第3章鋼軌及其聯(lián)結(jié)38課件

第3章鋼軌及其聯(lián)結(jié)主要內(nèi)容一、鋼軌的功用與類型二、鋼軌截面設(shè)計原則三、鋼軌材質(zhì)及其力學(xué)性能四、鋼軌的傷損五、鋼軌的聯(lián)結(jié)一、鋼軌的功用與類型1、鋼軌的功用（*）鋼軌是軌道最重要的組成部件。

支撐與導(dǎo)向：為車輪提供連續(xù)、平順和阻力最小的滾動表面，引導(dǎo)列車運行方向。

承力與傳力：直接承受車輪的巨大壓力，并傳布到軌枕、道床及路基。

兼軌道電路：在電氣化鐵道或自動閉塞區(qū)段，還兼做軌道電路之用。2、鋼軌類型（*）

75kg/m：重載鐵路60kg/m：主型鋼軌50kg/m：低速線路43kg/m：過去常用軌，現(xiàn)基本已淘汰按每延米大致質(zhì)量kg分：一、鋼軌的功用與類型2、鋼軌類型（*）按鋼軌標(biāo)準(zhǔn)長度分：12.5m：過去標(biāo)準(zhǔn)鋼軌長度25m：標(biāo)準(zhǔn)主型鋼軌長度50m/100m：高速長定尺鋼軌對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)軌的縮短軌，用于有縫線路曲線內(nèi)側(cè)按材質(zhì)的不同可分為：碳素軌、合金軌、熱處理軌按強(qiáng)度的不同可分為五級：850、900、1000、1200、1300MPa按貨源可分為：國產(chǎn)軌、進(jìn)口軌、試驗軌一、鋼軌的功用與類型3、鋼軌的基本要求（*）鋼軌三要素：質(zhì)量、斷面、材質(zhì)足夠的強(qiáng)度和耐磨性較高的抗疲勞強(qiáng)度和韌性一定的彈性足夠光滑的頂面良好的可焊性鋼軌的高平直度（高速）CHN60鋼軌一、鋼軌的功用與類型1、鋼軌截面設(shè)計（*）“工”字型，軌頭、軌腰、軌底三部分組成

頭大：宜大而厚、寬度足夠、中部起弧腰長：宜高而厚、兩側(cè)曲線、支承面寬底寬：宜寬而厚、剛度足夠、抗銹蝕強(qiáng)設(shè)計參數(shù)：軌頭大、軌腰厚、鋼軌高、軌底寬保持鋼軌穩(wěn)定：鋼軌高:軌底寬=1.15～1.20扎制冷卻均勻：要求各部比例合理二、鋼軌截面設(shè)計原則2、我國主型鋼軌截面形狀CHN75鋼軌CHN50鋼軌二、鋼軌截面設(shè)計原則

鋼軌的材質(zhì)和力學(xué)性能取決于化學(xué)成分、金屬組織及熱處理工藝。C↑，強(qiáng)度及耐磨性↑，韌性↓，≤0.82%Mn↑，強(qiáng)度和韌性↑，對焊接不利，一般0.6%~1.0%Si↑，致密度和耐磨性↑，一般0.15%~0.30%P↑，冷脆易斷，有害元素，≤0.1%S↑，晶析廢品，有害元素三、鋼軌材質(zhì)及其力學(xué)性能1、鋼軌化學(xué)成分

鋼軌中均含有：鐵、碳、錳、硅、磷、硫等合金鋼軌中還含有：鉻、鎳、鉬、鈮、釩、鈦、銅等2、鋼軌力學(xué)性能

鋼軌的物理力學(xué)性能包括強(qiáng)度極限、屈服極限、疲勞極限、伸長率、斷面收縮率、沖擊韌性及硬度等。這些指標(biāo)對鋼軌承載能力、磨損、壓潰、斷裂和其他傷損有很大影響。抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度伸長率三、鋼軌材質(zhì)及其力學(xué)性能3、鋼軌的標(biāo)志

