慮鉤高的變化外尚需考慮彈簧的平均靜撓度及垂向均勻磨耗，故基本屬于靜偏移限界。在歐洲的國際鐵路聯(lián)盟分別對(duì)動(dòng)車、無動(dòng)力的客車及貨車制定了UIC動(dòng)態(tài)限界，而沿線固定建筑物的限界由各成員國根據(jù)情況自行確定必要的安全裕量。高速鐵路限界目錄CONTENTS01準(zhǔn)軌機(jī)車車輛限界使用方法02準(zhǔn)軌機(jī)車車輛限界與動(dòng)車組外形比較03高速鐵路限界準(zhǔn)軌機(jī)車車輛限界使用方法建筑限界和機(jī)車車輛限界均指在平直線路上兩者中心線重合時(shí)的一組尺寸約束所構(gòu)成的極限輪廓。我國準(zhǔn)軌鐵路的機(jī)車車輛限界采用GB146.1—83。機(jī)車車輛上部限界（車限-1A）圖準(zhǔn)軌機(jī)車車輛限界使用方法我國準(zhǔn)軌機(jī)車車輛限界（GB146.1—83）及其使用方法如下：機(jī)車車輛限界是一個(gè)和線路中心線垂直的極限橫斷面輪廓。機(jī)車、車輛無論是空車或重車。無論是具有最大標(biāo)準(zhǔn)公差的新車或是具有最大標(biāo)準(zhǔn)公差和磨耗限度的舊車，當(dāng)其停放在水平直線上且在無側(cè)向傾斜及偏移時(shí)，除電力機(jī)車升起的受電弓外，其他任何部分均應(yīng)容納在限界輪廓之內(nèi)，不得超越。在使用中猶如把一個(gè)直角坐標(biāo)系固定在極限圖中，所有豎直高度均從軌面算起；所有橫向?qū)挾染鶑闹写咕€向兩側(cè)計(jì)算。若一輛車在某橫截面處的總寬雖不超限，但只要某側(cè)半寬超限即為超限。準(zhǔn)軌機(jī)車車輛限界使用方法利用給定的機(jī)車車輛限界可以具體校核車輛的尺寸如下：新造車需在空載狀態(tài)下按機(jī)車車輛上部限界（車限-1A）圖，校核其垂直面內(nèi)的最大尺寸。且在考慮頂部尺寸時(shí)應(yīng)以車鉤距軌面高的上偏差為準(zhǔn)，即以名義高度加10mm不得超出頂部限界。準(zhǔn)軌機(jī)車車輛限界使用方法在考慮下部限界時(shí)可分二種情況：對(duì)不通過自動(dòng)化、機(jī)械化駝峰的一般車輛，按機(jī)車車輛限界（車限-1B）圖。在校核車輛下部限界時(shí)應(yīng)以車體或轉(zhuǎn)向架處于最低可能位置來考慮，即車輛不僅在名義載重作用下具有靜撓度，而且應(yīng)該按廠、段修規(guī)程檢修限度表中允許的心盤、銷套、輪輞等的最大磨耗及彈簧、車體各梁允許的最大永久變形等來校核。機(jī)車車輛限界（車限-1B）圖準(zhǔn)軌機(jī)車車輛限界與動(dòng)車組外形比較我國機(jī)車車輛下部限界（車限-1B）與CRH2型動(dòng)車組外形下部的比較高速鐵路限界我國客運(yùn)專線機(jī)車車輛限界（暫行規(guī)定）中上部限界高車限-1A圖高速鐵路限界我國客運(yùn)專線機(jī)車車輛限界（暫行規(guī)定）下部限界高車限-1B圖高速鐵路限界1.客運(yùn)專線機(jī)車車輛上部限界（高車限-1A）的上部輪廓線擴(kuò)大到既有線機(jī)車車輛上部限界GB146.1—83（車限-1A）頂部的虛線輪廓，即采用了電氣化鐵路干線電力機(jī)車輪廓線，克服了既有線限界上部輪廓的兩肩過窄的缺點(diǎn)。2.上部限界（高車限-1A）距軌面1250mm以下的寬度，由原來的1600×2mm擴(kuò)大到1700x2mm，使上下寬度一致，彌補(bǔ)了既有線限界下部寬度的不足。3.下部限界（高車限-1B）的轉(zhuǎn)向架上的彈簧承載部分距軌面高度由原來的70mm增加到80mm；車體的彈簧承載部分距軌面高度由原來的90mm增加到110mm；其余高度不變。4.