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铁道概论


铁道概论

湖南铁路科技职业学院 张冬梅

第一章 绪论
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衣食住行是人类生活的四大基本要素,无论哪一 项,莫不与交通运输息息相关。 自古以来,人类深受交通运输闭塞的困扰,生产、 生活受到极大限制。最早的水上交通工具是独木舟, 而陆上交通依靠畜力或人力。18世纪下半叶蒸汽机 的发明,并相继应用于船舶和铁路,揭开了一个崭 新的机动船舶时代和铁路机车牵引时代的序幕。19 世纪末到20世纪初汽车和飞机也相继诞生,很快成 为现代运输的主要运输工具。管道运输起源于19世 纪末,当时是用于运输原油,现在已得到迅速发 展。

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时至今日,世界各国交通运输已相当发达,不仅可 以满足客货运输的不同需求,而且快速、舒适、方 便、安全可靠。 现代交通运输主要包括铁路、公路、水路、航空和 管道五种运输方式。他们各有其不同的技术经济特 征与使用范围。随着科学技术进步和社会需求的变 化,各种运输方式的技术装备和组织工作不断更新, 技术经济性能和使用范围也在不断变化,新型交通 工具不断产

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交通运输业是国民经济结构中的先行和基础产业,其主要作 用表现为: 1、经济作用。交通运输中的五种运输方式,既要完成 国家下达的客货运输任务,还要根据市场商品需求调节各自 的运输,自身所创造的经济价值是十分可观的。 2、社会公益作用。现代化的交通运输业,必须不分昼 夜、季节、全天候地从事正常运输,是与国家政治、经济休 戚相关的。遇到非常时期,发生灾难时,如地震、洪水、大 火、海啸等;或在战争时,或国家财产受到威胁时,交通工 具都会用来抢救危亡,恢复社会正常秩序,这种超经济的社 会公益作用会显示得更为突出。

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3、宏观调控作用。当国民经济失调而需要调整或 治理整顿时,交通运输作为国家宏观调控工具的作 用会更显得突出,如 煤炭抢运、全国性粮食调运等。 五种运输方式中,铁路运输的宏观调控作用尤为明 显。 4、促进国家经济合理布局、协调发展。促进 地区经济合理布局、协调发展,除了中心城市的作 用外,要以交通要道为依托,充分发挥公路、水运、 空运、管道等多种运输方式的优势。依靠若干条通 过能力强的南北向、东西向的运输大通道,引导形 成若干跨地区的经济区域和重点产业,优化生产力 布局,优化资源配置,减少重复浪费,交通运输将 起很大的促进作用。

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交通运输是国民经济的重点战略产业,是国民 经济的重要基础设施,是制约经济与社会发展的一 个重要因素。自改革开放以来,各地政府和人民都 认识到“要想富,先修路”。交通运输业要先行, 才能保持国民经济的持续、稳定、协调发展。 5、国防意义。运输是国防的后备力量,战时又是 必要的军事手段。运输业关系到民族存亡、国家安 危,决非用经济尺度所能衡量。

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铁路运输与其他各种现代化运输方式相比较,具有运输能力 大,能够负担大量客货运输的特点,每一辆列车载运货物和 旅客的能力远比汽车和飞机大得多。速度快是铁路运输的另 一特点,常规铁路的列车运行速度一般为每小时80 km左右, 而在高速铁路上运行的旅客列车时速目前可达210~260km。 铁路货运速度虽比客运慢些,但是每昼夜的平均货物送达速 度也比水路运输快。此外,铁路运输成本也比公路、航空运 输低。运距愈长,运量愈大,单位成本就愈低。铁路运输一 般可全天候运营,受气候条件限制较小。同时具有安全可靠 性,环境污染小和单位能源消耗较少等优点。由于铁路运输 具有上述的技术经济特点,因此,铁路运输极适合国土幅员 辽阔的大陆国家;适合运送经常的、稳定的大宗货物;适合 运送中长距离的货物运输以及城市间的旅客运输的需要。

