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各种钢轨参数

发表时间：2014-11-02 19:53 作者：admin 来源：未知浏览：

名称＝重轨
标准=GB/ 183-1963,GB/T 182-1963,GB/T 181-1963
-----------------------------------------------------------
序号=2
钢轨型号\kg/m=43
A\mm=140
B\mm=114
C\mm=70
D\mm=14.5
截面面积\F\cm^2=57
重心距离\至轨底Z1\cm=6.85
重心距离\至轨顶Z2\cm=7.15
惯性矩\Jx\cm^4=1480
惯性矩\Jy\cm^4=260
截面系数\W1=Jx\Z1\cm^3=217.3
截面系数\W2=Jx\Z2\cm^3=208.3
截面系数\W3=Jy\(B/2)/cm^3=45
斜度\K=0.04375
理论重量\kg/m=44.653
通常长度\m=12.5，25
标准号=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

名称＝起重机钢轨
标准=YB/T 5055-1993
-----------------------------------------------------------
序号=2
型号=QU80
理论重量\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
截面面积\cm^2=81.13
重心距离y1\cm=6.43
重心距离y2\cm=6.57
惯性矩Ix\cm^4=1547.4
惯性矩Iy\cm^4=482.3
截面系数\W1=Ix/y1\cm^3=240.65
截面系数\W2=Ix/y2\cm^3=235.52
截面系数\W3=Iy/(b2/2)\cm^3=74.21
参考资料：《机械设计手册》
起重机钢轨（YB/T5055-1993）
1、尺寸、外形、重量
（1）尺寸
1）钢轨的截面形状、部位名称如图1所示，其截面尺寸应符合表1的规定。
图1
表1

型号	-	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）钢轨截面尺寸允许偏差应符合表2的规定。
表2

型号	轨头宽度b	轨底宽度b2	轨腰厚度s	钢轨高度h
QU70QU80QU100QU120	+1.0-2.0	+1.0-2.0	±1.0	±1.0

3）钢轨截面面积、理论重量及截面参数值应符合表3的规定。
表3

型号	截面积cm2	理论重量kg/m	参考数值
			重心距离/cm		惯性矩/cm4		截面系数/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：计算理论重量时，钢的比重采用7.85dg/dm3。
（2）长度
1）钢轨的标准长度为9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5m。
2）经供需双方协}义并在合同中注明，可供应一定比例的长度为4～8.9m的不定尺钢轨。但计算重量时按100mm进级。
3）钢轨长度允许偏差为+50mm。
（3）外形
1）钢轨的侧向弯曲度每米不得大于1.5mm，总弯曲度不得大于8mm。
2）钢轨的上、下方向总弯曲度不得大干6mm。
3）钢轨端部弯曲0.5m内不得大于1mm。
4）QU120起重机钢轨因受矫直设备能力限制。其弯曲度由供需双方协议。
5）钢轨扭转不得大于钢轨全长的1/10000。
6）钢轨横截面与垂直轴线的不对称：轨底不得大丁2mm，轨头不得大于0.6mm。
7）轨底部不应凹下。轨底中央较两边凸出不得大于0.5mm。
（4）重量
钢轨按理论重量交货。
2、牌号和化学成分
起重机钢轨的牌号和化学成分（熔炼分析）应符合表4的规定。
表4

牌号	化学成分/%
牌号	C	Si	Mn	-	-
U71Mn	0.65～0.77	0.15～0.35	1.10～1.50	≤0.040	≤0.040

3、力学性能
钢轨的抗拉强度不小于880MPa。
4、表面质量
（1）钢轨表面不得有裂纹、折叠、结疤、气泡和夹杂。允许有深度不大于钢轨尺寸允许负偏差数值的压痕、麻点和划伤及深度不大于1mm的发纹。
（2）钢轨端面不得有裂纹、分层与缩孔残余。
（3）钢轨端面应切得正直，端面歪斜在任何方向不得大于5mm。长度不小于4mm的毛刺应清除掉。
（4）钢轨表面缺陷允许用风铲进行纵向清理，清理深度（单面计算）不得大于尺寸允许负偏差。
（5）钢轨表面缺陷不允许焊补或填补。