鋼軌的標(biāo)志共五個方面：鋼軌廠標(biāo)、鋼種、制造年月、鋼軌型號、爐號，標(biāo)志打在鋼軌一側(cè)的軌腰上。

如下圖：三、鋼軌材質(zhì)及其力學(xué)性能1、鋼軌廠標(biāo)、2、鋼種、3、制造年月、4、鋼軌型號、5、爐號，注意：制造年月的月份用羅馬字母表示三、鋼軌材質(zhì)及其力學(xué)性能（1）、攀鋼廠標(biāo)：主要生產(chǎn)的鋼種：U71Mn、PD1、PD2、PD3三、鋼軌材質(zhì)及其力學(xué)性能（2）、包鋼廠標(biāo)：主要生產(chǎn)的鋼種：U74、P75、BNbRE、U75v三、鋼軌材質(zhì)及其力學(xué)性能（3）、鞍鋼廠標(biāo)：主要生產(chǎn)的鋼種：AP1、U71Mn三、鋼軌材質(zhì)及其力學(xué)性能（4）、武鋼廠標(biāo)：主要生產(chǎn)的鋼種：WP1、WP21.鋼軌傷損定義

鋼軌傷損是指鋼軌在使用過程中發(fā)生鋼軌折斷、裂紋以及其他影響和限制鋼軌使用性能的傷損。（1）鋼軌磨耗（2）軌頭核傷（3）鋼軌接觸疲勞傷損（4）軌腰螺栓孔裂紋和焊接接頭裂紋四、鋼軌的傷損2.鋼軌傷損類型2.鋼軌傷損類型

（1）鋼軌磨耗：鋼軌與車輪接觸面表層發(fā)生磨損

分類：波浪形磨耗(簡稱波磨)和側(cè)面磨耗(簡稱側(cè)磨)。

總磨耗=垂直磨耗+1/2側(cè)面磨耗。

測量位置：垂直磨耗在鋼軌頂面寬1/3處(距標(biāo)準(zhǔn)工作邊)測量，側(cè)面磨耗在鋼軌踏面(按標(biāo)準(zhǔn)斷面)下16mm處量取。四、鋼軌的傷損四、鋼軌的傷損1)波磨：鋼軌踏面出現(xiàn)規(guī)律性高低不平的類似波浪形狀的一種不平順現(xiàn)象。波磨按波長分：短波(或稱波紋)和長波(或稱波浪)。波磨兩類成因理論:動力類成因理論、非動力類成因理論。2.鋼軌傷損類型（1）鋼軌磨耗短波波磨長波波磨短波：波長約50～100mm,波幅0.1～0.4mm的周期性不平順。長波：波長100～3000mm,波幅2mm以內(nèi)的周期性不平順。2)側(cè)磨：曲線側(cè)磨和直線區(qū)間鋼軌交替不均勻側(cè)磨。四、鋼軌的傷損2.鋼軌傷損類型（1）鋼軌磨耗鋼軌側(cè)磨曲線鋼軌側(cè)面磨耗

成因：輪緣與鋼軌側(cè)面之間的滑動摩擦。

影響因素：曲線半徑、外軌超高、曲線軌距加寬、輪軌間的摩擦系數(shù)、輪軌游間以及曲線軌道狀態(tài)的好壞等。

減緩措施：設(shè)置合理的軌底坡、超高、軌距和科學(xué)的涂油潤滑。四、鋼軌的傷損直線區(qū)間鋼軌交替不均勻側(cè)磨

成因：重車在直線區(qū)段容易發(fā)生蛇行失穩(wěn)，同時線路存在幅值大于8mm的方向不平順會對車輪起到相位整理作用。

減緩措施：道床采用優(yōu)質(zhì)道砟;采用III型軌枕;采用超長無縫線路;換軌大修早期鋼軌維修保養(yǎng)應(yīng)特別注意鋼軌的硬彎處理，以弱化軌道激擾源;應(yīng)特別對軌向、軌距和軌距遞減率進(jìn)行重點檢查。四、鋼軌的傷損

