兰州交通大学毕业设计(论文)
k = (u/4EI)1/4 =［122.81/(4×2.1×10×2879×10)］
5
4
1/4
=0.0015012 mm
-1
2）计算最大静位移、弯矩和枕上动压力
SS3电力机车，转向架间距超过5m，故不考虑各转向架的互相影响。各轮载及转向架各轴间距均相同，故只需取第1转向架进行计算。 ①当计算截面位于第一轮位处时，
y0?P?2ui?1kn0ie?kxi(coskxi?sinkxi)
=0.0015012/(2×122.81)×112800{1 +e-0.0015012*2300［cos（0.0015012×2300）+sin(0.0015012×2300)］+esin(0.0015012×4300)］ =0.7137
M0-0.0015012*4300
［cos（0.0015012×4300） +
?P?4ki?11n0ie?kxi(coskxi?sinkxi)
= 1/(4×0.0012146)×112800{1 +e-0.0012146*2300［cos（0.0012146×2300）-sin(0.0012146×2300)］+e-0.0012146*4300［cos（0.0012146×4300） -sin(0.0012146×4300)］ = 24680809 N·m
R0?a?k2n?Pi?10ie?kxi(coskxi?sinkxi)
= 570×122.81×0.7137 = 49960 N
②当计算截面位于第二轮位处时，
y0?kn0i?P2ui?1e?kxi(coskxi?sinkxi)
=0.0015012/(2×122.81)×112800{1 +e-0.0015012*2300［cos（0.0015012×2300）+sin(0.0015012×2300)］+esin(0.0015012×2000)］ = 0.7485
M0-0.0015012*2000
［cos（0.0015012×2000）+
??P4ki?11n0ie?kxi(coskxi?sinkxi)
= 1/(4×0.0012146)×112800{1 +e-0.0012146*2300［cos（0.0012146×2300）
-0.0012146*2000
-sin(0.0012146×2300)］+e［cos（0.0012146×2000） -sin(0.0012146×2000)］ = 26524511 N·m
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R0?a?k2n?Pi?10ie?kxi(coskxi?sinkxi)
= 570×122.81×0.7485 =52396 N
③当计算截面位于第三轮位处时，
y0?kn0i?P2ui?1e?kxi(coskxi?sinkxi)
=0.0015012/（2×122.81）×112800{1 +e-0.0015012*2000［cos（0.0015012×2000）+sin(0.0015012×2000)］+e-0.0015012*4300［cos（0.0015012×4300）+ sin(0.0015012×4300)］ =0.7266
M0?P?4ki?11n0ie?kxi(coskxi?sinkxi)
= 1/(4×0.0012146)×112800{1 +e-0.0012146*2000［cos（0.0012146×2000）-sin(0.0012146×2000)］+e-0.0012146*4300［cos（0.0012146×4300） -sin(0.0012146×4300)］ = 25287890 N·m
R0?a?k2n?Pi?10ie?kxi(coskxi?sinkxi)
= 570×122.81×0.7266 = 50863 N
3）轨道强度检算 ① 计算Md、Yd、Rd
SS4电力机车，运行速度V = 100 km/h时： 检算钢轨：?= 0.6V / 100 = 0.6 ×100 / 100 = 0.6
检算钢轨下沉及轨下基础各部件：?= 0.45V/100 = 0.45×100/100 = 0.45 曲线半径 R = 695.8 m，取其未被平衡超高的最大值为 ?h = 75 mm,故?为： ?= 0.002?h = 0.002×75 = 0.15 故有：
Yd = Y0(1+?+?)（1+?1）=0.7485（1+0.45+0.15）= 1.1976 mm Md = M0(1+?+?)（1+?1）= 26524511（1+0.6+0.15）= 46417894 N·m Rd = R0(1+?+?)（1+?1）= 52396（1+0.45+0.15）= 83833 N
② 钢轨强度检算
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当曲线半径R = 600 mf = 1.60,60 kg/m钢轨，垂直磨耗为6 mm时，截面模量W1 = 375 cm3,W2 = 291 cm3,故： ? ?f = 46417894/375000×1.60 = 198.05 MPa d1 = Md / W1 ×
f = 46417894/291000×1.60 = 255.22 MPa d2 = Md / W2 ×
制动应力取?c=10 MPa;温度应力取?t=51 MPa;钢轨允许应力 [?s] =352 MPa。 据此检算钢轨强度： 轨底?g
= ?d1
+ ?t + ?c = 198.05+51+10 = 259.05 MPa＜[?s]，满足要求。 + ?t + ?c = 255.22+51+10 = 316.22 MPa＜[?s]，满足要求。
轨头?j = ?d2
③ 允许温降计算
[?ts] =〔[?s]- ?gd-?c〕/ E?
