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各種鋼軌參數(shù)

發(fā)表時間：2014-11-02 19:53 作者：admin 來源：未知瀏覽：

名稱＝重軌
標(biāo)準(zhǔn)=GB/ 183-1963,GB/T 182-1963,GB/T 181-1963
-----------------------------------------------------------
序號=2
鋼軌型號\kg/m=43
A\mm=140
B\mm=114
C\mm=70
D\mm=14.5
截面面積\F\cm^2=57
重心距離\至軌底Z1\cm=6.85
重心距離\至軌頂Z2\cm=7.15
慣性矩\Jx\cm^4=1480
慣性矩\Jy\cm^4=260
截面系數(shù)\W1=Jx\Z1\cm^3=217.3
截面系數(shù)\W2=Jx\Z2\cm^3=208.3
截面系數(shù)\W3=Jy\(B/2)/cm^3=45
斜度\K=0.04375
理論重量\kg/m=44.653
通常長度\m=12.5,，25
標(biāo)準(zhǔn)號=GB182-63
h1\mm=27
h2\mm=42
h3\mm=77.5
a\mm=30.4
b\mm=46
g\mm=78
f1\mm=11
f2\mm=14
f3\mm=
r1\mm=13
r2\mm=2
r3\mm=4
S1\mm=56
S2\mm=110
S3\mm=160
φ=29
R\mm=300
R1\mm=5,，10
R2\mm=15

名稱＝起重機鋼軌
標(biāo)準(zhǔn)=YB/T 5055-1993
-----------------------------------------------------------
序號=2
型號=QU80
理論重量\kg/m=63.69
b\mm=80
b1\mm=87
b2\mm=130
s\mm=32
h\mm=130
h1\mm=35
h2\mm=26
R\mm=400
R1\mm=26
R2\mm=44
r\mm=8
r1\mm=6
r2\mm=2
截面面積\cm^2=81.13
重心距離y1\cm=6.43
重心距離y2\cm=6.57
慣性矩Ix\cm^4=1547.4
慣性矩Iy\cm^4=482.3
截面系數(shù)\W1=Ix/y1\cm^3=240.65
截面系數(shù)\W2=Ix/y2\cm^3=235.52
截面系數(shù)\W3=Iy/(b2/2)\cm^3=74.21
參考資料：《機械設(shè)計手冊》
起重機鋼軌（YB/T5055-1993）
1,、尺寸,、外形,、重量
（1）尺寸
1）鋼軌的截面形狀、部位名稱如圖1所示,，其截面尺寸應(yīng)符合表1的規(guī)定,。
圖1
表1

型號	-	b1	b2	-	h	h1	h2	R	R1	R2	r	r1	r2
QU70	70	76.5	120	28	120	32.5	24	400	23	38	6	6	1.5
QU80	80	87	130	32	130	35	26	400	26	44	8	6	1.5
QU100	100	108	150	38	150	40	30	450	30	50	8	8	2
QU120	120	129	170	44	170	45	35	500	34	56	8	8	2

2）鋼軌截面尺寸允許偏差應(yīng)符合表2的規(guī)定。
表2

型號	軌頭寬度b	軌底寬度b2	軌腰厚度s	鋼軌高度h
QU70QU80QU100QU120	+1.0-2.0	+1.0-2.0	±1.0	±1.0

3）鋼軌截面面積,、理論重量及截面參數(shù)值應(yīng)符合表3的規(guī)定,。
表3

型號	截面積cm2	理論重量kg/m	參考數(shù)值
			重心距離/cm		慣性矩/cm4		截面系數(shù)/cm3
			y1	y2	Ix	Iy	w1=Ix/y1	w2=Ix/y2	w3=Iy/（b2/2）
QU70	67.30	52.80	5.93	6.07	1081.99	327.16	182.46	178.12	54.53
QU80	81.13	63.69	6.43	6.57	1547.40	482.39	240.56	235.52	74.21
QU100	113.32	88.96	7.60	7.40	2864.73	940.98	376.94	387.12	125.45
QU120	150.44	118.10	8.43	8.57	4923.79	1694.83	584.08	574.54	199.39