(2)

軌頭核傷

軌頭核傷是對行車威脅最大的一種鋼軌傷損，是最危險的鋼軌傷損。核傷成因：在列車荷載的反復(fù)作用下，在軌頭內(nèi)部出現(xiàn)極為復(fù)雜的應(yīng)力分布和應(yīng)力狀態(tài)，使細(xì)小裂紋橫向擴(kuò)展成核傷，直至核傷周圍的鋼材強(qiáng)度不足以抵抗輪載作用下的應(yīng)力，鋼軌就會發(fā)生突然脆斷。減緩措施：加強(qiáng)軌道及機(jī)車車輛的養(yǎng)護(hù)，能減少核傷的發(fā)展，但無法完全消滅。四、鋼軌的傷損

(2)軌頭核傷四、鋼軌的傷損

(3)軌頭表面接觸疲勞傷損

傷損類型：軌距角處的魚鱗狀剝離裂紋和剝離掉塊、斜線狀剝離裂紋、踏面剝離裂紋和淺層掉塊以及踏面輾寬或局部壓潰凹陷，鋼軌甚至因此而斷裂等。由于高速鐵路列車運行速度高、動車組軸重輕、鋼軌垂直磨耗和側(cè)面磨耗都比較小，鋼軌表面的接觸疲勞傷損成為主要傷損。

產(chǎn)生原因：輪軌接觸應(yīng)力過大。四、鋼軌的傷損

(3)軌頭表面接觸疲勞傷損曲線上股軌距角剝離裂紋和淺層剝離掉塊

四、鋼軌的傷損

(3)軌頭表面接觸疲勞傷損曲線上股鋼軌的斜裂紋及斷裂形貌

四、鋼軌的傷損

(3)軌頭表面接觸疲勞傷損由斜裂紋產(chǎn)生的鋼軌橫向斷裂

四、鋼軌的傷損

(3)軌頭表面接觸疲勞傷損曲線下股踏面剝離裂紋及掉塊四、鋼軌的傷損

(3)軌頭表面接觸疲勞傷損曲線下股踏面輾寬和淺層狀剝離掉塊

四、鋼軌的傷損(4)軌腰螺栓孔裂紋和焊接接頭裂紋

軌腰螺栓孔裂紋：鋼軌端部軌腰鉆孔時產(chǎn)生的微小裂紋，加上養(yǎng)護(hù)不當(dāng)或基礎(chǔ)彈性不夠，在列車沖擊荷載作用下，在接頭處產(chǎn)生很大的瞬時沖擊力,螺栓孔周圍產(chǎn)生較高的局部應(yīng)力，螺栓孔裂紋開始產(chǎn)生和發(fā)展，并出現(xiàn)疲勞傷損。四、鋼軌的傷損

(4)軌腰螺栓孔裂紋和焊接接頭裂紋軌腰螺栓孔裂紋四、鋼軌的傷損

(4)軌腰螺栓孔裂紋和焊接接頭裂紋

焊接接頭裂紋：由于焊縫(鋁熱焊接頭)材料與鋼軌母材不一致，造成焊縫處鋼軌的磨損與母材不一致而產(chǎn)生軌面不平順，增大了輪軌沖擊荷載，從而造成焊接接頭鋼軌的斷裂。四、鋼軌的傷損(4)軌腰螺栓孔裂紋和焊接接頭裂紋鋼軌焊接接頭的斷裂

四、鋼軌的傷損

鋼軌折斷標(biāo)準(zhǔn)鋼軌全截面斷裂裂紋貫通整個軌頭截面裂紋貫通整個軌底截面≤160km/h有長度大于50mm，且深度大于10mm的掉塊，＞160km/h有長度大于30mm，且深度大于5mm的掉塊四、鋼軌的傷損

