【正文】 要使車輪不爬上鋼軌，應(yīng)有 。低速運(yùn)行比高速運(yùn)行容易發(fā)生脫軌。蠕滑力由蠕滑率決定，而蠕滑率在一定的軸載和輪軌踏面形狀的條件下，則可由輪對運(yùn)動學(xué)條件和偏載值決定。也就是說當(dāng)輪對中心移向純滾線之外時(shí)， y*為負(fù)，此時(shí)外輪滾動半徑大于純滾動所需的半徑，滾動一周所走距離相對于純滾動時(shí)的位置是超前的。 （一）蠕滑率和蠕滑力分橋 轉(zhuǎn)向架通過曲線時(shí)，其輪對不可能總是實(shí)現(xiàn)純滾動，亦即車輪的前進(jìn)速度不等于其滾動形成的前進(jìn)速度，車輪相對于鋼軌會產(chǎn)生根微小的滑動，即所謂蠕滑。圖中所示各力，均為作用于轉(zhuǎn)向架上的力，其中導(dǎo)向力 N 著力點(diǎn)與前軸的距離稱做超前值，因數(shù)值很小，在計(jì)算上忽略不計(jì)。 （一）基本假設(shè)與計(jì)算模型 （ 1）假設(shè)轉(zhuǎn)向架為剛件轉(zhuǎn)向架，即前后輪軸對于轉(zhuǎn)向架縱鈾不能做相對轉(zhuǎn)動。 當(dāng)軌頂圓弧半徑 r2＝ 300mm．車輪直徑 2r1=840mm 時(shí)， n=。當(dāng)行車速度為 160Km／ h 時(shí)， p2力將作用在接頭駛?cè)攵说牡谝桓壵砩稀．?dāng) l＝ 250cm，e=95cm 時(shí)， e39。 軌枕強(qiáng)度檢算 （ 一）木枕項(xiàng)面承壓應(yīng)力 (336) 式中 一木枕橫紋承壓動應(yīng)力 (MPa)； F—— 軌底或墊板與木枕的接觸面積 (cm2)； Rd—— 鋼軌動壓力 (N)； [ ]—— 木材橫紋允許承壓應(yīng)力，對松木取 1． 4MPa，杉木取 10． 4MPa，樺木取 3． 9MPa 桉木取 4． 2MPa。 代人式 (3— 26)得： (327) 代人式 (3— 25)得： 若取我國機(jī)車最大重心高度 H＝ 2300mm， s1=1500mm 代人上式，則偏載系數(shù)可簡化為： 橫向水平力系數(shù) 橫向水平力系數(shù) f 是考慮橫向水平力和偏心豎直力聯(lián)合作用下，使鋼軌承受橫向水平彎曲及扭轉(zhuǎn)，由此而引起軌頭及軌底的邊緣彎曲 應(yīng)力增大而引入的系數(shù)，它等于鋼軌底部外緣彎曲應(yīng)力與中心應(yīng)力的比值。 鋼軌作為軌道結(jié)構(gòu)主要部件、它的自振頻率很高，高達(dá) 1000Hz 當(dāng)軌道狀態(tài)良好時(shí)，由機(jī)車車輛簧上及簧下部分質(zhì)量的振動順產(chǎn)生的作用于軌道上的動荷載，其頻率一般只有幾十赫茲，不能激起鋼軌的振動，而且碎石道床具有很高的阻尼消振作用，岡此，在列車最后一個(gè)輪對過后根本測不到鋼軌的振動。圖 中 l為銑枕底面有效支承長度 b 為軌枕底面平均寬度為鋼軌下截面的軌枕下沉量； ybc 為軌枕的平均下沉量。首先，當(dāng) x＝ 0時(shí)， u=n=1，所以在坐標(biāo) 原點(diǎn)處，各函數(shù)取量大值，即： 由此可知， Mmax、 Rmax 與剛比系數(shù) k 成正比，而 則不僅與 k 成正比，同時(shí)還與 u 成反比。