無(wú)縫鋼軌實(shí)現(xiàn)的原理

1、無(wú)縫鋼軌實(shí)現(xiàn)的原理材料1503馬俊良41503157一、研究動(dòng)機(jī)我們生活在一個(gè)交通便捷的時(shí)代， 縱橫交錯(cuò)的鐵路網(wǎng)絡(luò)把祖國(guó)的廣闊土地連 接在了一起， 人們可以方便地乘坐火車出行。 特別是隨著我國(guó)高速鐵路的開展和 運(yùn)用，鐵路客運(yùn)的速度、效率有了很大的提高。從北京到昆明，火車耗時(shí)從原來(lái) 的 34 個(gè)小時(shí)縮短到 10 個(gè)小時(shí)。高鐵除了速度快， 還有運(yùn)行平穩(wěn)，噪音小等特點(diǎn)， 大大提高乘坐體驗(yàn)。 2021 年 12 月 26 日武廣高速鐵路正式運(yùn)營(yíng)，設(shè)計(jì)時(shí)速 350 千米/ 小時(shí)，列車在如此高的速度下運(yùn)行，即使把礦泉水瓶倒置在小桌板上也不 會(huì)倒，同時(shí)列車運(yùn)行中完全沒有傳統(tǒng)列車的有節(jié)奏的大聲響， 是什么技術(shù)

2、會(huì)到達(dá) 如此效果呢？原因在于鐵路建設(shè)中使用了超長(zhǎng)無(wú)縫鋼軌。 無(wú)縫鋼軌，是將不鉆孔、 不淬火的 10 根或 20 根標(biāo)準(zhǔn)鋼軌先在工廠焊接成 200500 米的鋼軌，人們俗稱 其為“長(zhǎng)鋼軌，再用特別編組的運(yùn)軌車運(yùn)到鋪設(shè)工地，焊接成 10002000米的 長(zhǎng)軌鋪設(shè)在線路上，通常稱之為“鐵路無(wú)縫線路 。從而大大減少了“軌縫 ，減 少了由此產(chǎn)生的噪音，讓旅客列車更加平穩(wěn)、舒適。如果沒有加工、運(yùn)輸、施工 方面的困難，從理論上講， “無(wú)縫線路可以無(wú)限長(zhǎng)。為了學(xué)習(xí)無(wú)縫鋼軌的實(shí)現(xiàn) 原理，查閱了大量的資料，對(duì)問(wèn)題展開了學(xué)習(xí)和研究。二、文獻(xiàn)綜述當(dāng)今世界各國(guó)鐵路都在大力開展無(wú)縫線路( CWR continuously

3、 welded rails )。所謂“無(wú)縫線路，就是把不鉆孔、不淬火的 25m長(zhǎng)的鋼軌，在基地工 廠用氣壓焊或接觸焊的方法，焊接成 200m到500m的長(zhǎng)軌，然后運(yùn)到鋪軌地點(diǎn)， 再焊接成1000m到200Om的長(zhǎng)度，甚至更長(zhǎng)的鋼軌，鋪到線路上就成為一段無(wú)縫 線路，其特點(diǎn)是每段鋼軌間不留軌縫。 與普通線路相比， 無(wú)縫線路在其長(zhǎng)鋼軌段 內(nèi)消滅了軌縫， 從而消除了車輪對(duì)鋼軌接頭的沖擊， 使得列車運(yùn)行平穩(wěn)， 旅客舒 適，延長(zhǎng)了線路設(shè)備和機(jī)車車輛的使用壽命， 減少了線路養(yǎng)護(hù)維修工作量。 據(jù)有 關(guān)部門方面統(tǒng)計(jì)，無(wú)縫線路至少能節(jié)省 15%的經(jīng)常維修費(fèi)用，延長(zhǎng) 25%的鋼軌使 用壽命，并能適應(yīng)高速行車的要求，

4、是軌道現(xiàn)代化的開展方向。無(wú)縫鋼軌是把 25米長(zhǎng)的鋼軌焊接起來(lái)連成幾百米長(zhǎng)甚至幾千米長(zhǎng)，然后再鋪在路基上，每隔 很長(zhǎng)一段距離才會(huì)有一個(gè)軌縫，而且每個(gè)軌縫僅有 11 毫米，當(dāng)車輪行至兩根鋼 軌接縫時(shí)， 車輪踏面的一局部壓在第一根鋼軌上的同時(shí)， 車輪踏面的另一局部同時(shí)壓在第二根鋼軌上了，使兩根鋼軌同時(shí)受力，使車輪平滑通過(guò)兩鋼軌接縫處， 不產(chǎn)生振動(dòng)，減少了噪音污染。與普通鐵軌相比，無(wú)縫鐵軌由于消除了大量鋼軌 接頭，因而消除了接頭沖擊力，磨損大大減少，減少了線路損害，節(jié)省了大量原 材料，線路維修可節(jié)約費(fèi)用30泊75%由于鋼軌之間的無(wú)縫連接，消除了大量 的軌縫，使得軌道變得平滑，行駛在無(wú)縫鋼軌上的火車更加