鋼軌全截面斷裂鋼軌急救器四、鋼軌的傷損

鋼軌掉塊四、鋼軌的傷損為便于統(tǒng)計和分析鋼軌傷損，需對鋼軌傷損進(jìn)行分類。根據(jù)傷損在鋼軌斷面上的位置、傷損外貌及傷損原因等分為九類32種傷損，用兩位數(shù)編號分類，十位數(shù)表示傷損的部位和狀態(tài)，個位數(shù)表示造成傷損的原因。四、鋼軌的傷損3.鋼軌傷損的分類四、鋼軌的傷損10號傷損：鋼軌制造缺陷造成的軌頭表面金屬碎裂或剝落四、鋼軌的傷損11號傷損：金屬接觸疲勞造成的軌頭上圓弧金屬剝離或魚鱗狀傷損四、鋼軌的傷損20號傷損：鋼軌制造缺陷造成的從軌頭內(nèi)部開始的橫向裂紋或斷裂（白核或黑核）四、鋼軌的傷損4、高速鐵路常見傷損軌頭龜裂定義：軌頭龜裂是在鋼軌表面間距0.5~10mm、連續(xù)出現(xiàn)的細(xì)小裂紋現(xiàn)象。四、鋼軌的傷損壓潰定義：壓潰是鋼軌踏面上比周圍表面底、顏色明顯發(fā)暗，呈半圓形或V形，向內(nèi)側(cè)工作邊張開的現(xiàn)象。四、鋼軌的傷損蜂窩狀裂紋定義：馬蜂窩裂紋是在鋼軌表面間隔20~100mm，裂紋長度約5~15mm，呈簇分布的網(wǎng)狀裂紋。四、鋼軌的傷損尖嘯型波磨定義：波磨是鋼軌踏面出現(xiàn)的規(guī)律性高低不平的類似波浪形狀的一種不平順現(xiàn)象。尖嘯型波磨是波長25~80mm，形成中帶有尖嘯噪音的波磨。四、鋼軌的傷損焊縫傷損

按鋼軌探傷車檢測原理可分為電磁鋼軌探傷車和超聲波鋼軌探傷車兩類。

四、鋼軌的傷損3.鋼軌探傷鋼軌探傷小車四、鋼軌的傷損

電磁鋼軌探傷車：根據(jù)非接觸通磁法檢測鋼軌傷損的，其最佳檢測速度為每小時30～70公里(最高可達(dá)100公里)這種車輛不能檢測鋼軌腰部和鋼軌接頭附近的鋼軌傷損。檢測核傷的最佳靈敏度僅為軌頭斷面積的20%～25%，所以已逐步被超聲波鋼軌探傷車所代替。四、鋼軌的傷損

超聲波鋼軌探傷車：聯(lián)邦德國克勞特克萊默公司于1956年試制成功的。這種車輛利用超聲波法進(jìn)行鋼軌傷損探測，能夠探測鋼軌的軌頭和軌腰范圍內(nèi)（包括接頭附近）的疲勞缺陷和焊接缺陷，有的還能檢測擦傷、軌頭壓潰和波浪形磨耗，以及軌底銹蝕和月牙掉塊。四、鋼軌的傷損

作用

保持軌道整體性

提供連續(xù)滾動面

承受列車動荷載

滿足鋼軌伸縮要求

夾板接頭聯(lián)結(jié)

焊接接頭聯(lián)結(jié)夾板聯(lián)結(jié)1、鋼軌聯(lián)結(jié)的作用與分類

分類焊接聯(lián)結(jié)五、鋼軌的聯(lián)結(jié)

鋼軌夾板接頭聯(lián)結(jié)

鋼軌與鋼軌之間用夾板和螺栓聯(lián)結(jié)鋼軌夾板接頭聯(lián)結(jié)是軌道薄弱之一，主要表現(xiàn)為軌縫、臺階、折角。軌縫，軌面不連續(xù)臺階，迎輪送輪沖擊錯牙，軌距不連續(xù)低凹，豎向沖擊2、鋼軌夾板接頭聯(lián)結(jié)動力作用大，維修工作量大臺階五、鋼軌的聯(lián)結(jié)