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公路运输是现代运输的主要方式之一,它的主要优点是机动、 灵活性强,而且对客运量、货运量大小具有很强的适应性。 由于汽车运输灵活方便,可实现门到门的直达运输,因而不 需要中途倒装,既加速了中短途运输的送达速度,又加速了 货物资金周转,有利于保持货物的质量和提高客货的时间价 值。公路运输还可负担铁路、水路运输达不到的区域内的运 输, 它是补充和衔接其它运输方式的运输。在短距运输时, 汽车客运速度明显高于铁路,但在长途运输业务方面,有着 难以弥补的缺陷:第一是耗用燃料多,造成途中费用过高; 第二是机器磨损大,因此折旧费和维修费用高;第三是公路 运输所耗用的人力多,如一列火车车组人员只需几个人,若 运送同样重量的货物,公路运输则需配备几百名司机。因此 汽车运费率远高于铁路和水路;此外,公路运输对环境污染 较大。总之,公路运输(高速公路除外)与其他运输方式相 比,投资少、资金周转快、投资回收期短,且技术改造较容 易。汽车运输的出现还不到100年,但在载货吨位、品种、 技术性能、专用车种类等方面都有了很大的改进与提高,能 较好地满足社会经济发展对运输的需要。

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航空运输在20世纪迅速崛起,是运输行业中 发展最快的行业。与其他运输方式相比,最 大的特点是速度 大,并且具有一定的机动性。 在当今的时代,高速性具有无可比拟的特殊 价值。现代的喷气运输机,时速一般在 900km左右,比火车快5~10倍,比海轮快 20~25倍。航空运输不受地形地貌、山川河 流的阻碍,只要有机场并有航路设施保证, 即可开辟航线,如果用直升机运输,则机动 性更大。其缺点是载运能力小、能源消耗大、 运输成本高。

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水路运输中,除运河以外内河航道均是利用天然江河加以整 治,修建必要的导航设备和港口码头等就可通航;海运航道 更是大自然的产物,一般不需要人工整治,且海运航线往往 可以取两港口间的最短距离。因此,一般说来,河运的平均 运输成本比铁路略低,而海运成本、则远比铁路为低,这是 水路运输的一个突出优点。 水路运输的输送能力相当大。在海洋运输中,目前世界 上超巨型油船的载重量达55万吨,巨型客船已超过8万吨。 海上运输在条件允许的情况下,可改造为最有利的航线,因 此,海上运输的输送能力比较大。 由于水路运输具有占地少、运量大、投资省、运输成本 低等特点,在运输长、大、重件货物时,与铁路、公路相比, 水上运输更具有突出的优点。对过重、过长的大重件货物, 铁路、公路无法承运,而水上运输都可以完成。对大宗货物 的长距离运输,水路运输则是一种最经济的运输方式。但水 路运输速度通常比铁路运输等运输工具慢,而且受自然条件 的限制较大,冬季河道或港口冰冻时即须停航,海上风暴也 会影响正常航行。

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管道运输是使用管道输送流体货物的一种运输方式。它是随 着石油工业发展而兴起并随着石油、天然气等流体燃料需求 的增加而发展,逐渐形成沟通石油、天然气资源与石油加工 场地及消费者之间的输送工具。管道不仅修建在一国之内, 还连接国与国之间,甚至达到洲与洲之间,成为国际、洲际 能源调剂的大动脉。 管道运输在最近几十年得到了迅速的发展。主要的流体能 源以石油、天然气、成品油为输送对象,之后发展到输送煤 和矿石等固体物质,将其制成浆体,通过管道输往目的地, 再经脱水处理转入使用。管道运输具有输送能力大(管径为 1200mm的原油管道年输送量可达1亿吨)、效率高、成本 低及能耗小等优点。由于管道埋于地下,除泵站、首末站占 用一些土地外,管道运输占用土地少,且不受地形与坡度的 限制,易取捷径,可缩短运输里程;埋于地下基本不受气候 影响,可以长期稳定运行;沿线不产生噪音且漏失污染少。 管道输送流体能源,主要依靠每隔一段距离设置的增压站提 供压力能,因此,设备运行比较简单,易于就地自动化和进 行集中遥控,由于节能和高度自动化,用人较少,运输费用 较低,是一种很有发展前景的现代化运输方式。