5、的平穩(wěn)， 提高了軌道 的可靠性，因此火車的速度可以大幅度提高。 為了學(xué)習(xí)無(wú)縫鋼軌的實(shí)現(xiàn)原理，查 閱了大量的資料，并將它們進(jìn)行歸納總結(jié)，形成了本文。本文將從根本的原理出 發(fā)，探究無(wú)縫鋼軌的實(shí)現(xiàn)原理，焊接方法及養(yǎng)護(hù)措施。三、研究方法和內(nèi)容3.1無(wú)縫鐵路實(shí)現(xiàn)原理概述正由于鋼軌接頭被焊接，軌條變長(zhǎng)了，線路在外界溫度變化要承受巨大的溫 度力，據(jù)測(cè)算，鋼軌溫度每改變1C,每根鋼軌就會(huì)承受1.645噸的壓力或拉力。 因此鋪設(shè)無(wú)縫線路的關(guān)鍵是設(shè)法克服長(zhǎng)鋼軌因軌溫變化而產(chǎn)生的溫度力問(wèn)題?，F(xiàn) 在解決熱脹冷縮有兩種方法，一種是長(zhǎng)軌節(jié)自身承受全部溫度應(yīng)力， 即將無(wú)縫線 路上長(zhǎng)鋼軌的兩端用鋼軌聯(lián)結(jié)零件和防爬設(shè)備加以強(qiáng)制

6、性固定， 其他局部也是采 用強(qiáng)度大的中間聯(lián)結(jié)零件和防爬設(shè)備使之緊扣于鋼筋混凝土軌枕之上， 稱為鎖定線路圖2。鎖定時(shí)即鋪設(shè)或 維修時(shí)的鋼軌溫度稱為鎖定軌溫。 當(dāng)溫度變化時(shí)，鋼軌不能自由伸縮, 只能在鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，這個(gè)力 是由軌溫變化引起的，叫做溫度力, 它均勻地作用在鋼軌的全長(zhǎng)上。夏 天軌溫升高，鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力； 冬天軌溫降低，鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)圖2力。溫度力F=250 t s s為鋼軌斷面積，所以溫度力產(chǎn)生的壓強(qiáng)只和軌 溫變化t有關(guān)。可見，選擇適當(dāng)?shù)逆i定軌溫，對(duì)無(wú)縫線路的強(qiáng)度和穩(wěn)定性具有很大影響。選擇鎖定軌溫時(shí)，應(yīng)使鋼軌在冬季和夏季所受到的最大溫度力盡量接 近，一般采用稍高于本地區(qū)的中間

7、軌溫作為鎖定軌溫比擬適宜。例如，北京地區(qū)最高軌溫為62.6 C,最低軌溫為-22.8 C,中間軌溫為19.9 C,而設(shè)計(jì)時(shí)的鎖 定軌溫一般采用24C。另一種解決熱脹冷縮的方法是長(zhǎng)軌節(jié)自身不承受溫度應(yīng) 力，而以自動(dòng)放散應(yīng)力或定期放散應(yīng)力。“應(yīng)力放散就是在夏季或秋季，將鋼 軌切個(gè)口子釋放能量，再根據(jù)公式計(jì)算出熱脹的量對(duì)鋼軌進(jìn)行切割， 使用拉伸機(jī) 將缺口拉攏焊接，冬季采取相同方法解決冷縮問(wèn)題。3.2溫度應(yīng)力及溫度力一根不受任何限制而自由伸縮的鋼軌，當(dāng)軌溫變化時(shí)，其伸縮量為：Al = a * 1 At 1式中：a 鋼的線膨脹系數(shù),等于0.0000118,即每米長(zhǎng)鋼軌,當(dāng)軌溫變化1C時(shí),鋼軌伸縮0.00

8、00118，I 鋼軌長(zhǎng)度米;M軌溫變化度數(shù)C。無(wú)縫線路的鋼軌，中間接頭被焊接，且其兩端被扣件及防爬設(shè)備扣緊、鎖定, 不能白由伸縮。當(dāng)軌溫變化時(shí)，無(wú)縫線路中部的鋼軌就無(wú)法伸縮，于是在鋼軌內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，根據(jù)虎克定律，鋼軌內(nèi)的應(yīng)力為：CF = E E = E A1 二 a-I-Ata -1 Ata 二 E1二 F + a + At公斤/厘米22式中：E鋼的彈性模量，等于2.1，公斤/區(qū)-其他符號(hào)意義同前。把：、E值代人上式，那么：CT = 2.1 X 106X 0.0000118 X At 25At 公斤/厘米今 C3也就是說(shuō)，兩端固定的鋼軌，當(dāng)軌溫升高或降低1C時(shí)，鋼軌產(chǎn)生25公斤V 的壓應(yīng)力或拉應(yīng)

