2024年3月26日发(作者：桓安康)
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
Amm=140
Bmm=114
Cmm=70
Dmm=14.5
截面面积Fcm^2=57
重心距离至轨底Z1cm=6.85
重心距离至轨顶Z2cm=7.15
惯性矩Jxcm^4=1480
惯性矩Jycm^4=260
截面系数W1=JxZ1cm^3=217.3
截面系数W2=JxZ2cm^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
h1mm=27
h2mm=42
h3mm=77.5
amm=30.4
bmm=46
gmm=78
f1mm=11
f2mm=14
f3mm=
r1mm=13
r2mm=2
r3mm=4
S1mm=56
S2mm=110
S3mm=160
φ=29
Rmm=300
R1mm=5，10
R2mm=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
bmm=80
b1mm=87
b2mm=130
smm=32
hmm=130
h1mm=35
h2mm=26
Rmm=400
R1mm=26
R2mm=44
rmm=8
r1mm=6
r2mm=2
截面面积cm^2=81.13
重心距离y1cm=6.43
重心距离y2cm=6.57
惯性矩Ixcm^4=1547.4
惯性矩Iycm^4=482.3
截面系数W1=Ix/y1cm^3=240.65
截面系数W2=Ix/y2cm^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 - b
1
b
2
- h h
1
h
2
R R
1
R
2
r r
1
r
2
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b
2
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
参考数值
理论重量
2
型号 截面积cm 重心距离/cm
kg/m
y
1
y
2
惯性矩/cm
4
截面系数/cm
3
I
x
I
y
w
1
=I
x
/y
1
w
2
=I
x
/y
2
w
3
=I
y
/（b
2
/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
3
584.08 574.54 199.39
注：计算理论重量时，钢的比重采用7.85dg/dm。
（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
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
类型（kg/m）
项目
每米质量
断面积F
钢轨高度H
轨头宽度b
轨底宽度B
轨腰厚度c
螺栓孔直径
轨端至1孔中心距
1孔至2孔中心距
2孔至3孔中心距
垂直轴的惯性矩Ⅰ
y
水平轴的惯性矩Ⅰ
x
轨头断面系数w
头
轨底断面系数w
低
Ⅰ
x
钢轨垂直磨耗3(mm) w
头
w
低
Ⅰ
x
钢轨垂直磨耗6(mm) w
头
w
低
Ⅰ
x
钢轨垂直磨耗9(mm) w
头
w
低
单位
75
kg
cm
2
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
cm
4
cm
4
cm
3
cm
3
cm
4
cm
3
cm
3
cm
4
cm
3
cm
3
cm
4
cm
3
cm
3
74.414
95.037
192
75
150
20
31
76
140
130
665
4489
432
509
4328
420
496
4089
405
482
3898
390
470
60
60.640
77.45
176
73
150
16.5
31
76
140
140
524
3217
339
396
3069
318
385
2879
291
375
2690
264
363
50
51.514
65.8
152
70
132
15.5
31
60
150
140
377
2037
251
287
1946
242
283
1827
230
275
1702
216
264
43
44.653
57.0
140
70
114
14.5
29
56
110
160
260
1489
208
217
1409
200
211
1317
189
205
1220
176
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（P
Ⅲ
）不使
接触面产生塑性变形，在当量载荷（P
Ⅰ
＝P
d
）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P
Ⅱmax
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：σ
s
─材料的屈服极限，取接触件中较弱者，N/mm
E─钢的弹性模量，取2.06 ×10N/mm
根据基本假定可获得P
Ⅱ
和P
Ⅲ
，其计算结果列于表2中。
表2
比压许用值
轨道标准代号
型号、材料标准
车轮材料、
技术要求
采用轨道头尺寸mm
52
2
头圆计算
p
Ⅲ
型号或截
宽 角 宽
N/mm
22
面
N/mm N/mm
2
b r b0
p
Ⅱ
□50×50 50 5 40
2.7 4.23 4.6
□80×50 80 5 70
p
Ⅰ
GB/T1591－94；Q420－B
d
1
≤400,淬
火
330~380HBS
б
b
≈520～680MPa；б
s
≥420
;深15处
MPа
≥260HBS
d
1
〉400,
YB/T23－86；P15～24轻轨
淬火
55Q；б
b
≥685N/mm
2
□100×510
0 0
5 90
330~380
HBS;深20处
≥260HBS。
5.6 8.71 9.6 P15 37 7 27.66
P18
12.213.3
