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铁路钢轨中的科学

2019-09-07 09:28  来源: 新华网

轨道交通是公共交通的重要组成部分之一。钢轨作为轨道结构中最重要的组成部件,直接承受了列车车轮和其他方面的载荷,并传递给轨下基础部件,为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面,确保机车车辆顺利行进,而其优良的物理特性与它的外形、材料、生产工艺等都息息相关。

 

 

钢轨自1767年发明至今,已经历了230余年,随着铁路技术的发展,钢轨的断面也经历从平板形到T形又到U形的过程,直到1864年才最后固定为工字形。钢轨由轨头、轨腰和轨底组成,工字型的钢轨其顶面在宽度和厚度上达到一定的规格后,能保持稳固结实的状态;为了兼顾钢轨的稳定性,钢轨底面的宽度也要达到一定的规格,增大受力面积;另外,车轮在结构上要和钢轨吻合,车轮上带有轮缘,故钢轨的高度必须足够高才能容得下轮缘。因此,工字形断面被界内认定为最好的钢轨断面结构,尤其从材料力学角度上来看,工字形钢轨在强度上的表现最佳,因能展现出钢材最优利用率而被一直沿用至今。

钢轨的主要成分是铁,此外还有碳、锰、硅、磷、硫等元素。其中碳是铁以外含量最多的元素,碳元素决定了钢轨的强度、硬度和耐磨性,不过碳的含量不宜过多,否则会增大材质脆性,也会造成其他缺陷。锰元素决定了钢轨的强度和韧性,也能削弱硫的副作用。硅元素能够消除钢液中的氧与气泡,从而增加钢的密度。但磷元素和硫元素都会对钢轨起到不利作用,前者会使钢轨具有冷脆性,后者会使钢轨具有热脆性,两种元素都应尽量除去。

通常轨道上的钢轨长度为12.5米或50米,但钢轨之间并非都是无缝连接。中间用夹板和联结零件进行连接的线路会留有缝隙,这种缝隙叫接头轨缝。接头轨缝是为了避免钢轨在受热膨胀伸展而发生相互挤压,从而会使铁轨扭曲上拱的现象,使得机车车辆无法正常行驶。另外,我们在坐火车时听到“哐当哐当”的声音,就是火车车轮压过轨缝时产生的。

相比其他交通工具,轨道交通工具的优势较为明显,不仅装载量大,而且运输距离远、运输成本低、受气候影响小,如今也已成为了一种主要的交通运输方式。

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作者: 夏爱兰   [责任编辑: 李浩]

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