当然,管道运输也存在一些缺点,它适于长 期定向、定点、定品种输送,合理输量范围 较窄,若输量变化幅度过大,则管道的优越 性就难以发挥,更不能输送不同品种的货物。 ? 总之,铁路、公路、航空、水运和管道 等五种现代化运输方式,各有其不同的技术 经济特征和使用范围。
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第二章 线路
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(一)基本概念 铁路线路是机车车辆和列车运行的基础。它直接 承受机车车辆轮对传来的压力,为了保证列车能按 规定的最高速度 安全、平稳和不间断地运行,使铁路运输部门能够 质量良好地完成客货运输任务,铁路线路必须经常 保持完好状态。 铁路线路是由路基、桥隧建筑物和轨道组成的一 个整体工程结构。

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(二)勘测设计的概念 在建筑一条铁路之前,必须进行调查研究和勘探 工作,并从若干个可供比较的方案中选出一个最优 方案来进行设计。 铁路建设的三个阶段 1、前期工作阶段 主要进行方案研究、初测和初步设计工作。 2、基本建设阶段 主要进行定测、技术设计和施工图设计,最后进 行工程施工、验交投产。 3、投资效果反馈阶段 铁路运营若干年后,有建设单位会同有关部门, 对工程质量、技术指标和经济效益等考察验证,以 评价设计和施工质量

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(三)铁路等级 铁路等级是铁路的基本标准。设计铁路时,首 先要确定铁路等级。铁路技术标准和装备类型都 要根据铁路等级去选定。 我国《铁路线路技术管理规程》规定铁路等级 应根据在铁路网中的作用、性质和远期的客货运 量确定。 我国铁路共分为三个等级如下表
注:1、远期——指交付运营后第十年; 2、年货运量为重车方向,每对旅客列车上下行各按 0.7Mt(Mt:百万吨)年货运量折算。

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等 级 Ⅰ级铁路

铁路在路网中的意义 在路网中起骨干作用的铁路 1.在路网中起骨干作用的铁路

远期年客货运 量 ≥15Mt ≤15Mt ≥7.5Mt

Ⅱ级铁路

2.在路网中起联络、辅助作用的铁 路 为某一区域服务,具有区域运输性 质的铁路

Ⅲ级铁路

≤7.5Mt

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(四)铁路主要设计标准 选定铁路主要技术标准是设计铁路的基本决策, 应根据国家要求的年输送能力和确定的铁路等级, 考虑沿线资源分布和国家 科技发展规划,并结合设 计线的地形、地质、气象等自然条件,经过论证比 选确定。 铁路主要技术标准:正线数目、限制坡度、最小 曲线半径、牵引种类、机车类型、机车交路、车站 分布、闭塞类型、到发线 有效长度。这些标准是确 定铁路能力大小的决定因素。选用不同的标准对设 计线的工程造价和运营质量有重大影响。

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(一)铁路线路纵断面组成要 素 线路纵断面定义: 线路中心线(曲线部分展 直后)在垂直面上的投影, 叫做线路纵断面(如下图所 示)。 线路纵断面组成要素: 为了适应地面的起伏, 线路上除了平道外,还修成 不同的坡道。因此平道与坡 道就成了线路纵断面的组成 要素。

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(二)坡道阻力 坡道的陡与缓用坡 度来表示。坡度的大小 用千分率来表示。 i‰=h / L =tana

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坡道阻力:列车在坡道上运行时,会受到一种由坡道引起的 阻力,这一阻力叫坡道阻力。 机车车辆所受的重力Qg可分为两个分力F1和F2,F1由轨 道的反作用力所抵消,则F2就是坡度附加阻力。 单位坡道阻力:列车平均每一千牛质量所受到的坡道阻力。

——单位坡道阻力

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【结论】 1、机车车辆每一吨质量,上坡时所受的 坡度阻力,近似等于用千分率表示的这一坡 道坡度的十倍。 2、列车上坡时,坡道阻力为“+”,列车 下坡时,坡道阻力为“-”。 3、坡度越大,上坡阻力越大,同一台机 车 (在列车运行速度相同条件下)所能牵引的 列车重量则减小。

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(一)线路标志的作用 1、为了线路的维修和养护; 2、为了司机和车长等工作 上的需要。 (二)线路标志的类型及设置 地点 1、公里标、半公里标 公里标、半公里标(如两图 所示)是线路的里程标。公里 标从铁路线路起点开始,每走 一公里设置一个;半公里标设 于线路的半公里处

