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第一章无缝线路基本知识 作为一种新型轨道结构 无缝线路以其高速行车 运行平稳和便于养护维修的显著优越性 正日益取代普通线路 越来越多的工区 也正在或即将面临怎样养护维修好无缝线路的新课题 而要让无缝线路的养护维修达到 铁路线路维修规则 的标准要求 保证行车安全 就必须了解无缝线路的基本原理 以将按章程操作化为自觉的行动 同时有意识地把普通线路和无缝线路的养护维修方法区别开来 第一节无缝线路的结构特点 1 概念 无缝线路是把钢轨焊接起来的线路 国外对这类线路的命名不尽相同 一般有以下几种叫法 无接缝线路 长钢轨线路 连续焊接长钢轨线路等 我国铁路铺设初期叫无接缝线路 以后略去 接 字 称无缝线路至今 1 概念和发展概况 2 发展概况 1926年 德国铺设了世界最早的一条无缝线路 当时长轨条长120m 我国于1957年开始铺设 现最长一条长轨条达303km 在我国的沪宁线上 2 优缺点 行车平稳 减少了噪音 旅客舒适度提高 节省了接头材料 降低了维修费用 减少了行车阻力 提高了行车速度 延长了线路设备和机车车辆的使用寿命 优点 冬夏产生较大的温度应力 不易保持必要的强度和稳定性 缺点 3 分类 1 按结构划分 温度应力式无缝线路和放散温度应力式无缝线路 2 按其长钢轨长度划分 跨区间无缝线路 全区间无缝线路和普通无缝线路 又叫区段无缝线路 以下介绍均为温度应力式普通无缝线路 利用线路上强大的阻止钢轨移动的阻力来锁定线路 限制钢轨的自由伸缩 因而尽管钢轨的温度发生了变化 但并不发生钢轨长度的自由伸缩 只是钢轨的应力 随着温度的变化而发生了变化 4 基本原理 温度应力式无缝线路由一对焊接长轨条和两端各2 4对标准轨组成 钢轨用扣件锁定 长短轨间和短轨间均用夹板连接 预留轨缝 如图1 1所示 图中l 2分别为长短轨间和矩轨间轨缝 5 组成 长轨条用扣件锁定后不能自由伸缩 轨温升高到一定程度时 限制伸长量传递至接头1处 由轨缝1调节 轨缝1不够 传递至轨缝2调节 如锁定不良伸长量太大 则将一对标准轨适量锯短或换短 以满足伸长量和预留轨缝的要求 相反 限制缩短量也可通过轨缝1 2调节 如锁定不良 缩短量太大 使轨缝超限 可将一对标准轨换长 以满足缩短量和预留轨缝的要求 因为两长轨条之间的2 4对标准轨具有这种不可忽视的功能 所以我们又把它叫做 调节轨 或 缓冲轨 一般情况下 如果无缝线路处于稳定状态 又按规定预留了轨缝 仅轨缝1就可满足钢轨伸缩的需要 而且不会出现瞎缝和超限大轨缝 调节轨之所以要配2 4对 是为了留有余地和在中间轨缝处设置绝缘接头 放散温度应力式无缝线路又分为 定期放散和自动放散 定期放散式 1 组成 在结构上同温度应力式无缝线路 2 优缺点 适用于温差幅度较大地区 大于90 但每年放散应力工作量太大 问题较多 自动放散式 1 组成 在长轨条两 二 放散温度应力式无缝线路 端设置钢轨伸缩调节器即伸缩接头 随时释放钢轨内温度应力 2 缺点 限制了每一节轨节的长度 而且线路构造复杂 铺设及养护非常不便 3 实用范围 多用于特大桥上 普通线路的接头会产生很多病害 无缝线路在相当长的一段距离内消灭了接头 但不能完全消灭钢轨的热胀冷缩 为了适应长轨条的限制伸缩 在无缝线路的两端设置2 4根调节轨并预留轨缝 这就是温度应力式无缝线路的结构特点和采用这种结构的原因 小结 思考与练习题 1 什么叫无缝线路 2 温度应力式无缝线路有哪些优缺点 3 为什么年温差超过规定值的寒冷地区不宜铺设温度应力式无缝线路 4 无缝线路怎样分类 一 钢轨的自由伸缩量和限制伸缩量在上一节中 我们提到了钢轨的自由伸缩和限制伸缩 现在我们来看看它们的伸缩量 第二节温度应力和温度力 1 钢轨的自由伸缩量钢轨不受任何阻碍的伸缩叫自由伸缩 自由伸缩量同钢轨的长度和轨温变化度数成正比 据测定 1m长的钢轨 当轨温变化l 时 其自由伸缩量为0 0118mm 