下部限界（高車限-1B）有三個(gè)寬度尺寸有變化：1260mm的寬度尺寸增大到1280mm，1600mm的寬度尺寸增大到1700mm，取消了在1520mm處的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，原來的折線變成了一條直線。其余的寬度尺寸不變。軌道與道岔結(jié)構(gòu)目錄CONTENTS01鐵路線路02軌道03道岔鐵路線路鐵路線路的作用鐵路線路是機(jī)車車輛和列車運(yùn)行的基礎(chǔ)。直接承受機(jī)車車輛輪對(duì)傳遞來的作用力，并均勻地分散到大地。緩和機(jī)車車輛輪對(duì)傳遞來的各種沖擊和振動(dòng)。鐵路線路鐵路線路的組成鐵路線路是由路基、軌道和橋隧建筑物組成的一個(gè)整體工程。路基和橋隧建筑物是軌道的下部基礎(chǔ)。軌道為線路的上部建筑。軌道鋼軌中間連接零件軌枕道床防爬設(shè)備道岔等軌道的組成軌道鋼軌中間連接零件軌枕道床防爬設(shè)備道岔等軌道的組成軌道鋼軌中間連接零件軌枕道床防爬設(shè)備道岔等軌道的組成軌道軌道構(gòu)造中很重要的技術(shù)指標(biāo)之一就是軌距。軌距為兩鋼軌頭部內(nèi)側(cè)間與軌道中心線相垂直的距離，并規(guī)定在軌頂下16mm處測量。軌距的定義及類型軌道軌距的類型標(biāo)準(zhǔn)軌距：1435mm寬軌軌距：≥1520mm窄軌軌距：≤1067mm軌距的定義及類型1937年，國際鐵路聯(lián)合會(huì)（InternationalRail-wayCongressAssociation，簡稱IRCA）對(duì)線路軌距做出規(guī)定：1435mm的軌距為國際通用的標(biāo)準(zhǔn)軌距，1520mm及以上的軌距稱為寬軌，1067mm及以下的軌距稱為窄軌。軌道現(xiàn)行的線路軌距標(biāo)準(zhǔn)軌距：1435mm歐洲大部分國家、土耳其、伊朗、中國和朝鮮半島寬軌軌距：≥1520mm芬蘭、俄羅斯，以及其他前蘇聯(lián)加盟共和國等國家采用1520mm的寬軌；印度、巴基斯坦、孟加拉國及斯里蘭卡等國多數(shù)采用1676mm的寬軌；窄軌軌距：≤1067mm東南亞如越南、老撾等國（包括我國云南省開遠(yuǎn)鐵路分局管轄圍內(nèi)的部分線路區(qū)段）則多采用1000mm的窄軌（稱為米軌）；中國臺(tái)灣省、印度尼西亞、菲律賓等國以及日本既有線均采用1067mm的窄軌。軌距的定義及類型軌道準(zhǔn)軌軌距的允許誤差時(shí)速120km線路直線處準(zhǔn)軌軌距的允許誤差為+6mm～-2mm，速度較高線路的軌距誤差要適當(dāng)減小。輪軌間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)挠伍g，以便輪對(duì)能順利沿直線運(yùn)行并通過曲線。輪軌之間的配合除要規(guī)定軌距、軌距公差外，還要使鋼軌頂面與車輪踏面間配合得合適。為此，要設(shè)置軌底坡（我國軌底坡定為1/40），使軌頭內(nèi)傾，以適應(yīng)車輪踏面的形狀。軌距的定義及類型軌道鋼軌鋼軌的作用1）承擔(dān)來自車輪的壓力并引導(dǎo)車輪前進(jìn)；2）為車輪滾動(dòng)提供阻力較小的表面；3）承受車輪的作用力并傳布于軌枕；4）在電氣化鐵路和自動(dòng)閉塞區(qū)段，作為軌道電路使用。軌道鋼軌鋼軌與軌枕的連接鋼軌通過扣件與軌枕連接，扣件的主要功用是阻止鋼軌對(duì)于軌枕的縱、橫向移動(dòng)，保持鋼軌的正確位置?？奂奂壍冷撥変撥壍男螤詈皖愋弯撥壍臄嗝鏋楣ぷ中?。其類型以每米重量的公斤數(shù)表示。我國新建和改建的正線均采用60kg/m鋼軌。高速鐵路線路一般采用75kg/m鋼軌制作成無縫鋼軌線路。