9、力。由于這個(gè)應(yīng)力是由軌溫變化引起的，所以通常稱為溫度應(yīng)力。 而整根鋼軌承受的由軌溫變化引起的壓力或拉力稱為溫度力。由此 ，一根鋼軌承 受的溫度力那么為：，一匕 I 、 二.匕-公斤4S為鋼軌的斷面積，各定型鋼軌的斷面積值見表1鋼軌類型斷面積匣米丄P5065.80P4357.00P3849.40以每米50公斤鋼軌為例，當(dāng)軌溫變化時(shí)，兩端固定的鋼軌所承受的溫度力為：P = 65.8 x 25 x Ar = 1645At公斤即：軌溫變化C時(shí)，一股鋼軌要承受1645公斤的拉力或壓力。所以,無(wú)縫線路 中的鋼軌，隨軌溫變化，要承受巨大的溫度力，這是無(wú)縫線路非常重要的一個(gè)特點(diǎn) 也是無(wú)縫線路設(shè)計(jì)、施工及維修養(yǎng)

10、護(hù)工作中必須考慮的一個(gè)特殊矛盾。由于鐵路線路固定區(qū)內(nèi)的鋼軌緊固件約束并限制其熱脹冷縮，所以在此區(qū)間的鋼軌內(nèi)部必然存在相應(yīng)的縱向溫度應(yīng)力。 鋼軌無(wú)法向兩側(cè)伸長(zhǎng)，只好把這種內(nèi) 應(yīng)力溫度應(yīng)力均勻地作用在鋼軌內(nèi)部的全長(zhǎng)上。為減小鋼軌的這種溫度應(yīng)力， 鋪設(shè)時(shí)要在鋼軌處于適宜的溫度時(shí)鎖定線路， 一般采用當(dāng)?shù)刈罡哕墱嘏c最低軌溫 平均稍高點(diǎn)時(shí)的軌溫來(lái)鎖定。假設(shè)控制不當(dāng)，夏天溫度高時(shí)，鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生巨大的 壓應(yīng)力，就會(huì)脹軌跑道；冬天氣溫低時(shí)，鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生的巨大拉應(yīng)力，就會(huì)細(xì)軌 斷裂。由于這種導(dǎo)致鋼軌的變形的熱應(yīng)力，威脅到列車的運(yùn)行平安，所以準(zhǔn)確、 及時(shí)地掌握鋼軌內(nèi)部溫度應(yīng)力具有重要意義。國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐證明：無(wú)縫鋼軌

11、的鋼軌拉斷后，車輛幾乎不發(fā)生脫軌，而脹軌 跑道的路段，只要車輛上去，必然脫軌，乃至顛覆。在此情況下，國(guó)內(nèi)外的做法 一致，掌握不了鋼軌的溫度應(yīng)力就不惜付出巨大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)，從產(chǎn)生脹軌跑道的各種可能因素入手來(lái)解決脹軌問(wèn)題。長(zhǎng)軌的廣泛應(yīng)用，使得掌握由溫度改變和外加載荷而引起的長(zhǎng)軌縱向應(yīng)力成 為必要的任務(wù)。但上述方法都提高了鐵路建設(shè)的本錢， 并且有的方法對(duì)鐵路整體 具有破壞性。特別是，即便采用上述方法人們?nèi)詿o(wú)法知道什么時(shí)間，什么位置的鋼軌中存在溫度應(yīng)力超標(biāo)的危險(xiǎn)。3.3長(zhǎng)軌溫度應(yīng)力檢測(cè)方法長(zhǎng)軌中的溫度應(yīng)力估計(jì)，因?yàn)樵S多因素可能造成干擾，比方地基溫度應(yīng)力和 長(zhǎng)軌中不平均的溫度分布， 僅憑外界或鋼軌的溫度及

12、人工經(jīng)驗(yàn)是很難準(zhǔn)確評(píng)估的。 因此又有許多建立在鋼軌本身不同物理現(xiàn)象上的應(yīng)力測(cè)量方法也被實(shí)驗(yàn)性的采 用。綜合起來(lái)無(wú)縫軌道上的鋼軌實(shí)際溫度應(yīng)力的測(cè)定可分為兩大類， 即應(yīng)力法和 應(yīng)變法。應(yīng)力法排除不了鋼軌微結(jié)構(gòu)的影響和非溫度應(yīng)力的干擾； 而應(yīng)變法又超 越不了傳統(tǒng)的長(zhǎng)度精度概念上的缺乏。 測(cè)量鋼軌應(yīng)力從采用的方法與設(shè)備上可主 要分為兩類。一類是破壞性測(cè)量方法，它包括鋸切法、鉆孔法、開槽法；另一類 是非破壞性方法，包括 X 射線法、超聲波法、磁彈性法、中子衍射法等。3.3.1 破壞性應(yīng)力測(cè)定法最簡(jiǎn)單的長(zhǎng)軌縱向溫度應(yīng)力檢測(cè)方法是破壞性的， 它是基于應(yīng)變?cè)怼?采用 機(jī)械方法把含有應(yīng)力的工件一局部別離掉，