第一节    钢    轨
一、钢轨的功用及要求
    钢轨是铁路轨道的主要组成部件。它的功用在于引导机车车辆的运行，承受车轮的巨大压力并传递到轨枕上，为车轮提供连续、平顺和阻力较小的滚动表面，在电气化铁路或自动闭塞区段，钢轨还兼做轨道电路之用。
    为使列车能够安全、平稳和不间断地运行，钢轨除必须充分发挥上述诸功能外，还应保证在轮载和轨温变化作用下，应力和变形均不超过规定的限值。这就要求钢轨具有足够的强度、韧性和耐磨性。
    机车依靠其动轮与钢轨顶面之间的摩擦牵引列车前进，这就要求钢轨顶面粗糙，使车轮与钢轨之间产生足够的摩擦力。但对车辆来说，摩阻力太大会使行车阻力增加，这就又要求钢轨有一个光滑的滚动表面。从这一矛盾的主要方面出发，钢轨仍应维持其光滑的表面，必要时，可用向轨面撒砂的方法提高机车动轮与钢轨之间的粘着力。
    钢轨依靠本身的刚度抵抗轮载作用下的弹性弯曲，但是为了减轻车轮对钢轨的动力冲击作用，防止机车车辆走行部分及钢轨的折损，又要求钢轨具有必要的弹性。
    车轮与钢轨之间接触面积很小，而来自车轮的压力却十分巨大，为使钢轨不致被压陷或磨耗太快，钢轨应具有足够的硬度。但硬度太高，钢轨又容易受冲击而折损，因此，要求钢轨具有一定的韧性。
    此外，还应考虑到在我国的铁路建设事业中，每年需要大量的各种类型钢轨，因此，钢轨必须设计合理，价格低廉，轻重齐备，自成系列。
    为满足上述这些要求，在设计和制造钢轨时，对其材质、断面形状、重量、强度、韧性和耐磨性能等都应充分考虑。
二、钢轨的断面及类型
    （一）钢轨断面
作用于钢轨上的力主要是竖直力，其结果是使
钢轨挠曲。钢轨可视为弹性基础上的连续长梁，而
梁抵抗挠曲的最佳断面形状为工字形。因此，钢轨
采用由轨头、轨腰和轨底三部分组成的宽底式工字

图1-1 钢轨断面形状

形断面，如图1-1所示。
    钢轨断面应满足下列要求：
    1.钢轨头部是直接和车轮接触的部分。为改善轮轨接触条件，提高其抵抗压陷和耐磨的能力，轨头宜大而厚，并有足够的面积以备磨耗，其几何形状应适合轮轨的接触。
    2.为使钢轨有较大的承载能力和抗弯能力，钢轨腰部必须有足够的厚度和高度。轨腰与钢轨头部及底部的连接，必须保证夹板能有足够的支承面，并使断面的变化不致于太突然，以免产生过大的应力集中。
    3.钢轨底部直接支承在轨枕顶面上。为保持钢轨稳定，轨底应有足够的宽度和厚度，并具有必要的刚度和抵抗锈蚀的能力。
    4.钢轨的头部顶面宽（b）、轨腰厚（c）、轨身高（H）及轨底宽（B）是钢轨断面的四个主要参数。钢轨高度应尽可能大一些，以保证有足够的惯性矩及断面系数来承受竖直轮载的动力作用。但钢轨愈高，其在横向水平力作用下的稳定性愈差。轨身高与轨底宽之间应有一个适当的比例，一般采用H/B=1.15～1.20。
   （二）钢轨类型
    钢轨的类型以每米长度钢轨的质量（kg/m）来表示。目前，我国铁路的钢轨类型主要有75、60、50、43kg/m等四种。60、75kg/m钢轨的断面尺寸如图1-2所示。钢轨各部分的尺寸及特征见表1-1。
    随着机车车辆轴重的加大和行车速度的提高，钢轨正在向重型发展，目前世界上最重型的钢轨已达到77.5kg/m。我国钢轨的标准长度有12.5m及25m两种。另外，还有用于曲线轨道内股比12.5m标准轨缩短40、80、120mm和比25m标准轨缩短40、80、160mm的六种标准缩短轨。

