重型鋼軌適用于運量大、速度高及行駛重載車輛的鐵路;輕型鋼軌則用于運量較小的鐵路及站線上。在大運量鐵路上鋪設(shè)重型鋼軌,可以減少養(yǎng)護維修費用,并可降低行車阻力,節(jié)約燃料。根據(jù)使用需要,鋼軌應(yīng)有一定的標(biāo)準(zhǔn)長度。中國、蘇聯(lián)等國家規(guī)定為25米及12.5米;美國規(guī)定為78英尺及39英尺(相當(dāng)于23.774米及11.887米)。
材質(zhì)
鋼軌的強度、耐磨性以及抵抗沖擊的能力,在很大程度上取決于鋼軌的材質(zhì),也就是取決于鋼材的化學(xué)成分、金相組織、生產(chǎn)工藝和熱處理質(zhì)量。鋼軌的化學(xué)成分,除含鐵外,還含有碳、錳、硅、硫和磷等。含碳量高,可增加鋼軌的強度,但含碳過高,將使其塑性及沖擊韌性降低。適當(dāng)提高錳和硅的含量,能增加鋼軌的強度、硬度和韌性。硫和磷是有害雜質(zhì),不容許超過規(guī)定的限度。此外,在鋼軌中加入適量的鉻、鎳、鉬、釩、鈦或銅等元素制成合金鋼軌,可提高鋼軌的質(zhì)量。中國自70年代起已生產(chǎn)含稀土、低錳、中硅及含鈦、含銅等低合金鋼軌。為提高軌端部分的抗磨性能,防止壓陷,保證鋼軌全長磨耗均勻,通常在鋼軌的兩端進行軌面淬火,以提高其硬度;全長淬火,鋼軌使用效果更好。
鋼軌作為一根支承在連續(xù)彈性基礎(chǔ)上的無限長梁,主要承受來自機車車輛的集中垂直荷載,在其斷面上產(chǎn)生一定的彎矩。鋼軌由于斷面抗彎強度不足而損壞的事例較少。鋼軌更換的主要原因是磨耗和疲勞傷損。鋼軌的磨耗在直線及曲線上有不同形式和程度上的表現(xiàn)。直線上主要為接頭部分的鞍形磨耗。曲線上主要為外股鋼軌的側(cè)面磨耗、內(nèi)股鋼軌的頭部壓潰和波形磨耗,而在小半徑曲線上更顯得特別嚴重。鋼軌疲勞傷損的主要表現(xiàn)是核傷。它起源于軌頭內(nèi)部存在的細小裂紋。隨著機車車輛通過時軌頭內(nèi)部出現(xiàn)極為復(fù)雜的應(yīng)力組合,使這一細小裂紋先是成核,然后再向軌頭四周發(fā)展,最后則在無預(yù)兆下猝然折斷,引起后果十分嚴重的行車事故。
減少曲線鋼軌磨耗的主要措施在于改進機車車輛轉(zhuǎn)向架的設(shè)計,借以改善輪軌間的相互作用條件,減少彼此間的摩擦。作為治標(biāo)措施,可采用曲線鋼軌側(cè)面涂油或在小半徑曲線上鋪設(shè)耐磨性能高的特種合金鋼軌。防止核傷的最有效方法是對鋼料進行控制性冷卻,避免鋼軌內(nèi)部因氫氣逸出而產(chǎn)生的細小裂紋,從而根本消滅了產(chǎn)生核傷的疲勞源。但是,盡管采取各種預(yù)防措施,鋼軌核傷仍無法絕對避免。為確保行車安全,必須進行定期的鋼軌探傷,以便及時消除隱患,避免發(fā)生重大行車事故。
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