軌道軌枕軌枕的作用承受鋼軌傳下來的垂向力和水平力，并把力傳布于道床，有效地保持鋼軌的軌距、方向和位置。軌枕的類型軌枕按其材質(zhì)分為木枕、鋼筋混凝土軌枕和鋼軌枕三類。就我國的情況而言，正在大量采用鋼筋混凝土軌枕。軌枕的特點(diǎn)軌枕的特點(diǎn)是不能連續(xù)支承鋼軌，因而使道床局部受力較大，產(chǎn)生軌道沉陷的情況也較多，線路維修工作量隨之加大。軌道道床道床的類型有砟道床整體道床。我國大部分線路采用有砟道床，高速鐵路則采用整體道床（無砟軌道）。道岔道岔道岔的作用（1）引導(dǎo)鐵路機(jī)車車輛由一條線路進(jìn)入另一條線路。（2）引導(dǎo)機(jī)車車輛由一條線路跨越另一條線路。（3）既可以引導(dǎo)鐵路機(jī)車車輛由一條線路進(jìn)入另一條線路，也能夠引導(dǎo)機(jī)車車輛由一條線路跨越另一條線路。線路的交叉道岔線路連接與交叉道岔線路連接道岔道岔道岔普通單開道岔道岔的種類雖多，但最常用的是“普通單開道岔”，它約占道岔總數(shù)的90%以上。這種道岔的主線為直線方向，側(cè)線可由主線向左（或向右）岔出。道岔道岔道岔基本參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)道岔號(hào)數(shù)以轍叉角余切值取整表示，道岔號(hào)數(shù)愈大，其轍叉角口便愈小，導(dǎo)曲線半徑則愈大，容許側(cè)向過轍叉的速度也愈高，見表（道岔基本參數(shù)）。在導(dǎo)曲線上一般不設(shè)置軌底坡，而且也不設(shè)置超高，這是道岔中的導(dǎo)曲線與區(qū)間中曲線在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。轍叉角道岔道岔道岔基本參數(shù)表（道岔基本參數(shù)）。道岔道岔中國鐵路的道岔使用情況中國鐵路正線和站線常見的道岔有9號(hào)和12號(hào)；在側(cè)線須通過高速動(dòng)車組的地段鋪設(shè)18號(hào)或24號(hào)道岔；武廣客運(yùn)專線上的一些車站使用了42號(hào)和50號(hào)道岔。目前，50號(hào)道岔是世界上號(hào)數(shù)最大的道岔，在國內(nèi)為首次應(yīng)用。該道岔總長180m，重49t，側(cè)向通過速度限制達(dá)到了220km/h。直線、曲線與坡道目錄CONTENTS02直線03曲線04坡道01鐵路線路的平面和縱斷面鐵路線路的平面和縱斷面線路中心線鐵路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(gè)軌距的鉛垂線AB與兩路肩邊緣水平連線CD交點(diǎn)O（也可稱為線路的中心點(diǎn)O）的縱向連線。鐵路線路的平面和縱斷面鐵路線路的縱斷面線路中心線展直后在水平面上的投影，叫做鐵路線路的平面。線路的平面表明線路的直線、曲線變化狀態(tài)；線路中心線展直后在鉛垂面上的投影，叫鐵路線路的縱斷面。線路的縱斷面表明線路的坡度變化。鐵路線路的平面和縱斷面是由直線和曲線組成的。鐵路線路的平面和縱斷面鐵路線路的縱斷面如圖所示為鐵路的縱斷面圖

鐵路線路的設(shè)計(jì)必須滿足行車安全、平順、保證旅客乘坐舒適性及便于線路維修等要求。同時(shí)，保證工程和運(yùn)營兩個(gè)方面的經(jīng)濟(jì)性要求。直線兩股鋼軌的軌頂在平面上的相對(duì)位置要求兩股鋼軌在直線地段時(shí)，軌頂應(yīng)在同一水平面上。若左、右兩軌的四點(diǎn)間不在同一水平面上則稱為有三角坑。當(dāng)車輛停放在直線上時(shí)，如果軌頂不在同一水平面上，將使車輛輪對(duì)所受的垂向力產(chǎn)生不均勻分配。為減小與控制垂向載荷的不均勻分配，要求正線和到發(fā)線沿線路長度方向每18m的距離范圍內(nèi)無超過4mm（其他線為6mm）的三角坑。直線無縫線路直線沿平面向前延伸時(shí)分為：有縫線路無縫線路有縫無縫直線無縫線路我國有縫線路接頭對(duì)接方法：