注：計算理論重量時，鋼的比重采用7.85dg/dm3,。
（2）長度
1）鋼軌的標(biāo)準(zhǔn)長度為9,、9.5、10,、10.5,、11、11.5,、12,、12.5m。
2）經(jīng)供需雙方協(xié)}義并在合同中注明,，可供應(yīng)一定比例的長度為4～8.9m的不定尺鋼軌,。但計算重量時按100mm進(jìn)級。
3）鋼軌長度允許偏差為+50mm,。
（3）外形
1）鋼軌的側(cè)向彎曲度每米不得大于1.5mm,，總彎曲度不得大于8mm。
2）鋼軌的上,、下方向總彎曲度不得大干6mm。
3）鋼軌端部彎曲0.5m內(nèi)不得大于1mm,。
4）QU120起重機鋼軌因受矯直設(shè)備能力限制,。其彎曲度由供需雙方協(xié)議。
5）鋼軌扭轉(zhuǎn)不得大于鋼軌全長的1/10000,。
6）鋼軌橫截面與垂直軸線的不對稱：軌底不得大丁2mm,，軌頭不得大于0.6mm。
7）軌底部不應(yīng)凹下,。軌底中央較兩邊凸出不得大于0.5mm,。
（4）重量
鋼軌按理論重量交貨,。
2、牌號和化學(xué)成分
起重機鋼軌的牌號和化學(xué)成分（熔煉分析）應(yīng)符合表4的規(guī)定,。
表4

牌號	化學(xué)成分/%
牌號	C	Si	Mn	-	-
U71Mn	0.65～0.77	0.15～0.35	1.10～1.50	≤0.040	≤0.040

3,、力學(xué)性能
鋼軌的抗拉強度不小于880MPa。
4,、表面質(zhì)量
（1）鋼軌表面不得有裂紋,、折疊、結(jié)疤,、氣泡和夾雜,。允許有深度不大于鋼軌尺寸允許負(fù)偏差數(shù)值的壓痕、麻點和劃傷及深度不大于1mm的發(fā)紋,。
（2）鋼軌端面不得有裂紋,、分層與縮孔殘余。
（3）鋼軌端面應(yīng)切得正直,，端面歪斜在任何方向不得大于5mm,。長度不小于4mm的毛刺應(yīng)清除掉。
（4）鋼軌表面缺陷允許用風(fēng)鏟進(jìn)行縱向清理,，清理深度（單面計算）不得大于尺寸允許負(fù)偏差,。
（5）鋼軌表面缺陷不允許焊補或填補。

第一節(jié)    鋼    軌
一,、鋼軌的功用及要求
    鋼軌是鐵路軌道的主要組成部件,。它的功用在于引導(dǎo)機車車輛的運行，承受車輪的巨大壓力并傳遞到軌枕上,，為車輪提供連續(xù),、平順和阻力較小的滾動表面，在電氣化鐵路或自動閉塞區(qū)段,，鋼軌還兼做軌道電路之用,。
    為使列車能夠安全、平穩(wěn)和不間斷地運行,，鋼軌除必須充分發(fā)揮上述諸功能外,，還應(yīng)保證在輪載和軌溫變化作用下，應(yīng)力和變形均不超過規(guī)定的限值,。這就要求鋼軌具有足夠的強度,、韌性和耐磨性。
    機車依靠其動輪與鋼軌頂面之間的摩擦牽引列車前進(jìn),，這就要求鋼軌頂面粗糙,，使車輪與鋼軌之間產(chǎn)生足夠的摩擦力。但對車輛來說,，摩阻力太大會使行車阻力增加,，這就又要求鋼軌有一個光滑的滾動表面,。從這一矛盾的主要方面出發(fā)，鋼軌仍應(yīng)維持其光滑的表面,，必要時,，可用向軌面撒砂的方法提高機車動輪與鋼軌之間的粘著力。
    鋼軌依靠本身的剛度抵抗輪載作用下的彈性彎曲,，但是為了減輕車輪對鋼軌的動力沖擊作用,，防止機車車輛走行部分及鋼軌的折損，又要求鋼軌具有必要的彈性,。
    車輪與鋼軌之間接觸面積很小,，而來自車輪的壓力卻十分巨大，為使鋼軌不致被壓陷或磨耗太快,，鋼軌應(yīng)具有足夠的硬度,。但硬度太高，鋼軌又容易受沖擊而折損,，因此,，要求鋼軌具有一定的韌性。
    此外,，還應(yīng)考慮到在我國的鐵路建設(shè)事業(yè)中,，每年需要大量的各種類型鋼軌，因此,，鋼軌必須設(shè)計合理,，價格低廉，輕重齊備,，自成系列,。
    為滿足上述這些要求，在設(shè)計和制造鋼軌時,，對其材質(zhì),、斷面形狀、重量,、強度,、韌性和耐磨性能等都應(yīng)充分考慮。
二,、鋼軌的斷面及類型
    （一）鋼軌斷面
作用于鋼軌上的力主要是豎直力,，其結(jié)果是使
鋼軌撓曲。鋼軌可視為彈性基礎(chǔ)上的連續(xù)長梁,，而
梁抵抗撓曲的最佳斷面形狀為工字形。因此,，鋼軌
采用由軌頭,、軌腰和軌底三部分組成的寬底式工字