該模型最初是由德國文克爾 (E． Winkler， 1867)提出的，后由德國 、美國 A． N． Talbot 等所改進(jìn)和完善。還有未被平衡的離心力等。運(yùn)載重量愈大，輪軌之間的動力作用越強(qiáng)，對軌道結(jié)構(gòu)的破壞作用也越嚴(yán)重。由于機(jī)車車輛簧上及簧下部分質(zhì)量的振動而產(chǎn)生的，作用于軌道上的動荷載，其頻率較整個(gè)軌道，尤其是較鋼軌的自振頻率低很多，且碎石道床具有很高的阻尼消振作用，故而不能充分激發(fā)起軌道的振動，這種動荷載對軌道所產(chǎn)生的作用基本上相當(dāng)于靜荷載，基于這種認(rèn)識，發(fā)展起來的傳統(tǒng)的軌道強(qiáng)度計(jì)算理論與方法已形成比較成熱的體系。 3．輪載作用在鋼軌的對稱面上， 而且兩股鋼軌上的荷載相等；基礎(chǔ)剛度均勻且對稱于軌道中心線。這相當(dāng)于假設(shè)基礎(chǔ)是由連續(xù)排列，但相互獨(dú)立的線性彈簧所組成，即每個(gè)彈簧的變形僅決定于作用在其上的力，而與相鄰彈簧的變形無關(guān)。39。 (五 )剛比系數(shù) k 由前文可知 軌道的所有力學(xué)多數(shù)及相互間的關(guān)系均反映在 k 中，任何軌道參數(shù)的改變都會影響 k 而 k 的改變又將影響整個(gè)軌道的內(nèi)力分布和部件的受力分配，因 此 k又可稱為軌道系統(tǒng)特性：參數(shù)。 速度系數(shù) 列車在直線區(qū)間軌道上運(yùn)行時(shí)，由于輪軌之間的動力效應(yīng)，導(dǎo)致作用在鋼 g軌上的動輪載 Pd 要比靜輪載大，其增 量隨行車速度的增加而增大。 （一）基本應(yīng)力計(jì)算 檢算鋼軌強(qiáng)度時(shí)，基本應(yīng)力包括豎直荷載作用下的動彎應(yīng)力和因溫度應(yīng)力。 m。 軌枕橫向及縱向的壓力擴(kuò) 散線交點(diǎn)分別為 k k2，距枕底高度分別為 h h2。 ，產(chǎn)生沖擊的必要條件是在某一瞬間輪軌有兩點(diǎn)接觸、如圖 3— 16所示．鋼軌接頭處右側(cè)鋼軌沉陷角 248。 在鋼軌接頭處，車輪以速度 vo 沖擊鋼軌。 轉(zhuǎn)向架在曲線軌道上行駛，從運(yùn)動學(xué)角度看。 由 得 （ 362） 由 得 （ 363） 式中 J—— 車輛分配到 — 個(gè)轉(zhuǎn)向架上的離心力 (N)，其值為 mv2/R。 蠕滑力 F和蠕滑率 之間的關(guān)系只行在較小的蠕滑率范圍內(nèi)，才是線性的：在線性范圍內(nèi)即小蠕滑的情況下，該直線的斜率叫做蠕滑系數(shù)，如圖 3 21所示： 蠕滑力 負(fù)號表示蠕滑力的方向和滑動的方向總是相反的。對于大半徑曲線， y。 蠕滑力由下列公式確定 (369) 式中 x， y—— 縱向和橫向； q —— 由未被平衡的超高引起的輪重變化率； 前軸橫移量 yl 為定值、即等于輪軌游間之半，而后軸橫移量 y2可 內(nèi)幾何關(guān)系求得 , 是 x1的函數(shù)。應(yīng)從這兩方面有針對性地采取相應(yīng)措施予以防止。 (二 )輪重減載率 產(chǎn)生脫軌的原因過去多半認(rèn)為是由于橫向力增大的結(jié)果，但在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)、有時(shí)在側(cè)向力不大的情況下，而輪重嚴(yán)重減載時(shí)，也會出現(xiàn)脫軌現(xiàn)象，也就是說，當(dāng)左右輪的輪重偏載過大時(shí)，即便輪對橫向力很小，也省可能脫 軌。 