[图解]铁路曲线外轨超高的设置及计算方法

2020年5月19日18:36:19 评论 637 2818字阅读9分23秒

机车车辆在曲线上行驶时,由于惯性离心力作用,将机车车辆推向外股钢轨,加大了外股钢轨的压力,使乘客产生不适。因此需要把曲线外轨适当拾高,使机车车辆的自身重力产生-个向心的水平分力,以抵消惯性离心力,达到内外两股钢轨受力均匀和垂直磨耗均等,满足乘客舒适感,提高线路的稳定性和安全性。

外轨超高的设置及方法

外轨超高度是指曲线外轨顶面与内轨顶面水平高度之差。在设置外轨超高时,主要有外轨提高法和线路中心高度不变法两种方法。外轨提高法是保持内轨标高不变而只抬高外轨的方法。线路中心高度不变法是内外轨分别各降低和抬高超高值的1/2而保证线路中心标高不变的方法。前者使用较普遍,主要用于国家铁路,后者主要在建筑限界受到限制时才采用。

《地铁设计规范》(GB 50157-2013) 规定,隧道内及U形结构的无砟道床地段曲线超高,宜采用外轨拾高超高值的1/2、内轨降低超高值的1/2设置;这样做可不增加隧道净空,节省结构的投资,同时能使轨道中心线与线路中心线一致,还能减小超高顺坡段的坡度。高架线、地面线的轨道曲线超高,宜采取外轨拾高超高值设置,高架桥无砟道床外轨采,用全超高可减小桥梁恒载,地面线有砟道床采用全超高,便于保持轨道几何
状态。

外轨超高的计算

当抬高外轨使车体倾斜时,轨道对车辆的反力和车体重力的合力形成向心力,如图所示。

[图解]铁路曲线外轨超高的设置及计算方法

式中:P一车体的重力;Q一轨道反力; Fn一向心力;S1一两轨头中心线距离;h 一所需的外轨超高。

由图可见,△ABC~△EDO。由于轨道倾斜角度很小,从工程实际出发,可取CB≈AB=S,则

(式1)
[图解]铁路曲线外轨超高的设置及计算方法

而车体通过曲线时产生的离心力为:

(式2)

[图解]铁路曲线外轨超高的设置及计算方法

式中:g 一重力加速度;        v 一行车速度,单位为m/s时用v,取km/h时用V;      R 一曲线半径。

为使外轨超高度与行车速度相适应,保证内外轨两股钢轨受力相等,由式1、2得:

(式3)[图解]铁路曲线外轨超高的设置及计算方法

取S,=1500mm,g=9.81m/s² ,代入上式3并变换量纲单位,得:

(式4)[图解]铁路曲线外轨超高的设置及计算方法

实际上,通过曲线的机车车辆速度不可能都是相同的。因此,式4中的列车速度V应当采用各次列车的平均速度Vp,即

(式5)[图解]铁路曲线外轨超高的设置及计算方法

对于一定半径的曲线来说,超高与列车速度的平方成正比。所以速度对于超高的设置是至关重要的问题。超高设置是否合适,在很大程度上取决于平均速度的选取是否恰当。平均速度Vp的计算有以下两种方法:一是全面考虑每一次列车的速度和重力来计算Vp;二是在新线设计与施工时采用的平均速度Vp。

全面考虑每次列车的速度和质量时计算Vp

平均速度的计算公式为

(式6)

[图解]铁路曲线外轨超高的设置及计算方法

式中:P为列车质量,V为每次列车的实测速度,N为每昼夜通过的质量和速度相同的列车次数。

一般来说,客车速度比较高,质量比较小,货车则相反,按式(3-4)算出的v。比较低,因而超高较小,这对两股钢轨垂直磨耗均匀和不同程度减小外轨侧磨和内轨轨头压塌是有利的;但对于提速的客车来说,因超高不足而不能满足旅客舒适的要求,这就要从轨道和车辆两方面共同采取措施来解决。例如,加强轨道的养护维修,适当地放宽欠超高的允许值,采用弹簧悬挂系统性能好的客车车辆,等等。

对于客运专线,除了中高速共线的客运专线外,一般来说,列车的质量和速度比较一致,再加上曲线半径比较大,同时还有弹簧悬挂系统性能比较好的客车.因此,超高的设置并无特殊的困难。

新建铁路设计施工时用经验公式计算Vp

由于在新建铁路设计施工时,还不知道列车的组成和速度,因此,只能用以下的经验公式来计算:

(式7)

[图解]铁路曲线外轨超高的设置及计算方法

由此得计算超高的公式为

(式8)

[图解]铁路曲线外轨超高的设置及计算方法

式中:Vmax一预计该地段最大行车速度,km/h。

经过运营一段时间后,可根据实际运营状态予以调整。

未被平衡的离心加速度、超高

在任何一段曲线轨道上,一旦外轨超高按平均速度计算确定并设置后,便成为固定设施。但由于列车通过的实际行驶速度,或大于加权平均速度,或小于加权平均速度时,则外轨超高与行车速度不相适应,因而不可避免地会产生未被平衡的离心加速度。

未被平衡的离心加速度

当列车以速度V(km/h)通过半径为R(m)、外轨超高为h(mm)的曲线轨道时,由于离心力而产生的离心加速度为V²/R,由加权平均速度Vp,确定曲线外轨超高产生的向心加速度为gh/S1,则列车通过速度V与外轨超高不相适应而产生的未被平衡的离心加速度为:

(式9)[图解]铁路曲线外轨超高的设置及计算方法

当V=Vp时;说明列车通过时无未被平衡的加速度,a=0。

当V>V时,说明列车通过时有未被平衡的加速度,其值为a=V²/R-gh/S1>0;当V<Vp时,a<0。

未被平衡的离心加速度不宜太大,否则,不仅影响列车行驶平稳,使乘客感觉不适,而且在高速行车条件下,还可使车辆丧失稳定,危及行车安全。因此,必须规定一个合理的未被平衡的离心加速度容许值a0,令Vmax为通过列车的最高行车速度,则

(式10)[图解]铁路曲线外轨超高的设置及计算方法

将g和S1的值代人式10,得:

(式11)[图解]铁路曲线外轨超高的设置及计算方法

未被平衡的超高

未被平衡的离心加速度是由未被平衡的超高引起的,未被平衡的超高△h是未被平衡的离心加速度的另一种表达方式。其表达式如下:

(式12)[图解]铁路曲线外轨超高的设置及计算方法

 

式中:  h一实设超高;     V一列车通过曲线的实际速度。

当V>Vp时, △h<0,这种未被平衡的超高称为欠超高;当Vp<V。时, △h>0,这种未被平衡的超高称为过超高。二者总称未被平衡的超高。

在已设置超高的条件下,最高行车速度按下式计算:

(式13)[图解]铁路曲线外轨超高的设置及计算方法

式中: h一按平均速度实设置的超高,mm;△h一允许未被平衡的超高,mm。

《地铁设计规范》(GB 50157-2013) 规定,曲线的最大超高设置应为120mm,未被平衡超高允许值不宜大于61 mm,困难时不应大于75 mm。车站站台有效长度范围内曲线超高不应大于15mm。这个主要日的在于一是车辆在站台停靠时,曲线轨道不能有太倾斜的感觉,需要限制超高;二是车辆在岛式站台的曲线地段,因轨道超高使车辆倾斜时,应控制车辆在曲线内侧倾斜的地板面不低于站台面,或曲线外侧的车辆地板面略高于站台面,但不大于10mm。

(二)曲线轨道外轨超高最大值

曲线外轨超高最大值是指在曲线轨道上行驶的车辆在离心力、向心力、重力及风力的共同作用下不致向外倾覆(或向内侧倾覆)的最大超高值。我国铁路规定,在复线上.两个单独方向行驶的列车速度相差较小,故最大超高可大些,规定为150mm,而在单线上,上、下行两个方向的运量不同,轻、重车的行驶速度相差比较大,为保证安全,并不使内轮偏载过大,规定最大值为125mm。

(四)曲线轨道上最高行车速度

任何一段曲线轨道.当按一定的平均速度设置超高后,除了行驶速度有较大的变化外,一般是固定不变的。在已设超高的条件下,通过该段曲线的最高允许速度受欠超高的限制,由式11,并将△hq=153a,代入.可得最高行车速度为

[图解]铁路曲线外轨超高的设置及计算方法

式中:R-曲线半径(m);h-按平均速度设置的超高(mm);△hq-欠超高(mm)。

在复线上。当最大超高h=150mm时,允许的最大行车速度与曲线半径关系如下:

[图解]铁路曲线外轨超高的设置及计算方法

在单线上,当最大超高h=125mm时,允许的最大行车速度与曲线半径关系如下:

[图解]铁路曲线外轨超高的设置及计算方法

继续阅读
chinahilo
  • 本文由 发表于 2020年5月19日18:36:19
  • 除非特殊声明,本站文章均为原创,转载请务必保留本文链接
什么是曲线超高? 轨魅知道

什么是曲线超高?

答:为了克服运行列车通过曲线时由离心力所产生的破坏影响,满足旅客的舒适感要求,提高运行列车的稳定性和安全性,而把曲线外股钢轨适当拾高一些,这个抬高量,称之为曲线超高。
[图文]铁路曲线加宽的确定原则及计算公式 曲线轨道

[图文]铁路曲线加宽的确定原则及计算公式

一、曲线轨距加宽的目的和方法 行驶中的机车车辆进人曲线轨道时,由于惯性作用仍然力图保持其原来的行驶方向,只有受到外轨的导向作用后才会沿曲线轨道行驶。为使机车车辆能顺利通过曲线,并使轮轨间的横向作用力最...
首发:铁路曲线超高计算程序V1.0 电脑软件

首发:铁路曲线超高计算程序V1.0

软件开发 中国铁路南宁局集团有限公司 廖显军 安装说明 压缩包解压后存在两个文件:铁路线路专业及铁路曲线超高计算程序V1.0。 步骤一:将铁路线路专业文件夹拷贝到C盘根目录。 步骤二:运行铁路曲线超高...
[线路知识]铁路线路阻力:道床横向阻力 轨道线路

[线路知识]铁路线路阻力:道床横向阻力

1.道床横向阻力的定义 道床横向阻力是指道床抵抗轨道框架横向位移的阻力。它是防止胀轨跑道、保持无缝线路轨道稳定的重要因素。 2.道床横向阻力的组成 道床橫向阻力由轨枕的两侧及底部与道床接触面之间的摩阻...

发表评论