圖1-1 鋼軌斷面形狀

形斷面,，如圖1-1所示。
    鋼軌斷面應(yīng)滿足下列要求：
    1.鋼軌頭部是直接和車輪接觸的部分,。為改善輪軌接觸條件,，提高其抵抗壓陷和耐磨的能力，軌頭宜大而厚,，并有足夠的面積以備磨耗,，其幾何形狀應(yīng)適合輪軌的接觸。
    2.為使鋼軌有較大的承載能力和抗彎能力,，鋼軌腰部必須有足夠的厚度和高度,。軌腰與鋼軌頭部及底部的連接，必須保證夾板能有足夠的支承面,，并使斷面的變化不致于太突然,，以免產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中。
    3.鋼軌底部直接支承在軌枕頂面上,。為保持鋼軌穩(wěn)定,，軌底應(yīng)有足夠的寬度和厚度，并具有必要的剛度和抵抗銹蝕的能力,。
    4.鋼軌的頭部頂面寬（b）,、軌腰厚（c）、軌身高（H）及軌底寬（B）是鋼軌斷面的四個主要參數(shù),。鋼軌高度應(yīng)盡可能大一些,，以保證有足夠的慣性矩及斷面系數(shù)來承受豎直輪載的動力作用。但鋼軌愈高,，其在橫向水平力作用下的穩(wěn)定性愈差,。軌身高與軌底寬之間應(yīng)有一個適當(dāng)?shù)谋壤话悴捎肏/B=1.15～1.20,。
   （二）鋼軌類型
    鋼軌的類型以每米長度鋼軌的質(zhì)量（kg/m）來表示,。目前，我國鐵路的鋼軌類型主要有75,、60,、50、43kg/m等四種,。60,、75kg/m鋼軌的斷面尺寸如圖1-2所示。鋼軌各部分的尺寸及特征見表1-1,。
    隨著機車車輛軸重的加大和行車速度的提高,，鋼軌正在向重型發(fā)展，目前世界上最重型的鋼軌已達(dá)到77.5kg/m,。我國鋼軌的標(biāo)準(zhǔn)長度有12.5m及25m兩種,。另外,，還有用于曲線軌道內(nèi)股比12.5m標(biāo)準(zhǔn)軌縮短40、80,、120mm和比25m標(biāo)準(zhǔn)軌縮短40,、80、160mm的六種標(biāo)準(zhǔn)縮短軌,。

圖1-2  60,、75kg/m 鋼軌斷面尺寸  （單位：mm）

表1-1                     常用鋼軌斷面尺寸及特征

項目		單位	類型（kg/m）
項目		單位	75	60	50	43
每米質(zhì)量		kg	74.414	60.640	51.514	44.653
斷面積F		cm2	95.037	77.45	65.8	57.0
鋼軌高度H		mm	192	176	152	140
軌頭寬度b		mm	75	73	70	70
軌底寬度B		mm	150	150	132	114
軌腰厚度c		mm	20	16.5	15.5	14.5
螺栓孔直徑		mm	31	31	31	29
軌端至1孔中心距		mm	76	76	60	56
1孔至2孔中心距		mm	140	140	150	110
2孔至3孔中心距		mm	130	140	140	160
垂直軸的慣性矩Ⅰy		cm4	665	524	377	260
水平軸的慣性矩Ⅰx		cm4	4489	3217	2037	1489
軌頭斷面系數(shù)w頭		cm3	432	339	251	208
軌底斷面系數(shù)w低		cm3	509	396	287	217
鋼軌垂直磨耗3(mm)	Ⅰx	cm4	4328	3069	1946	1409
	w頭	cm3	420	318	242	200
	w低	cm3	496	385	283	211
鋼軌垂直磨耗6(mm)	Ⅰx	cm4	4089	2879	1827	1317
	w頭	cm3	405	291	230	189
	w低	cm3	482	375	275	205
鋼軌垂直磨耗9(mm)	Ⅰx	cm4	3898	2690	1702	1220
	w頭	cm3	390	264	216	176
	w低	cm3	470	363	264	197