我國采用左、右軌同時(shí)出現(xiàn)軌縫的對(duì)接接頭方法，這種形式比軌縫左、右錯(cuò)開排列的錯(cuò)接接頭容易保證任意4點(diǎn)的軌頂在同一平面內(nèi)。我國無縫線路的鋪設(shè)方法

無縫線路是用普通標(biāo)準(zhǔn)長度的鋼軌在線路上焊接而成的長鋼軌，不能理解為在無限長的線路上都不出現(xiàn)一個(gè)軌縫，而僅是大大減少了軌縫的數(shù)量。由于接頭減少了，使車輛運(yùn)行能更趨平順，線路也減少了破壞。鋼軌的熱脹冷縮是無法避免的，無縫線路靠軌枕、道床等形成的縱向阻力阻礙鋼軌的變形，這稱為“鎖定”。直線線間距線間距對(duì)高速鐵路的影響無縫線路在高速復(fù)線鐵路上，兩列車在交會(huì)時(shí)將產(chǎn)生巨大的會(huì)車壓力波，引起列車橫向搖晃。該壓力波近似地與雙向列車運(yùn)行相對(duì)速度的平方成正比。對(duì)于高速鐵路線路而言，正線線路間距大小主要由列車交會(huì)時(shí)產(chǎn)生的會(huì)車壓力波及其梯度所決定。采用較大的線路間距，無疑會(huì)使工程投資增大，但列車的氣密性、門窗結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等可適當(dāng)降低，可節(jié)約部分費(fèi)用；采用較小線間距，將增加列車的制造成本，但可降低少部分工程造價(jià)。線路間距大小應(yīng)綜合考慮決定。直線線間距高速鐵路線間距規(guī)定日本：區(qū)間線路上的線路間距至少為4.2m。

在站內(nèi)線路上的線路間距為4.6m。法國：線路間距為4.2m。德國：線路間距為4.5m。我國對(duì)線路間距的規(guī)定如下：200～250km/h時(shí)，線間距≥4.6m；250～300km/h時(shí)，線間距≥4.8m；300～350km/h時(shí)，線間距≥5.0m。直線線間距高速鐵路線間距規(guī)定日本：區(qū)間線路上的線路間距至少為4.2m。

在站內(nèi)線路上的線路間距為4.6m。法國：線路間距為4.2m。德國：線路間距為4.5m。我國對(duì)線路間距的規(guī)定如下：200～250km/h時(shí)，線間距≥4.6m；250～300km/h時(shí)，線間距≥4.8m；300～350km/h時(shí)，線間距≥5.0m。曲線圓曲線和緩和曲線曲線線路包括圓曲線緩和曲線曲線圓曲線和緩和曲線列車在通過曲線線路時(shí)，車輛和旅客都要經(jīng)受離心力。離心力大小與車輛質(zhì)量，曲線通過速度及曲線半徑有關(guān)。車輛質(zhì)量和曲線通過速度越大、曲線半徑越小，離心力越大。曲線外軌超高離心力不但增加了列車與線路之間的輪軌相互作用力，而且影響旅客的乘車舒適度。為了減少列車通過曲線線路時(shí)旅客經(jīng)受的離心力和輪軌之間的相互作用力，各國鐵路均采用在曲線線路上設(shè)置超高的辦法，即把曲線線路外軌抬高，而內(nèi)軌保持原來的高度不變。外軌超高的大小與各次列車通過曲線的平均速度的平方成正比，與曲線半徑成反比。曲線外軌超高曲線大小帶來的影響主要有兩點(diǎn)：（1）降低曲線通過速度。列車通過曲線時(shí)會(huì)形成一種附加阻力，稱為曲線阻力。曲線半徑越小，曲線阻力越大，運(yùn)營條件越差，列車的運(yùn)行速度也越低。（2）增加輪軌磨耗。曲線半徑越小，磨耗增加越大。曲線緩和曲線設(shè)置緩和曲線設(shè)置在直線