钢轨

第二章钢轨第一节钢轨的功用和类型一、钢轨的功能①为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动面，引导机车车辆前进。②钢轨要承受来自车轮的巨大垂向压力，并将以分散形式传给轨枕。③为轨道电路提供导体。二、钢轨类型及长度1.钢轨类型用每1m钢轨质量表示，我国标准钢轨有75kg/m、60kg/m、50kg/m、45kg/m、43kg/m等。2.钢轨标准长度为12.5m和25m两种。我国用于新建客运专线的长定尺钢轨的长度为50m或100m。第二节钢轨截面设计原则及我国主型钢轨截面形状一、钢轨断面及尺寸钢轨分轨头、轨腰和轨底三部分。轨头应具有足够的表面面积及厚度，以延缓轨头压溃和磨耗;轨腰主要承受剪力，可使钢轨具有较大的竖向刚度。轨底为分布压力及保持稳定，应具有一定宽度;钢轨横截面为工字形截面。第三节钢轨材质及其力学指标•钢轨的材质是指钢轨的化学成分及其金相组织，要使钢轨具有高可靠性的前提是钢轨材质具有较高的纯净度和合理的化学成份。钢轨出现质量问题的主要形式是由于钢轨的内部夹杂、缺陷所引起的疲劳折损。所以提高钢轨材质的纯净度是减少钢轨疲劳折损、提高钢轨可靠性、延长使用寿命的有效途径之一。•碳(C)是钢轨抗拉强度的主要来源，一般含量为0.65%，但一般小于0.82%，如含碳量过大，则会使钢轨的伸长率、断面收缩率和冲击韧性下降。•锰(Mn)可提高钢轨强度和韧性，并去除有害的氧化铁和硫类夹杂物，如钢材中的含锰量超过1.2%，则称为高锰钢，钢材的硬度，抗冲击性，耐磨性能能得到较大的提高，但锰对钢轨的焊接有不利影响。•硅(Si)易与氧结合，除去钢中的气泡，增加钢的致密度，如在钢轨中的含硅量较高，则也能提高钢轨的耐磨性能，如钢中SiO2以非金属夹杂物存在，则往往是钢轨的疲劳伤损源。•磷(P)是有害成分，如钢轨中含磷过多，则就会出现冷脆性，在严寒地区，易造成钢轨断裂。•硫(S)也是有害成分，如钢材中含硫过多，则当钢轨温度达到800~1200℃时出现热脆性，造成钢轨轧制或热加工过程中钢轨断裂，出现大量废品。一般要求磷和硫的含量都小于0.04%，但国外有些钢轨磷和硫的含量达到或小于0.015%。•钢轨的力学性能包括:强度极限σb、屈服极限σs、疲劳极限σr、延伸率δs、断面收缩率ψ、冲击韧性αk及布氏硬度指标HB等。这些指标对钢轨的承载能力、磨耗、压溃、断裂及其他伤损有很大的影响。bb第四节钢轨尺寸允许偏差及平直度要求•1、保证列车运行的平稳性，则要求轨道的几何形位稳定，轨头的轮轨接触光带位置及宽度稳定，而要达到这一点，高精度的外形尺寸和高平直度的钢轨是必不可少的。•2、钢轨焊接接头是无缝线路轨道单独不平顺的来源之一。•钢轨焊缝材质、金相组织、硬度、韧度等与钢轨母材的差别，焊接设备的精度高低，操作工人的技术熟练程度等，都会造成钢轨焊接接头处的轨面不平整。•钢轨焊接接头分三种：接触焊、气压焊和铝热焊。•为保证高速列车的高速、平稳性地运行，并减少轮轨之间的动力作用，对钢轨焊接接头的焊接质量、平直度等提出了更高的要求。所以钢轨焊接接头也是轨面不平直的控制部位。