13、使內(nèi)應(yīng)力由于釋放而引起變形， 假設(shè)把 這種變形測(cè)量出來(lái)， 再利用彈性理論進(jìn)行處理， 即可推算出釋放前的應(yīng)力值。 用 這種方法能夠大致估算出某段鋼軌中在切割前的應(yīng)力值。在鋼軌上的具體做法是， 人工切割一截鋼軌， 從而測(cè)量切斷處鋼軌的變形位 移。一般常用應(yīng)變片采集別離前后的應(yīng)變變化。 在很長(zhǎng)一段時(shí)間中， 各國(guó)的鐵路 部門根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， 在鋼軌容易出現(xiàn)應(yīng)力問(wèn)題的地方采取鋸切法， 將鋼軌的溫度 應(yīng)力釋放掉。但這種憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的養(yǎng)護(hù)工作， 顯然效率低下， 既不準(zhǔn)確又造成浪 費(fèi)。3.3.2 標(biāo)記法它被許多國(guó)家和地區(qū)采用。 這種方法需要日積月累， 將軌道方向數(shù)個(gè)標(biāo)記點(diǎn) 的變形監(jiān)控起來(lái)。在軌道沿線，路基上和對(duì)應(yīng)

14、的鋼軌上相隔200m做一個(gè)標(biāo)記，并作記錄。 如果兩個(gè)標(biāo)記間的距離發(fā)生改變， 就意味著鋼軌中有應(yīng)力變化， 標(biāo)記 間距離縮短說(shuō)明存在壓應(yīng)力，反之為拉應(yīng)力。我國(guó)的鐵路軌溫監(jiān)測(cè)主要是采用這種靠人工定點(diǎn)定時(shí)測(cè)量的方法。 該方法獲 得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)密度小，占用勞動(dòng)力多、測(cè)量誤差大、實(shí)時(shí)性差，因此難以為鐵路 養(yǎng)護(hù)作業(yè)提供及時(shí)、準(zhǔn)確、科學(xué)的決策依據(jù)。3.3.3 非破壞性檢測(cè)方法隨著科技的進(jìn)步， 非破壞性檢測(cè)方法成為可能。 無(wú)損檢測(cè)方法是建立在物理 或晶體特性和應(yīng)力之間關(guān)系的根底上的。 因?yàn)閼?yīng)力的存在， 將影響到材料的物理 性質(zhì)，測(cè)量這些物理性質(zhì)的變化能反應(yīng)出應(yīng)力的分布和大小。 這些物理參數(shù)包括 晶面間距、比容、磁

15、性等。隨著無(wú)損檢測(cè)的開展， 目前國(guó)外的科研機(jī)構(gòu)和鐵路公司都在開發(fā)采用無(wú)損檢 測(cè)無(wú)縫鋼軌縱向溫度應(yīng)力的方法， 測(cè)量金屬剩余應(yīng)力的工具也被用于長(zhǎng)軌縱向應(yīng) 力檢測(cè)中。例如：各種磁技術(shù)和巴森豪克噪音技術(shù)、 X 射線法、中子衍射法等等。磁彈性法 又稱為巴克豪森法 在八十年代到九十年代研究較多。 其原理基 本是：鐵磁材料內(nèi)部存在許多微小的、 不同取向的小磁疇。 在無(wú)外界因素作用下， 每個(gè)磁疇沿其極化的結(jié)晶方向取向， 其總體磁化效果為零。 當(dāng)有外加交變磁場(chǎng)或 應(yīng)力作用時(shí)， 磁疇沿其作用方向發(fā)生交變磁場(chǎng)或應(yīng)力作用時(shí)， 磁疇沿其作用方向 發(fā)生 90o 或 180o 反轉(zhuǎn)或使磁疇壁移動(dòng)，導(dǎo)致磁疇發(fā)生一定規(guī)那么的取

16、向，這種磁 疇變化過(guò)程使材料內(nèi)部產(chǎn)生一系列突變、 階越式的跳躍脈沖信號(hào)， 即巴克豪森信 號(hào)。這種磁化過(guò)程的跳躍現(xiàn)象稱為巴克豪森效應(yīng)， 每一巴克豪森跳躍在鐵磁材料 外表的檢測(cè)線圈內(nèi)會(huì)形成感應(yīng)電脈沖信號(hào)，稱為巴克豪森噪聲BN。BN的大小除與接收線圈長(zhǎng)度和磁化強(qiáng)度有關(guān)， 還與跳躍產(chǎn)生的平均電流有關(guān)， 而平均電流 的大小與被測(cè)區(qū)域內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力有關(guān)， 因此巴克豪森效應(yīng)是檢測(cè)材料內(nèi)應(yīng)力的一種 無(wú)損方法。3.4 鋼軌溫度與鎖定軌溫由公式2 、4 可知,無(wú)縫線路中鋼軌的溫度應(yīng)力與溫度力的大小與軌溫變 化有直接關(guān)系。所以 , 鋼軌溫度就成為設(shè)計(jì)、鋪設(shè)和維修無(wú)縫線路的重要技術(shù)資 料。影響軌溫的因素比擬復(fù)雜 , 它不