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2、曲线标 曲线标(如下 图)为曲线的技 术参数,在上面 标明曲线的有关 要素(曲线长度、 缓和曲线长度、 曲线半径、超高、 加宽)。

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该标设置于圆曲线的中部,示意图如下:

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(三)坡度标 坡度标表示该坡道的坡度大小及坡段长度,并用 箭头表示上坡和下坡(如下面各图所示)。

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坡度标设在变坡点处,如下图所示: 此外,还有桥涵标、隧道标、鸣笛标、作业标等等。 线路标志应埋设在计算里程方向的线路左侧。

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铁路线路是由路基、桥隧建筑物、轨道组成的一个 整体工程结构。 (一)路基 路基的基本形式 路基的基本形式:主要有路堤和路堑。 路堤:铺设轨道的路基面高于天然地面时,路基 以填筑的方式构成,这种路基称为路堤。 路堑:当铺设轨道的路基面低于天然地面时,路 基以开挖方式构成,这种路基称为路堑。

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路基的排水设备 为保持路基经常处于干燥、坚固和稳定的 状态,路基上设有一套完整的排水设备。 1、排除地面水设施:纵向排水沟、侧沟 和截水沟等设施。

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2、排除地下水的设施:为了拦截地下水, 降低地下水位,采用渗沟和渗管排水设施。

钢轨 ? 一、作用:直接承受车 轮的巨大压力并引导车 轮运行方向。 二、类型:以每米长度 的重量表示,现行标准 钢轨类型有:70 kg/m; 60 kg/m;50 kg/m等 三、长度:钢轨的标准 长度为25 m、12.5 m两 种。
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轨枕 一、作用:支承钢轨,将 钢轨传来的压力传递给道 床,并且还可以保持钢轨 位置和轨距。 二、类型:木枕和钢筋混 凝土枕。 木枕:弹性好,重量轻, 铺设更换方便;但消耗木 材,使用寿命短。 钢筋混凝土枕:使用寿 命长,稳定性能高,养护 工作量小等。 三、长度:一般为2.5 m。

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联结零件 联结零件可分为接头联结零件和中间连接零件。 1、接头联结零件 作用:联结钢轨与钢轨间的接头; 组成:鱼尾板、螺栓、螺帽、弹性垫圈等。

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中间联结 零件 作用: 将钢轨紧 扣在轨枕 上; 分类: 木枕用和 钢筋混凝 土用。

木枕用中间联结零件

ω型弹条扣件

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道床 一、作用: 1.支承轨枕,把从轨枕上传来的压力均匀地传 给路基; 2.固定轨枕的位置,阻止轨枕纵向和横向移动; 3.缓和机车车轮对钢轨的冲击。 二、使用材料: 碎石、卵石、粗砂等,其中以碎石为最优。 我国铁路一般都采用碎石道床。

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防爬设备

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一、线路爬行——因 列车运行时纵向的作用, 使钢轨甚至带动轨枕产 生纵向移动,这种现象 叫线路爬行。 二、危 害——轨缝不 均,轨枕歪斜,对轨道 造成极大破坏,危及行 车安全。 三、防爬措施——安装 防爬器和防爬撑。 防 爬撑可采用废旧枕木; 在山区可采用石条代替。

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道岔 作用:使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备。 在车站上大量铺设,用的最多的是单开道岔。 一、普通单开道岔 (一)组成:转辙器、辙叉及护轨、连接部分。 1.转辙器 组成:两根基本轨、两根尖轨、转辙机械; 作用:操作转折机械可以改变尖轨的位置,确定道岔的 开通方向。

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2.辙叉及护轨 组成:辙叉心、翼轨、护轨; 作用:保证车轮安全通过两股轨线的相互交叉处。 有害空间:从两翼轨最窄处到辙叉心实际尖端之间,存 在一个轨线中断的空隙。 (1)由于有害空间的存在,当机车车辆通过辙叉有害空间 时,轮缘有可能走错辙叉槽而引起脱轨; (2)设置护轮轨的运行方向实行强制性的引导。 道岔有害空间是限制列车过岔速度的一个重要因素。 活动心轨道岔:消灭有害空间,适应列车高速运行要求。 (1)活动心轨和心轨是同时被扳动的; (2)当尖轨开通某一方向时,活动心轨的辙叉心轨就与开 通方向一致的翼轨密贴,而与另一翼轨分开,从而消灭了有 害空间, 使列车安全通过道岔。

