铁路弯道中的力学知识

铁路弯道中的力学知识 在修筑铁路时，常常因地理环境和工程造价等因素的影响，在线 路中设置铁路弯道，但弯道设置中，需要应用力学知识对弯道的几何 参数进行分析，如果设计不当，会对形车安全产生影响，甚至带来严 重的后果。 一、车辆通过弯道时车辆自身的离心力 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，加大了外轨钢轨的压力，使旅客产生不适，货物移位等。 列车以速度V沿半径R的圆曲线运行时，产生离心力F Fmv2/RGv2/ gR（公式 1） 式中G一车辆重力（KN）； v一行车速度（m/s）； R 曲线半径（m）； g重力加速度，g9. 8m/s2； 由公式1可知，列车通过曲线时，离心力的大小由三大因素影响 ①车辆自重；②车辆行车速度；③铁路曲线半径。 二、对曲线行驶中的离心力应对措施 1、铁路曲线半径 为了保证列车的行驶安全，在铁路的设计和建造时，国家修规 对不同速度等级的铁路规定了车辆可以安全通过的圆曲线的最小半 径，高速铁路和平原地区干线铁路一般比较平直，用较大的曲线半径; 山区铁路、工厂支线、车辆段道岔的咽喉区、编组站、城市地铁等受 地形的制约较大的地段，只能使用较小的曲线半径，列车必须限速通 过。 2、曲线超高与限速结合 为了平衡列车曲线行驶中所产生的离心力，需要把曲线外轨适当 抬高，使机车车辆的自身重力产生一个向心的水平分力，以抵消离心 惯性力，达到内外两股钢轨受力均匀和垂直磨耗均匀等，满足旅客舒 适感，提高线路的稳定性和安全性。 外轨超高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一半而保证线路中心标高不变 的方法。 曲线超高的大小由列车通过时离心力的大小确定。由于离心力与 行车速度的平方成正比，与曲线半径大小成反比，因此曲线半径越小, 行车速度越高，则离心力越大，所需设置的超高就越大。在曲线半径 R m和行车速度u km/h都为已知的情况下，根据列车横向受力 平衡条件，可推导出铁路曲线超高h mm的计算公式为 hn.8v2/R公式 2 式中h一外轨超高值（mm） u一行车速度（km/h） R曲线半径（m） 当曲线半径一定时，超高度设置是否合适，在很大程度上取决于 平均速度U选用是否恰当。 对实际曲线来说，曲线实设超高h。是根据平均速度U得到的， 曲线实际超高一旦设置，即为固定值，而通过曲线的各种列车速度是 不相同的，或大于平均速度，或小于平均速度，即不可能使所有列车 产生的离心力完全得到平衡，因此车体仍承受一部分未被平衡的离心 力，车内有质量的物体（人或物）就会产生未被平衡的离心力。 由公式2可知，列车以速度U通过曲线时，要求设置的超高为 hll. 8 u 2/R,而实际设置的超高为ho 11. 8 u。2/R;如果u与u。 不等。h与h。的差值Ah称为未被平衡的超高。当u u o时，h ho, Ah是由于实设超高不足造成的当uu。时，hho, Ah是 由于实设超商过大造成的。超商不足称为欠超商；超高剩余称为超商 或余超高，因此列车在通过曲线时应进行限速通过。 3、缓和曲线 火车从直道进入弯道时，为了行车安全，必须经过一段缓冲轨道，使 得曲率连续地增加，以保证火车的向心加速度不发生跳跃性的突变， 所以缓和曲线在弯道设计中必不可少。在缓和曲线范围内，外轨超高 由零递增或递减到圆曲线上或直线的超高量，使向心力逐渐增加或减 少，与离心力的增减相配合。 三、小半径曲线轨距加宽 列车进入曲线轨道时，仍然存在保持其原有形式方向的惯性，只是受到外轨的引导作用方才沿着曲线轨道行驶。在小半径曲线，为使 列车顺利通过曲线而不致被楔住或挤开轨道，减小轮轨间的横向作用 力，以减少轮轨磨耗，轨距要适当加宽。加宽轨距，系将曲线轨道内 轨向曲线中心方向移动，曲线外轨的位置则保持与轨道中心半个桂剧 的距离不变。曲线轨道的加宽值与机车车辆转向架在曲线上的几何位 置有关。 [7 铁路线路维修规则建定新 列车行进在曲线上时，由于前后轮距限制，当前轮在受外轨向内 侧的挤压力后，车轮会沿着外侧轨道进行行进，此时列车纵轴线与线 中心线不在一条线上，而列车转向架是一个整体，不会随着线路的弯 曲而变形，因此需要轨道加宽后，后轮在轨道才有一定的活动量，跟 随着前轮行进。 、改建及线路大修或成段更换 轨枕地段按下表规定的标准进行曲线轨距加宽 曲线轨距加宽表 曲线半径 加宽值mm 轨距mm R350m 0 1435 350R300m 5 1440 R300m 15 1450