17、但受天氣變化、風(fēng)力大小、日照程度影響 , 而且還受地形、線路方向與測(cè)量條件影響。根據(jù)多年的觀測(cè)資料 , 一般認(rèn)為最高 軌溫比當(dāng)?shù)刈罡邭鉁馗?0C ,最低軌溫與當(dāng)?shù)刈畹蜌鉁叵嗤，F(xiàn)場(chǎng)一般用半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)側(cè)量軌溫。當(dāng)用普通溫度計(jì)測(cè)量軌溫時(shí) ,應(yīng)把溫度 計(jì)置于軌頂上 , 使水銀球與軌頂面接觸 ,并用砂子埋蓋 , 過(guò)10分鐘后再量取軌溫 讀數(shù)但用此法時(shí), 因軌溫與砂的質(zhì)量關(guān)系很大 ,量得的軌溫讀數(shù)往往不太準(zhǔn)確 當(dāng)然也可用短軌和普通水銀溫度計(jì)做成專門測(cè)量軌溫的溫度計(jì)。如前所述, 無(wú)縫線路鋼軌的溫度力和溫度應(yīng)力大小與軌溫變化度數(shù)有關(guān)。所 謂“軌溫變化度數(shù)是指計(jì)算溫度力時(shí)的軌溫與無(wú)縫線路兩端固定也叫無(wú)縫線 路

18、鎖定時(shí)的軌溫差數(shù)。無(wú)縫線路的鎖定是通過(guò)擰緊無(wú)縫線路兩端扣件和擰緊按 設(shè)計(jì)安置的防爬設(shè)備實(shí)現(xiàn)的，在鎖定時(shí)的軌溫，叫“鎖定軌溫。選擇無(wú)縫線路的鎖定軌溫是一件十分重要的工作。設(shè)計(jì)無(wú)縫線路時(shí)采用的設(shè) 計(jì)鎖定軌溫，通常是在保證無(wú)縫線路的強(qiáng)度與穩(wěn)定的條件下由計(jì)算確定的，即 這樣的鎖定軌溫要保證無(wú)縫線路在冬天鋼軌不被拉斷，在夏天不發(fā)生脹軌跑道 事故?？紤]到施工的困難，在保證無(wú)縫線路強(qiáng)度與穩(wěn)定的條件下，允許實(shí)際鎖定 軌溫在設(shè)計(jì)鎖定軌溫士 5C范圍內(nèi)變化。一般算得的設(shè)計(jì)鎖定軌溫比最高、最低 軌溫的平均值中間軌溫要高一些。例如：北京地區(qū),最高軌溫62.6 C ,最低軌溫一 22.8 C,其中間軌溫t為：tioap

19、 tmin 626 - 2285 =-=-=19.9 CC根據(jù)強(qiáng)度與穩(wěn)定性檢算,北京地區(qū)設(shè)計(jì)鎖定軌溫采用24C,實(shí)際鎖定軌溫為19C-29 C。為減少無(wú)縫線路脹軌跑道的危險(xiǎn)性，在不影響線路強(qiáng)度的條下，可適當(dāng)提高 鎖定軌溫。如最近北京鐵路局要求木枕線路鎖定軌溫應(yīng)為23 C -29 C,鋼筋混凝土軌枕線路應(yīng)為21C -31 C。在無(wú)縫線路的維修養(yǎng)護(hù)工作中，要注意不要隨意改 動(dòng)原來(lái)合理的鎖定軌溫，以免冬、夏季時(shí)鋼軌承受過(guò)大的溫度力。由式2、4可以看出，鋼軌內(nèi)的溫度應(yīng)力和溫度力的大小與鋼軌長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，這是無(wú)縫線路可以鋪設(shè)的理論根據(jù)石也就是說(shuō)二從理論上講，無(wú)縫線路的鋼 軌可以無(wú)限長(zhǎng)，但考慮到施工方便及在道