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3.连接部分 组成:两根直轨,两根导曲轨; 作用:连接转辙器和辙叉器及护轨部分, 使之成为一组完整道岔。

(二)用中心线表示道岔 一般在图纸上,都采用中心线形式表示道岔。

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(三)道岔号数 道岔因其辙叉角的大小不同,有不同的道 岔(N )

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【结论】 a越小 ,则N 越大,导曲线半径越 大,道岔全长越长,列车过道岔平稳且过岔 速度越高; a越小,则相反。

常用道岔有关指标。
导曲 道岔号数 辙叉角(α) 半径(m) (N) 9 12 18 6° 20′25″ 4° 45′49″ 3° 10′12.5″ 180 330 800 道岔全长 (m) 28.848 36.815 54.00 侧向允许通 过速度 (km/h) 30 45 80

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1998年10月我国在京沪铁路线上铺设了 60 kg/m钢轨30号可动心轨道岔。 道岔全长:102.4 m 侧向过岔速度:140 km/h 直向过岔速度:200 km/h 前后共有9台转辙机械(夹轨6台,心轨3台)

二、其他类型道岔与交叉设备 。
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1.双开道岔 道岔衔接的两条线路各自向两侧分岔

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2.三开道岔 可以同时衔接三条线路。

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3.交分道岔 四组单开道岔和一副菱形交叉设备的结合体。

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4.交叉设备 只有辙叉而无转辙器部分,机车车辆通过 交叉设备时,只能沿着原来的线路继续运行 而不能转线。

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5.交叉渡线 由四副单开道岔和一组菱形交叉设备组合而成。

一、轨距加宽
曲线轨距加宽表
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由于固定轨距的 影响,在小半径 曲线上轨距应适 当地加宽。

曲线半径R (m)
R≥350

加宽值(mm)

0

350>R≥300

5

R<300

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(2)外轨超高 机车车辆在 曲线上运行时, 由于离心力的作 用使曲线外轨承 受了较大的压力, 必须将外轨抬高, 使机车车辆内倾, 以平衡离心力的 作用,外轨比内 轨高出的部分称 为超高。

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曲线外轨超高量的计算:
式中:
——列车最高运行速度 ——曲线半径 我国铁路规定:单线铁路超高最大值为125 mm 双线铁路超高最大值为150 mm。 (3)外轨超高、轨距加宽的设置办法 从缓和曲线的起点开始,逐渐增加,到圆曲线起点时, 超高和加宽部分达到规定的数值。

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(一)作用 确保机车车辆在铁路线路上运行的安全,防止机 车车辆撞击临近线路的建筑物和设备。 (二)定义 对机车车辆和接近线路的建筑物、设备所规定的 不允许超过的轮廓尺寸线,称为限界。 (三)类别 类别包括基本限界和超限限界。 (1)基本限界 机车车辆限界:机车车辆横断面的最大极限。 建筑接近限界:是一个和线路中心线垂直的横断 面。

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(2)超限限界 超限限界:货物任何部分的高度和宽度超过机车车辆限 界时,称为超限限界。 根据货物超限的程度可分为:一级超限、二级超限、超 级超限。

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(一)简介 在列车不间断地运行和自然条件作用下,铁路线 路会发生各式各样的变形或损坏。为了确保列车能 按规定的最高速度,安全、平稳和不 间断地运行,以及延长线路各组成部分的使用寿命, 必须加强线路的养护和维修工作,使线路设备经常保 持完好状态,这就是铁路工务部门的基本任务。

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工务段是工务部门的基层生产单位,负责领导线路 维修工作。每一工务段管辖的线路长度一般单线为 150~250km,复线为100~150km。 工务段下设若干个领工区,每一领工区再设4~5 个工区或机械化维修工队,分别负责管辖范围内的线 路维修工作。 在铁路分局下面,一般还设有线路、桥隧大修队, 负责管内线路、桥隧的大中修以及无缝线路的铺设 工作。 线路的维修养护工作主要包括线路的经常维修和 线路的大中修。


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