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鋼軌在鐵路行業(yè)的用途:
板式軌道,用很薄的鐵片釘在木制的路軌上制成。但這種路軌的承重能力很低,所以雖然建造的成本很低,但長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)并不劃算。
后來(lái)鐵路開(kāi)始改用鐵軌,經(jīng)過(guò)數(shù)十年的改進(jìn),使用的物料改成鋼,而鋼的質(zhì)素亦得到很大的提高。鐵路上使用的鋼軌必須承受巨大的壓力,故此需要使用質(zhì)素極 高的鋼材。鐵路鋼軌對(duì)鋼的要求比其它的應(yīng)用都為高。同樣的小瑕疵,在建筑物使用的鋼筋內(nèi)出現(xiàn)可能不會(huì)產(chǎn)生任何問(wèn)題;但在鐵路鋼軌出現(xiàn)則隨時(shí)會(huì)導(dǎo)致路軌斷裂而引致列車(chē)出軌。
鋼軌并不便宜,占鐵路成本中相當(dāng)重要的部分。
現(xiàn)代使用的鋼軌切面成”工”字形,分為與車(chē)輪接觸的軌頭、中間的軌腰及底部的軌底。不同的路線(xiàn)對(duì)鋼軌的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及耐磨性都有不同的要求。因此鋼軌亦有不同的規(guī)格。一條路線(xiàn)上應(yīng)該選擇使用那一種,需要考慮經(jīng)濟(jì)及技術(shù)等因素。
鋼軌的種類(lèi)及強(qiáng)度以kg/m表示。每米越重的鋼軌所能承受的重量亦越大。
歐洲的鐵路常見(jiàn)的鋼軌有以下多種重量:
40kg/m
50kg/m
60kg/m
中國(guó)則有:
50kg/m
60kg/m
75kg/m
主要線(xiàn)路使用的是60kg/m 或75kg/m的鋼軌。
美國(guó)使用的鋼軌更重,某些運(yùn)煤線(xiàn)路可重達(dá)77kg/m。
接合魚(yú)尾板
把鋼軌連接成軌道的方法有多種。最 傳統(tǒng)的做法會(huì)把二十米左右一截的鋼軌固定在軌枕之上,各截鋼軌之間有接頭(亦稱(chēng)接縫)。英國(guó)的習(xí)慣,兩條路軌會(huì)在相同的地方有接頭,但美國(guó)則會(huì)放在不同的地方。接頭使用魚(yú)尾板接合,它是一塊約六十厘米長(zhǎng)的鋼板,兩端有四或六口鋼栓,用來(lái)扣在鋼軌上的小洞。鋼軌之間特地留有間隙,約為6mm寬,稱(chēng)為伸縮接縫。鋼軌讓魚(yú)尾板上鋼栓通過(guò)的小洞是橢圓形的,這樣鋼軌就可以在炎熱的天氣下有膨脹的空間。這對(duì)鋼軌是非常重要的:如果沒(méi)有膨脹的空間,每當(dāng)溫度改變一度,鋼軌就需要承受1.6噸的壓力或拉力。如果一個(gè)地方每年最 高及最 低溫度相差三十度,這力可以達(dá)到五十噸。一條鋼軌可能會(huì)因而變得歪歪斜斜,影響行車(chē)安全。
雖然這樣可以解決冷縮熱漲的問(wèn)題,但是路軌上留有的小接縫使列車(chē)駛過(guò)時(shí)產(chǎn)生”咔噠、咔噠”的聲音。除非路軌的保養(yǎng)得非常良好,否則這種有接縫的路軌不適宜讓高速列車(chē)行駛;乘客亦會(huì)覺(jué)得行車(chē)不平穩(wěn)。很多鐵路發(fā)達(dá)的國(guó)家依然會(huì)在低速路線(xiàn)、非重要的路線(xiàn)或支線(xiàn)使用這種路軌接合。魚(yú)尾板亦常見(jiàn)于缺乏現(xiàn)代化投資的路線(xiàn)。美國(guó)大部分的路線(xiàn)都屬于這類(lèi),而且多數(shù)是還使用木制的枕軌(即枕木);另外部分原因是美國(guó)的鐵路速度不高,木的價(jià)格亦很低。
持續(xù)焊接