图1-2  60、75kg/m 钢轨断面尺寸  （单位：mm）

表1-1                     常用钢轨断面尺寸及特征

项目		单位	类型（kg/m）
项目		单位	75	60	50	43
每米质量		kg	74.414	60.640	51.514	44.653
断面积F		cm2	95.037	77.45	65.8	57.0
钢轨高度H		mm	192	176	152	140
轨头宽度b		mm	75	73	70	70
轨底宽度B		mm	150	150	132	114
轨腰厚度c		mm	20	16.5	15.5	14.5
螺栓孔直径		mm	31	31	31	29
轨端至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
垂直轴的惯性矩Ⅰy		cm4	665	524	377	260
水平轴的惯性矩Ⅰx		cm4	4489	3217	2037	1489
轨头断面系数w头		cm3	432	339	251	208
轨底断面系数w低		cm3	509	396	287	217
钢轨垂直磨耗3(mm)	Ⅰx	cm4	4328	3069	1946	1409
	w头	cm3	420	318	242	200
	w低	cm3	496	385	283	211
钢轨垂直磨耗6(mm)	Ⅰx	cm4	4089	2879	1827	1317
	w头	cm3	405	291	230	189
	w低	cm3	482	375	275	205
钢轨垂直磨耗9(mm)	Ⅰx	cm4	3898	2690	1702	1220
	w头	cm3	390	264	216	176
	w低	cm3	470	363	264	197

三、钢轨的化学成分
    钢轨的强度、耐磨性及韧性在很大程度上取决于钢轨的材质。钢轨材质的内部组织和机械性能，主要由轧制钢轨钢的化学成分决定。因此，化学成分是钢轨质量的第一个特征，严格控制钢的化学成分，是保证钢轨质量的一个主要因素。
    钢轨除含铁（Fe）外，还含有碳（C）、锰（Mn）、硅（Si）及磷（P）、硫（S）等元素。
钢的含碳量高，可提高其抗拉强度、硬度和耐磨性。但含碳量过高，也会使钢轨的塑性和韧性明显下降，还会使钢轨内部产生白点形成极微小裂纹，诱发钢轨断裂，危及行车安全。目前，普遍认为钢含碳量的极限值为0.82％。为了进一步提高钢轨的耐磨性能和强度，可对钢轨进行全长淬火或采用合金钢轨。如在钢轨的化学成分中增加铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、铌（Nb）、钒（V）、钛（Ti）和铜（Cu）等元素，制成合金钢轨，可提高钢轨的抗拉和疲劳强度，以及耐磨和耐腐蚀的性能。
    锰可以提高钢的强度和韧性。锰含量一般为0.6%～1.0%。锰含量为1.1%～1.5%时称为中锰钢，有较高的抗磨性能。
    硅易与氧化合，能除去钢中气泡而使钢轨材质致密。其含量一般为0.15%～0.3%。提高钢的含硅量，能提高钢轨的耐磨性能。
    磷、硫都是有害成分。磷含量大于0.1%时，会使钢轨具有冷脆性，在寒冷地区易突然断裂。硫会使金属在800℃～1200℃时发脆，在轧制及热加工时易出现裂纹。所以，磷、硫的含量必须严格加以控制。