三、鋼軌的化學(xué)成分
    鋼軌的強度,、耐磨性及韌性在很大程度上取決于鋼軌的材質(zhì),。鋼軌材質(zhì)的內(nèi)部組織和機械性能，主要由軋制鋼軌鋼的化學(xué)成分決定,。因此,，化學(xué)成分是鋼軌質(zhì)量的第一個特征，嚴(yán)格控制鋼的化學(xué)成分,，是保證鋼軌質(zhì)量的一個主要因素,。
    鋼軌除含鐵（Fe）外，還含有碳（C）,、錳（Mn）,、硅（Si）及磷（P）、硫（S）等元素,。
鋼的含碳量高,，可提高其抗拉強度、硬度和耐磨性,。但含碳量過高,，也會使鋼軌的塑性和韌性明顯下降，還會使鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生白點形成極微小裂紋,，誘發(fā)鋼軌斷裂,，危及行車安全。目前,，普遍認(rèn)為鋼含碳量的極限值為0.82％,。為了進(jìn)一步提高鋼軌的耐磨性能和強度，可對鋼軌進(jìn)行全長淬火或采用合金鋼軌,。如在鋼軌的化學(xué)成分中增加鉻（Cr）,、鎳（Ni）、鉬（Mo）,、鈮（Nb）,、釩（V）、鈦（Ti）和銅（Cu）等元素，制成合金鋼軌,，可提高鋼軌的抗拉和疲勞強度,，以及耐磨和耐腐蝕的性能。
    錳可以提高鋼的強度和韌性,。錳含量一般為0.6%～1.0%。錳含量為1.1%～1.5%時稱為中錳鋼,，有較高的抗磨性能,。
    硅易與氧化合，能除去鋼中氣泡而使鋼軌材質(zhì)致密,。其含量一般為0.15%～0.3%,。提高鋼的含硅量，能提高鋼軌的耐磨性能,。
    磷,、硫都是有害成分。磷含量大于0.1%時,，會使鋼軌具有冷脆性,，在寒冷地區(qū)易突然斷裂。硫會使金屬在800℃～1200℃時發(fā)脆,，在軋制及熱加工時易出現(xiàn)裂紋,。所以，磷,、硫的含量必須嚴(yán)格加以控制,。

起重機車輪組的參量化設(shè)計

3 、車輪組各個要素
3．1基本假定：
本指導(dǎo)書假定：軌道與車輪間的接觸呈線接觸,。最大靜力強度所承受的載荷（PⅢ）不使接觸面產(chǎn)生塑性變形,，在當(dāng)量載荷（PⅠ＝Pd）作用下，接觸面最大應(yīng)力不超過材料的屈服強度,，工作狀態(tài)下的最大載荷PⅡmax可能使車輪或軌道中的一個處于或接近處于彈塑性狀態(tài),，但不至于明顯地影響接觸壽命。
3,、2,、基本要求
車輪的材質(zhì)及其熱處理，技術(shù)要求符合前面推薦內(nèi)容,。通過合理設(shè)計使車輪組中主要件基本等強或等壽命,。輪軌間的匹配符合表1要求。
3,、3,、線接觸時的投影比壓
由材料的強度決定的許可投影比壓按式（1）計算—適用于第Ⅰ類載荷情況。

……………………………………………………（1）
式中：σs─材料的屈服極限，取接觸件中較弱者,，N/mm2
E─鋼的彈性模量,，取2.06 ×105N/mm2
根據(jù)基本假定可獲得PⅡ和PⅢ，其計算結(jié)果列于表2中,。
表2

軌道標(biāo)準(zhǔn)代號型號,、材料標(biāo)準(zhǔn)		車輪材料、技術(shù)要求	比壓許用值			采用軌道頭尺寸mm
			pⅠ N/mm2	pⅡ N/mm2	pⅢ N/mm2	型號或截面	頭寬 b	圓角 r		計算寬 b0
GB/T1591－94,；Q420－B бb≈520～680MPa,；бs≥420 MPа		d1≤400,淬火330~380HBS;深15處≥260HBS d1〉400, 淬火330~380 HBS;深20處≥260HBS。薦用材料：碾鍛時,，CL60,；鍛造時，65Mn,。	2.7	4.23	4.6	□50×50	50	5	40
						□80×50	80	5	70
						□100×50	100	5	90
YB/T23－86,；P15～24輕軌55Q；бb≥685N/mm2			5.6	8.71	9.6
						P15	37	7	27.66
						P18	40	7	30.66
GB/T2585－81,；P43重軌U71Mn,；бb≥884N/mm2			7.85	12.27	13.35
						P24	51	13	33.67
GB/T3426－82起重機鋼軌U71Mn U70MnSiбb≥884N/mm2	QU80		7.5	11.72	12.75	P43	70	13	52.66
						QU80	80	8	69.33
	QU100 QU120		7.2	11.25	12.24	QU100	100	8	89.33
						QU120	120	8	109.33