据以得出钢轨自由伸缩量的计算公式是 t 式中 钢轨的自由伸缩量 mm 钢的线膨胀系数 亦即钢轨的单位自由伸缩量 0 0118mm m 钢轨长度 m t 轨温变化度数 例1 1 一根不受任何阻碍的钢轨 在早晨轨温为19 时测定的长度是25 004m 中午轨温升高到49 钢轨的长度是多少 解 中午的轨温变化度数是49 19 30 则该钢轨的自由伸缩量 t 0 0118 25 004 30 8 85 9 mm 此时钢轨的长度为 25 004m十0 009m 25 013m 例1 2 某无缝线路长轨条长1000m时的轨温是45 在轨温变化到12 时 松开接头扣件 中间扣件和防爬器 钢轨应缩短多少毫米 解 据题意 我们认为此时的长轨条处于自由缩短状态 则长轨条缩短量 t 0 0118 1000 45 12 11 8 33 389 mm 这个缩短量是十分惊人的 它将使无缝线路完全丧失行车条件 2 钢轨的限制伸缩量无缝线路钢轨在充分锁定状态下的伸缩叫限制伸缩 而锁定 则指钢轨扣件的锁固状态 由于已被强力锁定 自由伸缩量的相当一部分不能实现 故无缝线路钢轨的限制伸缩有如下特点 只有当轨温变化到相当程度时才会产生限制伸缩 如60kg m长轨条 当轨温变化23 时 才开始产生0 1mm的限制伸缩 50kg m 25m标准轨 如采用钢筋混凝土枕 当轨温变化28 时 才开始产生0 1mm的限制伸缩 限制伸缩量比自由伸缩量小得多 如前述例2 当轨温下降33 时 长轨条的自由缩短量为389mm 而限制缩短量仅有1 9mm 限制伸缩量同长轨条的长度无关 即任何长度的长轨条的限制伸缩量 在轨温变化相同度数时都是一致的 无缝线路未充分锁定或道床抵抗轨枕沿线路方向移动的阻力不够 钢轨的限制伸缩量将会增大 甚至接近自由伸缩量 这将对无缝线路产生巨大的破坏性影响 无缝线路长轨条和标准轨的一端限制伸缩量如表1 1 表1 2 单位为mm 表1 150kg m钢轨 1840根 km轨枕时 钢轨一端限制伸缩量表 续上表 表1 260kg m钢轨 1840根 km轨枕时 钢轨一端限制伸缩量表 续上表 无缝线路锁定之后 较大的自由伸缩量变成了较小的限制伸缩量 那么 未实现的那一部分伸缩量到哪里去了呢 二 温度应力和温度力 钢轨未能实现的伸缩量 以温度应力的形式积蓄于钢轨内部 很明显 轨温变化越大 应力就越大 因此 我们把在无缝线路上 由于轨温变化引起的钢轨伸缩因受到限制而转化到钢轨内部的力叫温度应力 夏天轨温上升 钢轨欲伸长时受到的温度应力是压应力 冬天轨温下降 钢轨欲缩短时受到的温度应力是拉应力 据测算 经锁定的钢轨 当轨温升降1 时 每平方厘米钢轨断面上产生的压应力或拉应力是247 8N N 牛顿 力的单位 1kg 9 8N 10N 由此得出温度应力的计算公式是 t 247 8 t t 250 t 式中 t 温度应力 N t 轨温变化度数 温度应力 钢的弹性模量 钢轨长度变化率 E 伸缩量 长轨长 E L t L 2 1 107 0 0000118 t 247 8 t N 温度应力只表示每平方厘米钢轨断面上受到的力 50kg m钢轨和60kg m钢轨的全断面分别为65 8和77 45cm2 则当轨温变化1 时 这两种钢轨全断面上受到的应力分别为 247 8N cm2 65 8cm2 16305N 247 8N cm2x77 45cm2 19192N 我们把无缝线路钢轨全断面上受到的温度应力叫温度力 温度力的计算公式是 Pt tF 247 8 tF 式中F 钢轨断面积 cm2 Pt 温度力 N 例1 3 某无缝线路铺设60kg m钢轨 设其钢轨断面在25 时受到的温度力为0 此时钢轨不产生伸缩 试求当轨温升高到60 时钢轨断面受到的温度力 解 轨温升高到60 时 升高了60 25 35 故钢轨断面受到的温度压力 Pt tF 247 8 35 77 45 19192 35 671720 N 这个约67172kg 接近于68t的温度压力 必须靠无缝线路自身的阻力来克服 