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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。（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⑴、行车平稳，减少了噪音，旅客舒适度提高；⑵、节省了接头材料，降低了维修费用；⑶、减少了行车阻力，提高了行车速度；⑷、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：Δι=αιΔt式中Δι——钢轨的自由伸缩量(mm)；α——钢的线膨胀系数，亦即钢轨的单位自由伸缩量(0.0118mm／m.℃)；ι——钢轨长度(m)；Δt——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：Δι=αιΔt=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Δι=αιΔt=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：①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。②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。③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。轨温差Δt(℃)长轨12.5米标准轨25米标准轨木枕钢筋混凝土枕木枕钢筋混凝土枕木枕钢筋混凝土枕26000000270.10.10.10.100280.20.20.20.10.20290.30.30.30.20.30.2300.50.40.30.30.50.3310.70.50.40.40.60.5320.90.60.50.40.80.6331.20.80.60.50.90.8341.41.00.60.61.10.9351.71.20.70.71.21.1362.11.50.80.71.41.2372.51.70.90.81.51.4382.92.00.90.91.71.5393.32.31.01.01.81.7403.82.61.71.02.01.8414.33.01.21.12.12.0424.83.41.21.22.32.1435.33.81.31.32.42.3表1-150kg/m钢轨,1840根/km轨枕时,钢轨一端限制伸缩量表轨温差Δt(℃)长轨12.5米标准轨25米标准轨木枕钢筋混凝土枕木枕钢筋混凝土枕木枕钢筋混凝土枕445.94.21.41.32.62.4456.54.61.41.42.72.6467.25.11.51.52.92.7477.95.51.61.63.02.9488.66.01.71.63.23.0499.36.61.71.73.33.15010.17.11.81.83.53.35110.97.71.91.93.63.55211.78.22.01.93.83.65312.68.92.02.03.93.85413.59.52.12.14.13.95514.410.12.22.24.24.05615.410.82.32.24.44.25716.311.52.32.34.54.35817.412.22.42.44.74.55918.412.92.52.54.84.6续上表轨温差Δt(℃)长轨12.5米标准轨25米标准轨木枕钢筋混凝土枕木枕钢筋混凝土枕木枕钢筋混凝土枕22000000230.10.10000240.20.20.20.10.20.1250.30.30.30.20.30.2260.50.40.30.30.50.4270.70.50.40.40.60.5281.00.70.50.40.80.7291.30.90.60.50.90.8301.61.10.60.61.11.0311.91.40.70.71.21.1322.31.60.80.71.41.3332.71.90.80.81.51.4343.22.30.90.91.71.6353.72.61.01.01.81.7364.23.01.11.02.01.9374.83.41.11.12.12.0385.43.81.21.22.32.1396.14.31.31.32.42.3表1-260kg/m钢轨,1840根/km轨枕时,钢轨一端限制伸缩量表轨温差Δt(℃)长轨12.5米标准轨25米标准轨木枕钢筋混凝土枕木枕钢筋混凝土枕木枕钢筋混凝土枕406.74.71.41.32.62.4417.55.21.41.42.72.6428.25.81.51.52.92.7439.06.31.61.63.02.9449.86.01.71.63.23.04510.77.51.71.73.33.24611.68.11.81.83.53.34712.58.81.91.93.63.54813.59.52.01.93.83.64914.510.22.02.03.93.85015.510.92.12.14.13.95116.611.72.22.24.24.15217.712.42.32.24.44.25318.813.32.32.34.54.4542014.12.42.44.74.55521.214.92.52.54.84.75622.515.82.62.55.04.85723.816.72.62.65.15.05825.117.72.72.75.35.15926.518.62.82.75.45.3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：σt=247.8Δt(σt=250Δt)式中σt—温度应力(N)；Δt—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×αL△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=16305N247.8N／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=σtF=247.8ΔtF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=σtF=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：①、温度力的大小和钢轨长度无关；②、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