= （352-198.05-10）/ 2.1×10×1.18×10
= 57.6 ℃
5
-5
5.3稳定性检算 5.3.1概述
无缝线路轨道，轨温升高，钢轨产生温度压力，当这压力达到一定值后，轨道会出现横向变形，这种变形的发展可分为三个阶段：持稳阶段(不变形阶段)→胀轨阶段(渐变阶段)→跑道阶段(突变阶段)。温度压力与变形的关系如图5.3所示。持稳阶段(oa)，温度升高，压力增大，轨道不变形；胀轨阶段(ak)，随温度压力增加，轨道出现微小变形(胀轨)，直至温度压力升高到一定值，在外部干扰下轨道会发生突然臌曲，这时的温度压力称临界压力pk，它也是反映该轨道能够抵抗轨道臌曲的能力。当温度压力超过pk或轨道受到外部干扰，变形失度突然增加，称为跑道阶段(KK’)。在跑道阶段，轨道结构受到严重破坏。对于无缝线路的稳定性计算，应当使温度压力控制在胀轨跑道阶段范围内，以保持轨道处于稳定的工作状态，避免发生跑道。
为使线路不因升降温的反复作用而扩大残余变形的积累，必须对钢轨所受温度压力的允许值应予适当控制，即控制在允许温度压力作用下其所产生的变形，能随温度压力的减少而复原。据调查和试验，与此相适应的线路横向变形量约为1～2mm.我国铁道部颁布的统一无缝线路稳定性计算公式，计算采用的横向变形量的允许值，建议定为2mm.以PN表示具有一定初始弯曲的轨道产生2mm横向变形时的钢轨温度压力，除以安全系数k，j即为允许温度压力值〔P〕。如图5.5所示：
由上述分析可知，诱发轨道失稳的因素：一是钢轨温度压力，它是使结构失稳的
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主要因素；二是轨道初始不平顺(变形)，它是降低轨道抵抗胀轨跑道的能力。
保持轨道稳定的因素：一是道床横向阻力；二是轨道框架水平刚度。
图5.5 温度压力与变形的关系示意图
5.3.2统一公式
当前世界各国的无缝线路稳定性计算，随着计算的假设前提条件及计算方法不同，有各种各样的计算公式。我国于1977年提出用能量法计算的无缝线路稳定性计算统一公式(以下简称“统一公式”)，现在普遍应用。 1）基本假设：
①假设道床为均匀介质，轨道框架为铺于均匀介质中的梁；梁的水平面内刚度代表轨道框架的水平面内刚度?EJyf(EJy为一股钢轨的水平刚度，是一常量)。
②假定在温度压力作用下，梁的变形曲线为正弦曲线，其方程为：
yf?fsin??xl （5.15）
式中 f?变形曲线失度(mm)； l?变形曲线弦长(mm)；
yf?轨道横向变形量(mm)；
③轨道的初始不平顺是由弹性初弯和塑性初弯组成。假定弹性初弯的线性为正弦曲线，塑性初弯为圆曲线，并认为在变形过程中变形曲线的两端点无位移。弹性初弯方程及曲率为：
yoe?foesin??xl
,1 ????foel22 （5.16）
式中 foe —— 弹性初弯矢度(mm)；
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l —— 原始弹性初弯半波长(mm)；
1? —— 弹性初弯曲率(mm-1)；
塑性初弯的线形为圆曲线.其近似公式为：
yop??l?x??x2R0,1
R0?8fopl2 （5.17）
式中： l —— 塑性初弯半波长度(mm)； fop —— 塑性初弯矢度(mm)； R0 —— 塑性初弯的曲率半径(mm)；
④处在半径为R的圆曲线上时，圆曲线的线型用下式表示：
yR?塑性初弯合成曲率为
1R??l?x??x2R （5.18）
：
1R??1R?1R0 ⑤道床横向阻力表达式为：
（5.19）
q?q0?c1yf?c2yn （5.20） f初始弯曲的线形，只有给定foe、l、R0才能确定。 foe、l、R0是通过现场调查得到。根据调查，当弦长用l0=l=400cm去量矢度，50kg/m、60kg/m钢轨的线路，轨道原始弯曲矢度foe、fop如表5.1所示。
foe和fop均对应一定的l0，而l0假定等于变形曲线弦长l，它是一个无法事先知道的
变量，为解决这一问题,可根据现场测得的有关参数用试算法求值。线路初始弯曲的中心
曲率：正弦曲线的弹性初弯为
foel02?2foe2l0；塑性初弯为
1R0?8fopl02，同时，从现场的调查资料
foel12中可以求得和
1R0的统计值，因此，若假定初弯中点曲率为常量，即有
?foel02的
关系，从而可求任意 l 时的foe值。
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