另一種較新的連接鋼軌的方法是持續(xù)焊接軌道(Continuous Welded Rail, CWR),亦稱(chēng)無(wú)縫軌道或長(zhǎng)焊軌。這種方法把數(shù)公里長(zhǎng)的鋼軌以焊接接成連續(xù)的一條。由于沒(méi)有了接縫,于是路軌的強(qiáng)度獲得增加,需要的維修較少,車(chē)輛行駛亦更順暢。
以焊接接合軌道的成本較用魚(yú)尾板昂貴。但因?yàn)閺?qiáng)度較高,車(chē)輛可以在持續(xù)焊接軌道上以更高速度行駛,摩擦力亦得到減少。
為解決無(wú)縫軌道在冷縮熱漲時(shí)可能會(huì)歪曲的問(wèn)題,鋼軌需要被緊緊的鎖定在線(xiàn)路上,使它們的伸縮自由受到限制。一般的做法是使用混凝土制成的軌枕,用堅(jiān)固的扣件把鋼軌扣上,下方再配以足夠的道碴。每次更換或敷設(shè)鋼軌時(shí),鋼軌會(huì)被先被拉長(zhǎng)使它們膨脹,然后才鎖定在軌枕上。這樣就算日后溫度增高,路軌的膨脹亦會(huì)減少。鎖定軌度的溫度亦很重要。一般每段軌道都會(huì)參考當(dāng)?shù)刈?/span> 高及最 低 溫度,然后計(jì)算出合適的溫度。如果日后溫度超出最初的預(yù)算,(例如出現(xiàn)歷史性的炎夏或寒冬),無(wú)縫軌道可能會(huì)彎曲或斷裂。
使用持續(xù)焊接的軌道仍然可以在需要的地方使用接頭。但這些接頭多數(shù)都不是九十度直線(xiàn)線(xiàn)打橫越過(guò)鋼軌,而是以很斜的角度接合。這樣車(chē)輪經(jīng)過(guò)時(shí)的震動(dòng)及噪音都會(huì)大大減少,但鋼軌仍然會(huì)有膨脹的空間。這種接頭被稱(chēng)為調(diào)節(jié)道岔 (Adjustment Switch)。
材料
鋼軌是用高錳鋼制成的。 錳鋼的脾氣十分古怪而有趣:如果在鋼中加入2-3%的錳,那么所制得的低錳鋼脆得就像玻璃一樣,一敲就碎。然而,如果加入>13%的錳,制成高錳鋼,那么它就變得既堅(jiān)硬又富有韌性。 所以人們用錳鋼來(lái)制造耐磨的機(jī)器零件和鐵軌、橋梁等。 還有,在鋼軌的上部,也就是和車(chē)輪接觸的那一層,又是加入了另一種金屬--銦,它的加入,使鋼軌上部分在保證硬度的情況下,更具有一些韌性,這對(duì)火車(chē)的車(chē)輪很重要,它和“輪箍”接觸、碰撞的時(shí)候,會(huì)有一定彈性,保證了火車(chē)的安全運(yùn)行。
維修
鐵路軌道必須經(jīng)常維修以維持良好運(yùn)作狀態(tài)。路軌維修是繁重的工作,以往要花費(fèi)很多人力來(lái)完成,現(xiàn)已逐漸以機(jī)器取代。鐵路軌道的主要保養(yǎng)維修工作包括有:
打磨鋼軌 ,改善鋼軌的平面及縱面。
更換部分或全部鋼軌。
更換軌枕。
搗固、清理、更換及補(bǔ)充道碴。
在繁忙的線(xiàn)路上因?yàn)榱熊?chē)間距很短,因此鐵路營(yíng)運(yùn)者多數(shù)會(huì)以自動(dòng)化的工程列車(chē)進(jìn)行部分的維護(hù)工作,以提高工作效率。
鐵路軌道,簡(jiǎn)稱(chēng)路軌、鐵軌、軌道等,用于鐵路上,并與轉(zhuǎn)轍器合作,令火車(chē)無(wú)需轉(zhuǎn)向便能行走。軌道通常由兩條平行的鋼軌組成,鋼軌固定放在軌枕上,軌枕之下為路碴;以鋼鐵制成的路軌,可以比其它物料承受更大的重量。軌枕亦稱(chēng)枕木,或路枕,功用是把鋼軌的重量分開(kāi)散布,和保持路軌固定,維持路軌的軌距。一般而言,軌道的底部為石礫鋪成的路碴,路碴亦稱(chēng)道碴、碎石或道床,是為軌道提供彈性及排水功能。鐵軌也可以鋪在混凝土筑成的基座上 (在橋上就相當(dāng)常見(jiàn)) ,甚至嵌在混凝土里面。鐵路軌道必須經(jīng)常維修以維持良好運(yùn)作狀態(tài)。