20、岔、大型橋隧設(shè)備和自動(dòng)閉塞區(qū)段必須 斷開鋼軌的要求,我國(guó)鋪設(shè)的無(wú)縫線路一般長(zhǎng)100,0米-200,0米也有800米 -1,000米的。通常在焊軌工廠用氣壓焊或電阻焊的方法將鋼軌焊接成125250米的軌條,運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后，再用鋁熱焊焊接成需要的長(zhǎng)度，然后鋪在線上。3.5無(wú)縫鋼軌脹軌原因分析在進(jìn)行線路大修的破底清篩操作時(shí)，軌道應(yīng)力增加，進(jìn)而導(dǎo)致軌溫上升，當(dāng)軌溫大于鎖定軌溫10C時(shí)，線路的穩(wěn)定性遭到破壞，無(wú)縫線路將發(fā)生脹軌。具 體表現(xiàn)：一是清篩后補(bǔ)充石碴缺乏，脹軌鼓出處枕木頭外碴肩寬度少于0.3m,使道床橫向阻力減小。二是接頭扭力矩缺乏，少于900Nm使接頭阻力減少。三是彈條扣件扭力矩普遍低于100N-

21、 m使軌道框架剛度的節(jié)點(diǎn)扭矩減小。道床進(jìn)行大修時(shí)維持道床穩(wěn)定的各種因素都將遭到破壞， 在對(duì)道床進(jìn)行清篩 作業(yè)時(shí)，道床的橫向阻力值只有施工前的 30%，即使在施工一周之后也只有穩(wěn)定 狀態(tài)的 50%，這必然導(dǎo)致道床的穩(wěn)定性下降。在進(jìn)行抬道作業(yè)時(shí)必然導(dǎo)致軌道的 形變，加之人工施工造成的石碴不均勻情況， 當(dāng)有重型列車通過(guò)時(shí)軌道將產(chǎn)生波 浪形的形變。 以上兩種施工無(wú)論怎樣操作都將使導(dǎo)軌的穩(wěn)定性大大降低， 抵御各 種風(fēng)險(xiǎn)的能力也將大大降低。 在線路中如果中間軌溫低于鎖定軌溫， 在溫度較高 的季節(jié)里，軌道中溫度壓力的峰值將出現(xiàn)在伸縮區(qū)域和固定區(qū)域的交界區(qū)域附近， 這個(gè)壓力的峰值也將對(duì)軌道的穩(wěn)定性造成較大的影

22、響。 鎖定軌溫的變化具有普遍 性和單項(xiàng)性的特點(diǎn)。 在對(duì)道床進(jìn)行施工之后， 實(shí)際鎖定溫度低于一定值時(shí)， 將極 有可能造成脹軌及跑道等問(wèn)題， 如不進(jìn)行必須的防護(hù)措施， 將使得列車無(wú)法正常 運(yùn)行。脹軌和跑道大多發(fā)生季節(jié)交換的時(shí)候， 這與鎖定軌溫的降低也是有密切關(guān) 系的。造成鎖定軌溫降低主要有鋪設(shè)的原因、維修的原因和鋼軌塑性碾長(zhǎng)等原因。 如果各種對(duì)線路穩(wěn)定性造成影響的因素出現(xiàn)在同一區(qū)段內(nèi)， 那么這些不利因素將相 互作用，此時(shí)線路將極有可能產(chǎn)生脹軌及跑道等問(wèn)題。3.6 克服鋼軌溫度應(yīng)力的方法為了防止線路脹軌變形， 從加強(qiáng)軌道的穩(wěn)定性入手， 加重、加密軌枕，加寬、 加高道床包括加寬路基 ，加強(qiáng)扣件的扣壓力

23、，設(shè)計(jì)時(shí)有意識(shí)地減小鋼軌地壓 應(yīng)力即放大放寬鋼軌的拉應(yīng)力 ，天熱時(shí)不作業(yè)， 天熱時(shí)加班巡道等等。 同時(shí)， 一局部鐵路公司要求在夏季降低列車的行駛速度， 以便減小行駛中帶給鋼軌的動(dòng) 載荷。另外一種減小脹軌變形危險(xiǎn)的方法是割掉一小段鋼軌， 釋放應(yīng)力后再焊接起 來(lái)。更有甚者，對(duì)不放心的路段進(jìn)行盲目的、 無(wú)休止的使鋼軌往長(zhǎng)的方向 “放散， 即往增加鋼軌拉應(yīng)力的方向“放散 ，卻往往不考慮鋼軌長(zhǎng)期超應(yīng)力造成的過(guò)早 疲勞和拉斷等問(wèn)題，唯一考慮的是全力以赴，確保不脹軌。盡管如此，無(wú)縫鋼軌 的脹軌和列車的脫軌顛覆，國(guó)內(nèi)外仍然時(shí)有發(fā)生。3.7無(wú)縫鋼軌的焊接方法經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度工具軌的開展、長(zhǎng)軌條的換鋪以及無(wú)縫鋼軌的焊