按相對軌枕位置分類懸空式：接頭在軌枕中間，有一定彈性承墊式：接頭在軌枕上，軌枕受力較大相對式：作用力集中一處相錯式：相當(dāng)于兩個接頭，兩鋼軌均有兩處損傷我國鐵路一般采用相對懸空式普通夾板接頭特種夾板接頭歐洲鐵路置于雙枕 上的鋼軌接頭懸空式承墊式

按性能分類

按兩鋼軌相對位置分類五、鋼軌的聯(lián)結(jié)

組成

夾板、螺栓、螺母、彈簧墊圈組成接頭夾板——具有一定剛度及足夠強(qiáng)度作用：承受彎矩、傳遞縱向力、阻止鋼軌伸縮樣式：斜坡支承雙頭對稱型夾板（雙頭式夾板，俗稱魚尾板）

斜坡——楔入貼緊軌腰，磨耗后可再次擰緊使之貼緊

螺栓孔——圓形與長圓形相間，實現(xiàn)軌縫調(diào)節(jié)3、普通夾板接頭五、鋼軌的聯(lián)結(jié)

組成夾板螺栓螺母彈簧墊圈五、鋼軌的聯(lián)結(jié)3、普通夾板接頭要求（1）夾緊夾板與鋼軌；（2）互穿，提供摩擦阻力；（3）扭矩400-700N.m，不得低于100N.m；（4）8.8級和10.9級，抗拉強(qiáng)度830MPa和1040MPa。五、鋼軌的聯(lián)結(jié)3、普通夾板接頭異型鋼軌特殊接頭：聯(lián)結(jié)兩種不同類型的鋼軌4、特殊夾板接頭五、鋼軌的聯(lián)結(jié)異型夾板43導(dǎo)電接頭：連通軌道電路五、鋼軌的聯(lián)結(jié)4、特殊夾板接頭承墊式導(dǎo)電鋼軌接頭4、特殊夾板接頭五、鋼軌的聯(lián)結(jié)膠接絕緣接頭絕緣接頭：閉塞分區(qū)處隔斷軌道電路五、鋼軌的聯(lián)結(jié)4、特殊夾板接頭伸縮接頭：釋放溫度應(yīng)力五、鋼軌的聯(lián)結(jié)4、特殊夾板接頭伸縮接頭：釋放溫度應(yīng)力五、鋼軌的聯(lián)結(jié)4、特殊夾板接頭普通凍結(jié)接頭哈克緊固件五、鋼軌的聯(lián)結(jié)4、特殊夾板接頭

鋼軌焊接方法主要有四種：閃光焊、氣壓焊、鋁熱焊和窄間隙電弧焊。按焊接場地又分為廠焊和現(xiàn)場焊。歐洲采用閃光焊、鋁熱焊和窄間隙電弧焊，不采用氣壓焊；日本新干線采用閃光焊、氣壓焊和窄間隙電弧焊；我國主要采用閃光焊、氣壓焊和鋁熱焊。5、鋼軌焊接接頭聯(lián)結(jié)五、鋼軌的聯(lián)結(jié)我國三種鋼軌焊接方法所占的接頭數(shù)量比例為：閃光焊約占87％，氣壓焊占10％，鋁熱焊占3％。從焊接質(zhì)量看，閃光焊的質(zhì)量最穩(wěn)定，統(tǒng)計的折損率僅為0.007%，鋁熱焊最差，折損率為0.5%。五、鋼軌的聯(lián)結(jié)可見閃光焊是最主要且為最可靠的鋼軌焊接方法。5、鋼軌焊接接頭聯(lián)結(jié)鋼軌閃光焊：將待焊鋼軌分別上下夾緊，鋼軌兩端相互接近直至接觸，電流通過待焊鋼軌端部產(chǎn)