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铁道概论 学习参考 第一章 绪论 v 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。 v 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。 v 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。 v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 v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： v 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。 v 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。 v3、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。 v 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。 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。 v5、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。 v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。 v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。 v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510倍，比海轮快 2025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。 v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。 v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。 v 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。 v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 。 v 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。 第二章 线路 v(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。 v (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 v (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 v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。 等 级 铁路在路网中的意 义 远期年 客货运 量 级铁 路 在路网中起骨干作 用的铁路 15Mt 级铁 路 1.在路网中起骨干作 用的铁路 15Mt 2.在路网中起联络、 辅助作用的铁路 7.5Mt 级 铁路 为某一区域服务， 具有区域运输性质 的铁路 7.5Mt v (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。 v (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）。 v 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。 v (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。 v i=h / L =tana v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。 v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 v【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。 v(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 v 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)。 v 该标设置于圆曲线的中部，示意图如下： v (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）。 v 坡度标设在变坡点处，如下图所示： v 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。 v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。 v 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。 v 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。 v 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。 v钢轨 v 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。 v轨枕 v 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 。 v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。 v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。 型弹条扣件 木枕用中间联结零件 v道床 v 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。 v防爬设备 v 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。 v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。 v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 。 v道岔 v 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。 v 一、普通单开道岔 v (一)组成：转辙器、辙叉及护轨、连接部分。 v 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。 v 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。 v (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。 v3.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。 v (三)道岔号数 道岔因其辙叉角的大小不同，有不同的道 岔（ ) v v【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。 道岔号数 （N） 辙叉角（ ） 导曲 半径（m） 道岔全长 （m） 侧向允许通 过速度（ km/h） 96°202518028.84830 124°454933036.81545 183°1012.580054.0080 v1998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 。 v1.双开道岔 道岔衔接的两条线路各自向两侧分岔 v 2.三开道岔 可以同时衔接三条线路。 v 3.交分道岔 四组单开道岔和一副菱形交叉设备的结合体。 v4.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。 v5.交叉渡线 由四副单开道岔和一组菱形交叉设备组合而成。 v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）加宽值（mm） R3500 350R3005 R30015 曲线轨距加宽表 一、轨距加宽 v (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 。 v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。 v (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。 v (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。 v (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。 v (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。 v 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 150250km,复线为100150km。 工务段下设若干个领工区,每一领工区再设45 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。