第五节钢轨损伤•1.钢轨接头螺栓孔裂纹和焊接接头裂纹图2-5钢轨接头螺栓孔裂纹图2-6钢轨焊接接头的断裂•2、轨头核伤图2-7轨头核伤图2-8轨头圆角处45º细微斜裂纹图2-9钢轨表面的剥离掉块3、轨头剥离•4、钢轨磨耗钢轨磨耗分轨顶成垂直磨耗、轨头侧面磨耗和波浪形磨耗。垂直磨耗与轮轨之间的垂直力和轮轨之间的蠕滑、摩擦等因素有关，随着线路通过总质量的增大，垂直磨耗也相应增大。侧面磨耗主要发生在曲线轨道的外股钢轨。钢轨侧磨使得轨头宽度变窄，钢轨在侧磨过程中，轨头下侧钢材产生塑性变形，产生裂纹，严重时形成核伤等病害。图2-10钢轨侧磨及量测图2-11钢轨侧磨及轨头侧面核伤我国把钢轨磨耗分为轻伤和重伤两类•波浪形磨耗是指钢轨投入运行后在钢轨表面上出现的有一定规律的周期性磨损和塑性变形。波磨一般出现在曲线地段，列车制动地段的波磨出现概率和磨耗速率都较大。图2-12钢轨的波浪形磨耗5、钢轨探伤•根据钢轨探伤设备的工作原理，分电磁探伤和超声波探伤两大类。•超声波探伤：当超声波射入钢轨的核伤、裂纹或其他伤损时，在钢与空气的界面上受阻，产生反射波，经过电子仪器的接收并显示，就能发现钢轨内部存在的伤痕。第六节钢轨接头•在两根定长的钢轨之间，用夹板连接成连续的轨线，称为钢轨接头。•1、接头联接零件•钢轨接头的联结零件由夹板、螺栓、螺母、弹簧垫圈组成。•接头夹板的作用是夹紧钢轨。接头夹板分斜坡支承型和圆弧支承型两种(a)斜坡支承型(b)圆弧支承型•2、接头轨缝•为了让钢轨能热胀冷缩，在普通线路的钢轨接头处要预留轨缝。•轨缝大小按铁道部颁发的《铁路线路维修规则》中的预留轨缝公式计算：•δ0=αL(tz-t0)+0.5δg式中，α为钢轨线膨胀系数(0.0118mm/m.℃)；L为钢轨长度；tz为当地的中间轨温；t0为调整轨缝时的轨温；δg为钢轨的构造轨缝(18mm)。•3、接头布置•钢轨接头相对于轨枕的承垫形式可分为两种：悬空式和承垫式(a)悬空式(b)单枕承垫式(c)双枕承垫式•按两股钢轨接头的位置可分为相对式和相错式(a)相对式钢轨接头(b)相错式钢轨接头•4、接头类型•按钢轨接头的功能可分普通接头、异形接头、导电接头、绝缘胶接接头、伸缩接头和焊接接头。•钢轨异形接头是用于连接两种不同型号的钢轨••由于钢轨表面和夹板表面生锈，导致接头电阻较大，为了减少轨道电路的电流损失，在轨端钻孔连接导电线。由于在轨头钻孔影响钢轨的疲劳强度，现在的导电接头一般用喷焊连接导电线。•绝缘接头用于自动闭塞区段闭塞分区两端的钢轨接头上，隔断电流。•(a)钢轨胶接接头(b)铺设在线路上的钢轨胶接接头•伸缩接头又称钢轨伸缩调节器，钢轨伸缩接头分基本轨和尖轨，尖轨固定不动，基本轨向轨道外侧伸缩，这样保证了基本伸缩时轨距保持不变。5、钢轨接头不平顺及受力•钢轨接头是轨道结构的薄弱环节之一，接头虽然能保持轨道的几何形位，但在一定程度上破坏了轨道结构的连续性，这主要表现在钢轨接头的轨缝、台阶和折角三个方面。(a)接头折角(b)接头折角、台阶和轨缝•由于钢轨接头存在折角、台阶和轨缝，车轮通过时会产生很大的轨冲击荷载。