起重机车轮组的参量化设计

3 、车轮组各个要素
3．1基本假定：
本指导书假定：轨道与车轮间的接触呈线接触。最大静力强度所承受的载荷（PⅢ）不使接触面产生塑性变形，在当量载荷（PⅠ＝Pd）作用下，接触面最大应力不超过材料的屈服强度，工作状态下的最大载荷PⅡmax可能使车轮或轨道中的一个处于或接近处于弹塑性状态，但不至于明显地影响接触寿命。
3、2、基本要求
车轮的材质及其热处理，技术要求符合前面推荐内容。通过合理设计使车轮组中主要件基本等强或等寿命。轮轨间的匹配符合表1要求。
3、3、线接触时的投影比压
由材料的强度决定的许可投影比压按式（1）计算—适用于第Ⅰ类载荷情况。

……………………………………………………（1）
式中：σs─材料的屈服极限，取接触件中较弱者，N/mm2
E─钢的弹性模量，取2.06 ×105N/mm2
根据基本假定可获得PⅡ和PⅢ，其计算结果列于表2中。
表2

轨道标准代号型号、材料标准		车轮材料、技术要求	比压许用值			采用轨道头尺寸mm
			pⅠ N/mm2	pⅡ N/mm2	pⅢ N/mm2	型号或截面	头宽 b	圆角 r		计算宽 b0
GB/T1591－94；Q420－B бb≈520～680MPa；бs≥420 MPа		d1≤400,淬火330~380HBS;深15处≥260HBS d1〉400, 淬火330~380 HBS;深20处≥260HBS。荐用材料：碾锻时，CL60；锻造时，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轻轨55Q；бb≥685N/mm2			5.6	8.71	9.6
						P15	37	7	27.66
						P18	40	7	30.66
GB/T2585－81；P43重轨U71Mn；бb≥884N/mm2			7.85	12.27	13.35
						P24	51	13	33.67
GB/T3426－82起重机钢轨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─分别为第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ载荷情况下的许用投影比压。
3、4、车轮与轨道间许用轮压基准数据
根据传动的需要，在确定了轨道和车轮直径后，依表2给定的许用投影比压按式（2）可得许用轮压基准数据（不计摩擦力的影响）。
……………………………………..………………（2）
式中：P0、PIImax、PIIImax─分别为第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ载荷情况的基准数据。
b0 ─轨道计算宽度，mm。
对于方钢轨道b0 =b-2r；
对于平顶圆角钢轨，。
推荐的轨道及其计算宽度见表2。
对于φ500～φ900车轮组的许用轮压的基准数据列于表3中。
表3φ500～φ900车轮的许用轮压的基准数据KN

车轮直径（mm）		d1=500				d1=630
轨道型号		P43	QU80	QU100	QU120	P43	QU80	QU100	QU120
载荷情况Ⅰ	P0	206	260	321	393	260	327	405	496
载荷情况Ⅱ	PIImax	323	406	502	615	407	511	633	774
载荷情况Ⅲ	PIIImax	351	442	546	669	442	556	688	843

车轮直径（mm）		d1=710				d1=800				d1=900
轨道型号		P43	QU80	QU100	QU120	P43	QU80	QU100	QU120	QU100	QU120
载荷情况Ⅰ	P0	293	369	456	558	330	416	514	629	578	708
载荷情况Ⅱ	PⅡmax	458	576	713	873	516	650	804	984	904	1107
载荷情况Ⅲ	PⅢmax	499	627	776	950	562	707	874	1070	984	1204

续表3φ500～φ900车轮的许用轮压的基准数据
3.5轨道与车轮间的许用轮压
第Ⅰ载荷情况下的许用轮压按式（3）计算
kN ……………………………………… （3）
式中：——车轮转速修正系数，见表4，
——工作级别修正系数，见表5。
第Ⅱ、Ⅲ载荷情况下的许用最大轮压PⅡmax和PⅢmax取表3中的相应数值。
表4C1与车轮转速的关系

转速（r/min）	C1	转速（r/min）	C1	转速（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与机构工作级别的关系

机构工作级别	≤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显然就是车轮转速为31.5r/min、工作级别为M5时的第Ⅰ类载荷情况下的许用工作轮压。

牌号     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.力学性能
牌号                 抗拉强度（N/mm^2)                 断后伸长率 A/%
                                     不小于                       不小于
U71Mn                          880                                            9