火車鋼軌伸縮縫隙的探討

于春鵬　陳可文

摘要：火車鋼軌伸縮接縫會對運行中的車輛產生沖擊、震動和噪聲，并降低設備使用壽命，原因在于伸縮縫隙。在軌道震動控制中，采用彈性扣件減震是最簡單經濟的方法，但不能消除伸縮縫隙，我們現在從源頭消除伸縮縫隙，通過改變鋼軌的幾何形狀，達到全程無橫向縫隙，始終不給車輪撞擊鋼軌的機會，使火車運行平穩，震動輕，噪聲小，并節省人力、物力，以降低成本。

關鍵詞：漲軌；伸縮縫隙；機械疲勞

隨著我國列車不斷提速，對鐵路線路質量的要求也不斷提高。鋼軌是鐵路線路中最重要的設備，其主要作用是支承并引導機車車輛的車輪，直接承受來自車輪的載荷和沖擊，其狀態是否完好，直接關系列車的運行質量。

普通火車的軌道接縫處，根據不同溫度留有相應間隙，以此來消除鋼軌在溫度變化時產生的漲軌現象，我們稱為伸縮縫隙。看起來每個接頭之間這十幾毫米的間隙不大，但卻能對火車的平穩運行產生很大影響，造成車輛走行部件疲勞損傷，降低設備壽命。伸縮縫隙是自然溫度變化產生的，我們控制不了，我們可以對鋼軌的幾何形狀作為研究改變，使橫向伸縮縫隙改變成更小的斜向縫隙。

1溫度對軌道影響

根據碳鋼線性膨脹系數，每m長鋼軌溫度每升高一度就長出0.0118mm，普通鋼軌長度25m，即一節鋼軌溫度每升高一度就長出0.295mm。溫度以正50度負30度計算，最大伸縮量則為23.6mm，為了保證最高溫度不漲軌，就要留有足夠的膨脹縫隙，在最低溫時每個鋼軌接頭就有23.6mm的橫向縫隙。各地溫差不等，縫隙尺寸也不等，鋪設時選擇適當溫度使伸縮值適當減小。

2橫向縫隙對火車運行的影響

車輪在軌道上滾動帶動火車運行，當滾到縫隙時車輪要下沉，因車輪與軌道的接觸是線接觸，此線與軌道中心線垂直，與接縫平行，所以車輪經過接縫時，接觸線接觸不到軌面而向下落。在火車快速運行時微量下沉我們看不到，但是車輪重心也上下微量變動。以車輪直徑910為例，R為455mm圓弧，縫隙寬L為23.6mm，圓弧高H則為0.1298mm，靜止狀態車輪接觸線就要下沉0.1298mm，造成火車在運行中車輪上下波動，對火車的平穩運行帶來很大影響。在火車快速運行慣性作用下，下沉量要小于靜止狀態，速度越高下沉量越小，當碰到另一鋼軌端面時被瞬間彈起，形成沖擊，沖擊力大于輪壓。由此可看出橫向縫隙是禍首源頭，影響火車的平穩運行。

3橫向縫隙對鋼軌的影響

鋼軌的損傷。隨著軌道結構的強化和鋼軌的重型化，損傷越來越集中于鋼軌的頭部，使軌頭部分的疲勞損傷、軌面剝離、壓潰、波磨成為鋼軌損傷的主要形式，主要原因是車輪在鋼軌接頭縫隙上下波動瞬間撞擊產生的。隨著運行時間加長，撞擊頻率加大，L尺寸和H尺寸加大，車輪重心上下變動量就加大，撞擊力更加大，使鋼軌頭部加重波磨壓潰，加快縮短了軌道的使用壽命，而重新更換道軌，必然造成人力、物力的巨大損失和浪費。

4橫向縫隙對火車壽命的影響

由于軌道橫向縫隙造成的撞擊、震動，不僅嚴重損傷鋼軌，對火車各機械零件、動力機構，尤其車輪都不同程度造成損傷，加重機械疲勞，縮短機械維修周期及火車的使用壽命。

5改變鋼軌的幾何形狀，消除橫向縫隙

以下圖形均為府視示意圖：

如圖2所示，在原鋼軌基礎上保持各部位尺寸，只從兩端上軌面的側邊開始去除45度，工藝簡單，成本低廉。

如圖3所示，若以常溫正20度計算伸縮縫隙則為8.85mm。

如圖4所示，以常溫正20度計算，45度方向伸縮縫隙為8.85mm*0*707【sin45度】則為6.257mm。

從圖4我們可以看出，當火車車輪在逐漸滾離第一節鋼軌的同時，又滾壓在第二節鋼軌上，平滑滾過很小的斜向伸縮縫隙，避免了車輪與軌頭的撞擊，減小震動和噪音，使火車平穩運行，從而延長了使用壽命，加大了維修周期，節省了大量的人力和物力。

6結語

通過對鋼軌幾何形狀的研究改變，使結構形式發生了變化，整個導軌消除了垂直橫向的伸縮縫隙，由小于橫向尺寸的斜向伸縮縫隙來保證了溫度變化引起的鋼軌漲縮現象。在火車車輪逐漸滾離第一節鋼軌的同時，又滾壓在第二節鋼軌上，保證了垂直于鋼軌的車輪橫向接觸線始終在鋼軌平面上，沒有離開的機會，平滑滾過很小的斜向伸縮縫隙，避免了車輪與軌頭的撞擊，減小震動和噪聲，使火車平衡運行，從而延長了使用壽命，節省了大量的人力和物力。