7 5
P24
40 7 30.66
GB/T2585－81；P43重轨
U71Mn；б
b
≥884N/mm
2
荐用材料：
7.85
碾锻时，
CL60；
51 13 33.67
70 13 52.66
80 8 69.33
GB/T3426－82起重机
钢轨U71Mn
U70MnSiб
b
≥884N/mm
QU80
锻造时，
65Mn。
7.5
11.712.7
2 5
QU80
P43
2
QU10
0
7.2
QU12
0
11.212.2
5 4
QU120
QU100
10
0
8 89.33
12
0
8
109.3
3
注：p
Ⅰ
、p
Ⅱ
、p
Ⅲ
─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：P
0
、P
II
、P
III
─分别为第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ载荷情况的基准数据。
b
0
─轨道计算宽度，mm。
对于方钢轨道b
0
=b-2r；
maxmax
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） d
1
=500 d
1
=630
轨道型号 P43 QU80 QU100 QU120 P43 QU80 QU100 QU120
载荷情况Ⅰ P
0
206 260 321 393 260 327 405 496
载荷情况Ⅱ P
II
323 406 502
max
615 407 511 633 774
载荷情况Ⅲ P
III
351 442 546
max
669 442 556 688 843
车轮直径（mm） d
1
=710 d
1
=800 d
1
=900
轨道型号 P43 QU80 QU100 QU120 P43 QU80 QU100 QU120 QU100 QU120
载荷情况Ⅰ P
0
293 369 456 558 330 416 514 629 578 708
载荷情况Ⅱ P
Ⅱ
458 576 713 873 516 650 804 984 904 1107
max
载荷情况Ⅲ P
Ⅲmax
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P
Ⅱmax
和P
Ⅲmax
取表3中的相应数值。
表4C
1
与车轮转速的关系
转速（r/min） C
1
转速（r/min） C
1
转速（r/min） C
1
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
1.07
5.0 1.17
56 0.92 18
表5C
2
与机构工作级别的关系
机构工作级别 ≤M3 M4 M5 M6 M7,M8
C
2
1.25 1.12 1.0 0.9 0.8
由表4和表5可知，表3中的P
0
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
2024年3月26日发(作者：桓安康)
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
Amm=140
Bmm=114
Cmm=70
Dmm=14.5
截面面积Fcm^2=57
重心距离至轨底Z1cm=6.85
重心距离至轨顶Z2cm=7.15
惯性矩Jxcm^4=1480
惯性矩Jycm^4=260
截面系数W1=JxZ1cm^3=217.3
截面系数W2=JxZ2cm^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
h1mm=27
h2mm=42
h3mm=77.5
amm=30.4
bmm=46
gmm=78
f1mm=11
f2mm=14
f3mm=
r1mm=13
r2mm=2
r3mm=4
S1mm=56
S2mm=110
S3mm=160
φ=29
Rmm=300
R1mm=5，10
R2mm=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
bmm=80
b1mm=87
b2mm=130
smm=32
hmm=130
h1mm=35
h2mm=26
Rmm=400
R1mm=26
R2mm=44
rmm=8
r1mm=6
r2mm=2
截面面积cm^2=81.13
重心距离y1cm=6.43
重心距离y2cm=6.57
惯性矩Ixcm^4=1547.4
惯性矩Iycm^4=482.3
截面系数W1=Ix/y1cm^3=240.65
截面系数W2=Ix/y2cm^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 - b
1
b
2
- h h
1
h
2
R R
1
R
2
r r
1
r
2
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b
2
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
参考数值
理论重量
2
型号 截面积cm 重心距离/cm
kg/m
y
1
y
2
惯性矩/cm
4
截面系数/cm
3
I
x
I
y
w
1
=I
x
/y
1
w
2
=I
x
/y
2
w
3
=I
y
/（b
2
/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
3
584.08 574.54 199.39
注：计算理论重量时，钢的比重采用7.85dg/dm。
（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
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
类型（kg/m）
项目
每米质量
断面积F
钢轨高度H
轨头宽度b
轨底宽度B
轨腰厚度c
螺栓孔直径
轨端至1孔中心距
1孔至2孔中心距
2孔至3孔中心距