24、接，從而形成 了跨區(qū)間換鋪無(wú)縫線這門技術(shù)。鋼廠軋制好的100m標(biāo)準(zhǔn)軌在焊軌廠焊接成500m 的長(zhǎng)軌條，然后用長(zhǎng)軌專用運(yùn)軌車運(yùn)輸至鋪設(shè)區(qū)段， 在現(xiàn)場(chǎng)用接觸焊將各段長(zhǎng)軌 條焊接成設(shè)計(jì)單元軌節(jié)；原路基先鋪設(shè)工具軌，鋪設(shè)長(zhǎng)軌條時(shí)將工具軌拆下?lián)Q上 新軌，在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍內(nèi)進(jìn)行鎖定焊聯(lián)，成為跨區(qū)間無(wú)縫線路。無(wú)縫鋼軌的焊接方法主要有閃光焊、氣壓焊、電弧焊三種，它們是實(shí)現(xiàn)無(wú)縫 鋼軌單元軌之間無(wú)縫連接、消除軌縫的重要焊接方法。閃光焊焊接原理是：先利用電流通過(guò)某一電阻時(shí)所產(chǎn)生的熱量為熱源，將待焊鋼軌的端頭熔化，然后施加頂鍛力迫使焊面進(jìn)行擠壓， 從而到達(dá)將兩根鋼軌焊 接在一起的目的。這一過(guò)程所產(chǎn)生的熱量可以根據(jù)下

25、式進(jìn)行計(jì)算：Q = Kl2Rt式中C進(jìn)行焊接時(shí)兩根待焊鋼軌接觸面上產(chǎn)生的熱量，單位： J；K為一個(gè)換算系數(shù)，通常取0.24；I 通過(guò)兩根待焊鋼軌接觸面的電流，單位：A;R兩根待焊鋼軌接觸面的接觸電阻，單位： Q; t 兩根待焊鋼軌接觸面的接觸時(shí)間，單位： S。當(dāng)兩根待焊鋼軌進(jìn)行通電接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱量。當(dāng)產(chǎn)生的熱量較小時(shí)屬于電 阻接觸焊；當(dāng)產(chǎn)生的熱量較大時(shí)屬于閃光接觸焊。 從微觀上觀察兩待焊鋼軌的接 觸面是凸凹不平的，存在著很多凸點(diǎn)。因此，當(dāng)鋼軌端部由于電流流經(jīng)電阻產(chǎn)生 熱量時(shí)，鋼軌端部迅速被加熱，并且那些凸點(diǎn)優(yōu)先被加熱燒化，形成金屬“過(guò)梁。 進(jìn)一步加熱，“過(guò)梁加速，“爆炸形成金屬火花從鋼軌間隙

26、中射出，這就是閃 光。隨著鋼軌端部溫度的提高，閃光就會(huì)愈來(lái)愈劇烈，在閃光加熱過(guò)程中，鋼軌 端部逐漸到達(dá)熔化溫度。在高溫下，同時(shí)迅速施加足夠大的頂鍛力， 在該頂鍛力 的作用下，鋼軌相接觸的端面間，就會(huì)產(chǎn)生塑性變形再結(jié)晶過(guò)程，使兩根鋼軌連 接成為一個(gè)整體，形成焊接接頭。鋼軌氣壓焊焊接原理：鋼軌氣壓焊實(shí)質(zhì)上屬于鍛焊，使用壓接機(jī)將兩根待焊 鋼軌進(jìn)行固定夾緊，然后利用氧氣和乙炔燃燒產(chǎn)生的火焰對(duì)兩根鋼軌緊密貼合的 清潔端面進(jìn)行加熱，加熱至塑性狀態(tài)，當(dāng)金屬原子具有足夠的“活化能，能夠穿過(guò)貼合面互相急劇地?cái)U(kuò)散時(shí)，立即對(duì)貼合面施加頂鍛壓力。高溫高壓下施加足 夠大的擠壓頂鍛力，將兩根待焊鋼軌間的距離縮短到原子之間

27、的相互作用半徑， 到達(dá)分子間的金屬鍵連接， 完成重結(jié)晶， 從而可以使兩根待焊鋼軌牢固地焊接在 一起，得到鍛態(tài)金屬組織的鋼軌接頭焊縫。焊條電弧焊的焊接回路由弧焊電源、電纜、焊鉗、焊條、電弧和焊件組成。 焊條電弧焊主要設(shè)備是弧焊電源， 它的作用是為焊接電弧穩(wěn)定燃燒提供所需要的、 適宜的電流和電壓。 焊接電弧是負(fù)載， 焊接電纜連接電源與焊鉗和焊件。 電弧焊 的焊接原理是： 分別以電焊條或電焊絲與待焊鋼軌作為兩個(gè)電極連接， 然后再將 電焊條或電焊絲與待焊鋼軌的端面接觸時(shí)所產(chǎn)生的瞬間電弧電熱將鋼軌的 端面金屬熔化，在液態(tài)金屬冷卻后形成對(duì)焊接頭，將兩根待焊鋼軌焊接在一起。 該種焊接方法屬于熔化焊方法的一種