在接觸點(diǎn) E 處作切線 AB，它與水平面成的夾角為 ，這個(gè)角取用車輪輪緣工作邊與水平面的夾角 —— 輪緣角，一般為 68。 (一 )軌道狀態(tài) 1．外軌超高設(shè)置不當(dāng)，未被平衡的超高導(dǎo)致車輪輪重增減載。 應(yīng)有 則橫向蠕滑率 (366) 橫向蠕滑力 (367) 162。 對于一定的輪對踏面斜率 和一定半徑的曲線，純滾線的位置是確定的。 由于歷史條件的限制，摩擦中心法也存在著明顯的不足之處。 把轉(zhuǎn)向架作為剛體看待，它的平面運(yùn)動應(yīng)有三個(gè)自由度，對它的平衡問題求解應(yīng)有三個(gè)靜力平衡條件。這種準(zhǔn)靜態(tài)荷載不只是在接頭處存在，沿著線路延長方向是普通存在的 (量值是隨機(jī)的 )，對軌道結(jié)構(gòu)來說是主要荷載。采用圖 3一 18的計(jì)算模型，簧下質(zhì)量 mu 以速度 Vc 沖擊軌端。 鋼軌接頭受力分析 英國鐵路 Derby 技術(shù)中心在 70年代韌，曾對鋼軌接頭的輪軌沖擊問題做了大量深入的研究工作。 道床頂面上的平均壓應(yīng)力為 (339) 式中 b—— 軌枕底面寬度，木枕 b=22cm，混凝土枕取平均寬度 b＝ ； e39。接觸應(yīng)力由于輪軌接觸面積很小，出 現(xiàn)局部應(yīng)力的高度集中，大大超過鋼軌的屈服極限，引起頭部壓潰、鋼料流動或形成高低不平的波浪形軌面，而在鋼質(zhì)較脆時(shí)．會產(chǎn)生頭部劈裂和其它種類的鋼軌傷損。 式中 P1—— 外軌 (或內(nèi)軌 )上的 輪載 P。當(dāng)有多個(gè)輪載同時(shí)作用在軌道上時(shí)，考慮輪群作用的辦法是：如要計(jì)算某一截面處的鋼軌彎矩 M，則將彎矩分布函數(shù) u 的坐標(biāo)原點(diǎn) O 置于該截面處，稱該截面為計(jì)算截面，如圖 3— 5所示。如圖 33所示圖中 Dp 為膠墊剛度 。q 為基礎(chǔ)分布反力集度。最早的解法是把它當(dāng)做有限跨連續(xù)梁來解，之后發(fā)展為用差分方程解法求解無限長梁。輪重是機(jī)車車輛靜止時(shí)，同一個(gè)輪對的左右兩個(gè)車輪對稱地作用于乎直軌道上的輪載。，就是應(yīng)用力學(xué)的基本理論，結(jié)合輪軌相互作用的原理，分析軌道在機(jī)車車輛不同的運(yùn)營條件下所發(fā)生的動態(tài)行為，即它的內(nèi)力和變形分布；對主要部件進(jìn)行強(qiáng)度檢算，以便加強(qiáng)軌道薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化軌道工作狀態(tài)、提高 軌道承載能力，最大眼度地發(fā)揮既有軌道的潛能，以盡可能少的投入取得盡可能高的效益。 1．豎向力包括靜輪重和附加動壓力。這種模型對鋼軌的支承是間斷不連續(xù)的，因此只能采用數(shù)值解法。從而由材料力學(xué)可知： 式中 E 為鋼軌鋼的彈性楔量； I為鋼軌截面對水平中性軸的慣性短； M 為鋼軌彎矩； Q 為鋼軌截面剪力 ?？砂阎?