平衡 从上两式可以得出两个重要的结论 温度力的大小和钢轨长度无关 温度应力与温度变化度数成直线比例关系 现在 我们已经引出了无缝线路的两个十分重要的概念 温度应力和温度力 无缝线路的钢轨 随轨温的变化要承受巨大的温度力 这是无缝线路区别于普通线路的一个非常重要的特点 也是无缝线路维修养护工作中必须考虑的一个特殊问题 小结当轨温发生变化时 钢轨不受任何阻碍的伸缩叫自由伸缩 钢轨未经锁定时的伸缩都可看作是自由伸缩 自由伸缩量的计算公式是 t 无缝线路钢轨在充分锁定状态下的伸缩叫限制伸缩 限制伸缩量与长轨条长度无关 无缝线路的钢轨被锁定 自由伸缩量不能实现的部分转化为钢轨的应力 小结无缝线路钢轨全断面上受到的温度应力叫温度力 温度力的计算公式是Pt 247 8 tF 对于50kg m和60kg m钢轨而言 则分别是Pt 16305和Pt 19192 温度力的大小和钢轨长度无关 所以从理论上讲 无缝线路可以铺得无限长 思考与练习题 1 熟知如下定义 自由伸缩 限制伸缩 温度应力 温度力 2 某普通线路进行单根更换钢轨作业 早晨7点轨温12 时 测得旧轨的长度为25 004m 两端轨缝分别为4mm和8mm 同时备下新轨的长度走25 000m 但到中午12点换轨时 轨温已升至56 试经过计算判断新轨能否换入 3 某无缝线路锁定时的轨温为23 到了冬天 当它的轨温下降到零下15 时 钢轨断面上受到多大的温度拉力 50kg m钢轨 一 轨温轨温就是钢轨温度 轨温是一个变量 它随气温的变化而跟着变化 铺设无缝线路时 为了适应最不利的轨温变化情况 以确定无缝线路可能承受的最大温度力 须考虑当地的最高气温和最低气温 以求得最高轨温和最低轨温 第三节轨温 锁定轨温和轨温变化度数 一般认为 当地最高轨温等于当地历年最高气温加20 当地最低轨温等于当地历年最低气温 而当地历年最高 最低气温 则必须根据该地近30年的气象记录确定 包括最高 最低轨温在内的任何时候的现场轨温 都必须用专用仪器 如数字式钢轨测温计 测量确定 切忌靠气温表随意臆测 以免给施工带来不良影响 我国主要地区最高 最低轨温见表1 3 单位 表1 3我国主要地区最高 最低轨温表 二 锁定轨温1 锁定轨温的定义前面已多次出现 锁定 这个词 所谓 锁定 就是用中间扣件 包括防爬设备 把无缝线路钢轨紧扣在轨枕上 用接头扣件把轨端充分夹紧 使之不能自由伸缩 无缝线路锁定时的轨温叫锁定轨温 我们通常把无缝线路全部扣件螺栓包括接头螺栓拧紧时的轨温作为锁定轨温 如果此间轨温有波动 则在 长轨始端落槽时应测定一次轨温 到长轨末端合拢 拧紧全部扣件螺栓 再测一次轨温 以两次平均值 作为该段无缝线路的锁定轨温 2 锁定轨温的性质 锁定轨温是 零应力轨温 显然 在中间扣件和接头扣件拧紧之前 钢轨处于自由伸缩状态 随着轨温的变化 该伸的已经伸足了 该缩的已经缩足了 因而在将扣件拧紧的那个短暂的时间 无缝线路钢轨断面受到的温度力等于0 故国外铁路又把锁定轨温叫做 零应力轨温 此时无缝线路具备最安全的轨温条件 锁定之后 只要轨温等于锁定轨温 无缝线路钢轨断面上承受的温度力都等于0 锁定轨温是轨温变化度数的依据 计算温度力和钢轨限制伸缩量时 应把锁定轨温作为基数去求取轨温变化度数 所谓 轨温变化度数 就是实际轨温与锁定轨温的差数 如某无缝线路的锁定轨温是27 某时实测轨温是57 则轨温变化度数就是57 27 30 某时实测轨温是 8 则轨温变化度数就是 8 27 35 分别表示轨温上升和下降 离开了锁定轨温这个基数 轨温变化度数就无从谈起 温度力和钢轨限制伸缩量也就无从算起 锁定轨温和钢轨长度是相关统一的 设计无缝线路时 锁定轨温定下来了 钢轨长度也就随之定下来了 无缝线路铺好锁定之后 要想保持锁定轨温不变 就必须保持钢轨长度不变 如果钢轨伸长了 就意味着锁定轨温升高了 钢轨缩短了 则意味着锁定轨温降低了 一旦锁定轨温偏离了设计范围 就会给无缝线路的受力状况带来不良影响 这一点 我们。