28、。3.8 無(wú)縫線路的養(yǎng)護(hù)(1) 具體線路的維護(hù)和養(yǎng)護(hù)工作分別進(jìn)行作業(yè)。大修段進(jìn)行大型的維修作業(yè)比方 起道、撥道、整形等等；平常的小問(wèn)題以及維修作業(yè)等主要由工務(wù)段進(jìn)行負(fù)責(zé)。 依有關(guān)部門的規(guī)定，在制定工務(wù)段編制下達(dá)全年生產(chǎn)方案。(2) 各個(gè)工區(qū)之間的方案維修方案和養(yǎng)護(hù)方案一定要根據(jù)線路狀態(tài)和軌道溫度等 的特性進(jìn)行安排方案和維修任務(wù)，尤其注意單元節(jié)的焊接問(wèn)題。(3) 依據(jù)相關(guān)規(guī)定，在平時(shí)的養(yǎng)護(hù)和小型的維修作業(yè)的過(guò)程中可根據(jù)具體情況， 考慮進(jìn)行起道作業(yè)時(shí)的作業(yè)量等情況運(yùn)用搗墊結(jié)合法。 并且嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)條款的 規(guī)定。(4) 在進(jìn)行撥道時(shí)作業(yè)，考慮軌道的情況，并且嚴(yán)格掌握其作業(yè)條件。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng) 實(shí)踐來(lái)講在1

29、0 C -15C范圍之間就可以作業(yè)，進(jìn)行撥道時(shí)應(yīng)該堅(jiān)決禁止以此將各個(gè) 枕頭道床扒開。結(jié)束拔道后進(jìn)行土石的夯實(shí)工作。(5) 春秋季節(jié)適合進(jìn)行混凝土軌枕以及件涂油作業(yè)，應(yīng)充分考慮其特點(diǎn)運(yùn)用“隔 二松一法 , 力圖在“全、正、靠、潤(rùn)、緊等幾個(gè)字上下功夫 , 同時(shí)兼顧小方向和 不良軌距的問(wèn)題，做到今日事今日畢，堅(jiān)決不拖沓，緊密而有序的進(jìn)行工作。(7) 夏季和秋季適合成段清篩道床的作業(yè)，并且鎖定的軌道溫度的范圍為+15C、一 20C，在進(jìn)行完逐孔倒篩工作后，緊密安排做好回填夯實(shí)工作。對(duì)于相鄰的地段不能同時(shí)進(jìn)行成段清篩道床及成段扣件涂油作業(yè)，二者應(yīng)有一定的時(shí)間間隔。(8) 每年春夏交接和夏秋交接的時(shí)間可以

30、進(jìn)行軌道縫隙和接頭螺栓的加緊工作。 同時(shí)全面檢查軌道中各個(gè)部件的工作情況必要時(shí)進(jìn)行更換。(9) 對(duì)于軌道的接頭處進(jìn)行定期檢查，并且時(shí)間間隔安排緊密；對(duì)于在例行檢查 中出現(xiàn)的種種嚴(yán)重情況以及比擬特殊的情況， 應(yīng)該按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行排除以及維 修。重點(diǎn)監(jiān)控各種接頭處，切實(shí)做好這些地方的養(yǎng)護(hù)、維修以及檢查工作，保持 接頭處的各種部件良好長(zhǎng)期運(yùn)行； 鋼軌連接處的焊接點(diǎn)等等都是檢查的重點(diǎn)， 一 旦出現(xiàn)危害情況，應(yīng)及時(shí)打磨以及其他的必要的工作等。(10) 對(duì)于在應(yīng)用專業(yè)設(shè)備進(jìn)行探傷是發(fā)現(xiàn)的鋼軌的嚴(yán)重設(shè)備時(shí)， 應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)檢查 發(fā)現(xiàn)鋼軌或焊縫重傷時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行切除和更換但其長(zhǎng)度應(yīng)保持在 50 一 60mm的 范圍，可采用重焊技術(shù)進(jìn)行修復(fù)， 即首先用鋼軌拉伸器拉開鋼鐵軌道進(jìn)行重新焊 接，焊縫斷裂在一定的小范圍之內(nèi)也可采用此法進(jìn)行修復(fù)。四、討論與結(jié)論通過(guò)資料的查閱和閱讀， 我對(duì)無(wú)縫鋼軌的實(shí)現(xiàn)原理有了深入的了解。 無(wú)縫鋼 軌，就是把傳統(tǒng)的25m長(zhǎng)的鋼軌，通過(guò)氣壓焊或接觸焊的方法，焊接成200m到500m的長(zhǎng)軌，然后運(yùn)到鋪軌地點(diǎn)，再焊接成 1000m到2000m的長(zhǎng)度，甚至更長(zhǎng) 的鋼軌，鋪到線路上就成為一段無(wú)縫線路，每隔很長(zhǎng)一段距離才會(huì)有一個(gè)