垂直轴的惯性矩Ⅰ
y
水平轴的惯性矩Ⅰ
x
轨头断面系数w
头
轨底断面系数w
低
Ⅰ
x
钢轨垂直磨耗3(mm) w
头
w
低
Ⅰ
x
钢轨垂直磨耗6(mm) w
头
w
低
Ⅰ
x
钢轨垂直磨耗9(mm) w
头
w
低
单位
75
kg
cm
2
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
cm
4
cm
4
cm
3
cm
3
cm
4
cm
3
cm
3
cm
4
cm
3
cm
3
cm
4
cm
3
cm
3
74.414
95.037
192
75
150
20
31
76
140
130
665
4489
432
509
4328
420
496
4089
405
482
3898
390
470
60
60.640
77.45
176
73
150
16.5
31
76
140
140
524
3217
339
396
3069
318
385
2879
291
375
2690
264
363
50
51.514
65.8
152
70
132
15.5
31
60
150
140
377
2037
251
287
1946
242
283
1827
230
275
1702
216
264
43
44.653
57.0
140
70
114
14.5
29
56
110
160
260
1489
208
217
1409
200
211
1317
189
205
1220
176
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（P
Ⅲ
）不使
接触面产生塑性变形，在当量载荷（P
Ⅰ
＝P
d
）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P
Ⅱmax
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：σ
s
─材料的屈服极限，取接触件中较弱者，N/mm
E─钢的弹性模量，取2.06 ×10N/mm
根据基本假定可获得P
Ⅱ
和P
Ⅲ
，其计算结果列于表2中。
表2
比压许用值
轨道标准代号
型号、材料标准
车轮材料、
技术要求
采用轨道头尺寸mm
52
2
头圆计算
p
Ⅲ
型号或截
宽 角 宽
N/mm
22
面
N/mm N/mm
2
b r b0
p
Ⅱ
□50×50 50 5 40
2.7 4.23 4.6
□80×50 80 5 70
p
Ⅰ
GB/T1591－94；Q420－B
d
1
≤400,淬
火
330~380HBS
б
b
≈520～680MPa；б
s
≥420
;深15处
MPа
≥260HBS
d
1
〉400,
YB/T23－86；P15～24轻轨
淬火
55Q；б
b
≥685N/mm
2
□100×510
0 0
5 90
330~380
HBS;深20处
≥260HBS。
5.6 8.71 9.6 P15 37 7 27.66
P18
12.213.3
7 5
P24
40 7 30.66
GB/T2585－81；P43重轨
U71Mn；б
b
≥884N/mm
2
荐用材料：
7.85
碾锻时，
CL60；
51 13 33.67
70 13 52.66
80 8 69.33
GB/T3426－82起重机
钢轨U71Mn
U70MnSiб
b
≥884N/mm
QU80
锻造时，
65Mn。
7.5
11.712.7
2 5
QU80
P43
2
QU10
0
7.2
QU12
0
11.212.2
5 4
QU120
QU100
10
0
8 89.33
12
0
8
109.3
3
注：p
Ⅰ
、p
Ⅱ
、p
Ⅲ
─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：P
0
、P
II
、P
III
─分别为第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ载荷情况的基准数据。
b
0
─轨道计算宽度，mm。
对于方钢轨道b
0
=b-2r；
maxmax
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） d
1
=500 d
1
=630
轨道型号 P43 QU80 QU100 QU120 P43 QU80 QU100 QU120
载荷情况Ⅰ P
0
206 260 321 393 260 327 405 496
载荷情况Ⅱ P
II
323 406 502
max
615 407 511 633 774
载荷情况Ⅲ P
III
351 442 546
max
669 442 556 688 843
车轮直径（mm） d
1
=710 d
1
=800 d
1
=900
轨道型号 P43 QU80 QU100 QU120 P43 QU80 QU100 QU120 QU100 QU120
载荷情况Ⅰ P
0
293 369 456 558 330 416 514 629 578 708
载荷情况Ⅱ P
Ⅱ
458 576 713 873 516 650 804 984 904 1107
max
载荷情况Ⅲ P
Ⅲmax
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P
Ⅱmax
和P
Ⅲmax
取表3中的相应数值。
表4C
1
与车轮转速的关系
转速（r/min） C
1
转速（r/min） C
1
转速（r/min） C
1
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
1.07
5.0 1.17
56 0.92 18
表5C
2
与机构工作级别的关系
机构工作级别 ≤M3 M4 M5 M6 M7,M8
C
2
1.25 1.12 1.0 0.9 0.8
由表4和表5可知，表3中的P
0
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