注：pⅠ、pⅡ,、pⅢ─分別為第Ⅰ,、第Ⅱ、第Ⅲ載荷情況下的許用投影比壓,。
3,、4、車輪與軌道間許用輪壓基準(zhǔn)數(shù)據(jù)
根據(jù)傳動的需要,，在確定了軌道和車輪直徑后,，依表2給定的許用投影比壓按式（2）可得許用輪壓基準(zhǔn)數(shù)據(jù)（不計摩擦力的影響）。
……………………………………..………………（2）
式中：P0,、PIImax,、PIIImax─分別為第Ⅰ、第Ⅱ,、第Ⅲ載荷情況的基準(zhǔn)數(shù)據(jù),。
b0 ─軌道計算寬度，mm,。
對于方鋼軌道b0 =b-2r,；
對于平頂圓角鋼軌，,。
推薦的軌道及其計算寬度見表2,。
對于φ500～φ900車輪組的許用輪壓的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)列于表3中,。
表3φ500～φ900車輪的許用輪壓的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)KN

車輪直徑（mm）		d1=500				d1=630
軌道型號		P43	QU80	QU100	QU120	P43	QU80	QU100	QU120
載荷情況Ⅰ	P0	206	260	321	393	260	327	405	496
載荷情況Ⅱ	PIImax	323	406	502	615	407	511	633	774
載荷情況Ⅲ	PIIImax	351	442	546	669	442	556	688	843

車輪直徑（mm）		d1=710				d1=800				d1=900
軌道型號		P43	QU80	QU100	QU120	P43	QU80	QU100	QU120	QU100	QU120
載荷情況Ⅰ	P0	293	369	456	558	330	416	514	629	578	708
載荷情況Ⅱ	PⅡmax	458	576	713	873	516	650	804	984	904	1107
載荷情況Ⅲ	PⅢmax	499	627	776	950	562	707	874	1070	984	1204

續(xù)表3φ500～φ900車輪的許用輪壓的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)
3.5軌道與車輪間的許用輪壓
第Ⅰ載荷情況下的許用輪壓按式（3）計算
kN ……………………………………… （3）
式中：——車輪轉(zhuǎn)速修正系數(shù)，見表4,，
——工作級別修正系數(shù),，見表5。
第Ⅱ,、Ⅲ載荷情況下的許用最大輪壓PⅡmax和PⅢmax取表3中的相應(yīng)數(shù)值,。
表4C1與車輪轉(zhuǎn)速的關(guān)系

轉(zhuǎn)速（r/min）	C1	轉(zhuǎn)速（r/min）	C1	轉(zhuǎn)速（r/min）	C1
200	0.66	50	0.94	16	1.09
160	0.72	45	0.96	14	1.1
125	0.77	40	0.97	12.5	1.11
112	0.79	35.5	0.99	11.2	1.12
100	0.82	31.5	1.00	10	1.13
90	0.84	28	1.02	8	1.14
80	0.87	25	1.03	6.3	1.15
71	0.89	22.5	1.04	5.6	1.16
63	0.91	20	1.06	5.0	1.17
56	0.92	18	1.07

表5C2與機構(gòu)工作級別的關(guān)系

機構(gòu)工作級別	≤M3	M4	M5	M6	M7,M8
C2	1.25	1.12	1.0	0.9	0.8

由表4和表5可知，表3中的P0顯然就是車輪轉(zhuǎn)速為31.5r/min,、工作級別為M5時的第Ⅰ類載荷情況下的許用工作輪壓,。

牌號     C               Si             Mn              S           P           V         Nb
U71Mn   0.65-0.76   0.15-0.35  1.10-1.40   ≤0.030  ≤0.030  ≤0.030 ≤0.010

2.力學(xué)性能
牌號                 抗拉強度（N/mm^2)                 斷后伸長率 A/%
                                     不小于                       不小于
U71Mn                          880                                            9