鐵路軌道
鐵路鋼軌
鋼軌的切面。左邊的屬于平底型,可以穩(wěn)定地放在枕軌上。右邊的是凸頭型,在英國曾經(jīng)常用。最初設想是一個軌面磨損過后,還可以反轉后使用另一面。
最早期的路軌使用的“板式鐵軌”,用很薄的鐵片釘在木制的路軌上制成。但這種路軌的承重很低,所以雖然建造的成本很低,但長遠來說并不劃算。
后來鐵路開始改用鐵軌,經(jīng)過數(shù)十年的改進,使用的物料改成鋼,而鋼的質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,故此需要使用鋼料質素極高的鋼材。鐵路鋼軌對鋼的要求比其他的應用都為高。同樣的小瑕疵,在建筑物使用的鋼筋內(nèi)出現(xiàn)可能不會產(chǎn)生任何問題;但在鐵路鋼軌出現(xiàn)則隨時會導致路軌斷裂而引致列車出軌。
鋼軌并不便宜,占鐵路成本中相當重要的部分。
現(xiàn)代使用的鋼軌切面成“工”字形,類似結構工程用的工字梁,其分為與車輪接觸的軌頭、中間的軌腰及底部的軌底。不同的路線對鋼軌的強度、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。一條路線上應該選擇使用那一種,需要考慮經(jīng)濟及技術等因素。
鋼軌的種類及強度以kg/m表示。每米越重的鋼軌所能承受的重量亦越大?,F(xiàn)在歐洲的鐵路常見的鋼軌有以下多種重量:
40kg/m
50kg/m
60kg/m
中國則有:
50kg/m
60kg/m
75kg/m
主要線路使用的是60kg/m或75kg/m的鋼軌。
美國使用的鋼軌更重,某些運煤線路可重達77kg/m。
接合
魚尾板
魚尾板
把鋼軌連接成軌道的方法有多種。最傳統(tǒng)的做法會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 接縫 )。英國習慣兩條路軌會在相同的地方有接頭,但美國則會放在不同的地方。接頭使用 魚尾板 (亦稱 魚尾鈑 )接合,它是一塊約六十厘米長的鋼板,兩端有四或六口鋼栓,用來扣在鋼軌上的小洞。鋼軌之間特地留有間隙,約為6mm寬,稱為 伸縮接縫 。鋼軌上魚尾板上鋼栓通過的小洞是橢圓形的,這樣鋼軌就可以在炎熱的天氣下有膨脹的空間。這對鋼軌是非常重要的:如果沒有膨脹的空間,每當溫度改變一度,鋼軌就需要承受1.6噸的壓力或拉力。如果一個地方每年最高及最低溫度相差三十度,這力可以達到五十噸。一條鋼軌可能會因而變得歪歪斜斜,影響行車安全。
雖然這樣可以解決熱脹冷縮的問題,但是路軌上留有的小接縫使列車駛過時產(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行駛;乘客亦會覺得行車不平穩(wěn)。很多鐵路發(fā)達的國家依然會在低速路線、非重要的路線或支線使用這種路軌接合。魚尾板亦常見于缺乏現(xiàn)代化投資的路線。美國大部分的路線都屬于這類,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的鐵路速度不高,枕木的價格亦很低。
持續(xù)焊接
持續(xù)焊接軌道
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 無縫軌道 或 長焊軌 。這種方法把數(shù)公里長的鋼軌以鋁熱劑焊接接成連續(xù)的一條。由于沒有了接縫,于是路軌的強度獲得增加,需要的維修較少,車輛行駛亦更順暢,降低噪音。
以焊接接合軌道的成本較用魚尾板昂貴。但因為強度較高,車輛可以在持續(xù)焊接軌道上以更高速度行駛,摩擦力亦得到減少。
為解決無縫軌道在冷縮熱脹時可能會歪曲的問題,鋼軌需要被緊緊地鎖定在線路上,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。每次更換或敷設鋼軌時,鋼軌會被先被拉長使它們膨脹,然后才鎖定在軌枕上。這樣就算日后溫度增高,路軌的膨脹亦會減少。鎖定軌道的溫度亦很重要。一般每段軌道都會參考當?shù)刈罡呒白畹蜏囟?,然后計算出合適的溫度。如果日后溫度超出最初的預算(例如出現(xiàn)異常的炎夏或寒冬),無縫軌道可能會彎曲或斷裂。
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)都不是九十度直線打橫越過鋼軌,而是以很斜的角度接合。這樣車輪經(jīng)過時的震動及噪音都會大大減少,但鋼軌仍然會有膨脹的空間。這種接頭被稱為調(diào)節(jié)道岔(Adjustment Switch)。
鐵軌檢測
鐵軌檢測系統(tǒng)可裝載于軌道檢查車和列車上,這套系統(tǒng)可針對鐵軌道,檢測軌面,軌足,枕木,扣件,螺栓,道床,道碴等做檢查。 此系統(tǒng)可提供實時跟蹤圖像記錄和狀態(tài)監(jiān)測,并可以瑕疵分類和自動軌道裂紋和缺陷的位置報告功能。
維修
鐵路軌道必須經(jīng)常維修以維持良好運作狀態(tài)。路軌維修是繁重的工作,以往要花費很多人力來完成,近年逐漸以機器取代。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、更換及補充道碴
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軌距
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