[线路知识]铁路线路阻力:钢轨接头阻力

2020年6月8日02:00:10轨道线路51,430

1.接头阻力的定义

在钢轨接头处,两根钢轨端部由夹板通过螺栓和螺帽拧紧,由此产生的阻止钢轨端部伸缩变化的摩阻力称为接头扣件阻力,简称接头阻力。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

2.接头阻力的组成

接头阻力由钢轨与夹板之间的摩阻力和螺栓抗剪力组成,为了确保安全,只考虑摩阻力。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

3.接头阻力的计算

[线路知识]铁路线路阻力:钢轨接头阻力

夹板受力图

摩阻力大小主要取决于接头螺栓拉力P和钢轨与夹板接触面之间的摩擦系数f。接头螺栓拧紧后,螺栓产生拉力P,在上、下接触面上有分力,使接触面之间产生摩擦力F和正压力N, N和F的合力称为全约束反力R,即文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

R=F+N文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

由上图可知,全约束反力R与螺栓拉力P之间的关系为文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

$$R=\frac{P}{2 \cos \theta }=\frac{P}{2 \sin (\alpha +\varphi ) } $$文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

式中文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

P——一个螺栓被拧紧后产生的拉力( kN );文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

a—— 夹板接触面(或轨底顶面)倾角,tan a=i ;文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

φ——摩擦角;文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

i——轨底顶面接触面斜率,43、60 kg/m钢轨i=1/3;50、75 kg/m钢轨i=1/4。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

每个接触面间产生的摩擦阻力F为文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

$$F=N\cdot f=R \cos \varphi \cdot f=\frac{P \cos \varphi }{2 \sin(\alpha +\varphi )}\cdot f$$文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

接头的两块夹板与钢轨有4个接触面,一个螺栓所对应的4个接触面上产生的摩阻力S为文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

$$S=4F=\frac{2P \cos \varphi }{\sin(\alpha +\varphi )}\cdot f$$文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

接头一端有3个螺栓,因此,总接头阻力为文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

$$P_H=\frac{6f \cos \varphi }{\sin(\alpha +\varphi )}\cdot P \qquad (公式5)$$文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

螺栓拉力P取决于拧紧螺母的扭矩,扭矩T与P的关系用经验公式表示为文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

T= K·D·P   (式6)文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

式中文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

T——接头螺栓扭矩 (N·m);文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

P——螺栓拉力(kN);文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

D——螺栓螺杆部分的直径 ( mm );文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

K—— 扭矩系数,K=0.18~ 0.23。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

扭矩系数K与螺栓结构、加工状况、螺栓的保养及涂油情况有关。在其他条件相同情况下,螺栓保养得越好,K值越小。这样较小的扭矩就可以得到较大的接头阻力。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

式(5)为静态情况下的接头阻力。接头在动载作用下,阻力要下降,下降的程度与列车运行情况、轨道状态及接头扭矩有关。因此,应考虑动载的影响,把式(6)代人式(5),并考虑动载影响系数K,则式(5)可改写为文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

$$P_H=\frac{6f \cos \varphi }{K_1 \sin(\alpha +\varphi )}\cdot \frac{T}{KD} \qquad (公式7)$$文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

式中K一 动载影响系数,K1=1.0~ 1.3。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

对于43、50kg/m钢轨, T≤600N·m时,K1=1.2;T> 600N. m时,K1=1.1。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

对于60 kg/m钢轨, T≤600N·m时,K1=1.1;文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

T> 600N. m时,K1=1.0。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

4.接头阻力的主要影响因素

由式(7)可以看出,Ph与f、a、K、K1、D及T有关,尤其是摩擦系数f,更受自然条件行车情况及使用时间等因素的影响,新轨、新夹板的f=0.5~0.6,使用几年后,接触面被磨亮,f下降到0.18~ 0.2,从而使接头阻力衰减很多。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

考虑到大多数线路的情况,设计时采用偏低的f值,取f=0.2;一般情况扭矩系数取K=0.21,对于60 kg/m钢轨的无缝线路,用优质螺栓,并认真涂油,可取K=0.19。为了保持必要的接头阻力,一、二、三级螺栓的扭力矩分别不应低于900、700和400N·m。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

5.接头阻力的建议值

北京交通大学通过大量试验,测得在不同技术条件下钢轨的接头阻力值,并根据试验分析结果,提出表中所示的建议值。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

[线路知识]铁路线路阻力:钢轨接头阻力

表1 接头螺栓的扭力矩与接头阻力

近年来,一些铁路局还研制了高摩擦阻力的接头(又称MG接头)。该接头的最高接头阻力可达1900kN,平顺性和整体性好,对抵抗钢轨纵向温度力有足够的强度。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

文章来源:

本文摘抄由刘兴文主编的《铁路轨道》2011年版文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/1054.html

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