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【技术贴】详解无缝钢轨为何不怕热涨冷缩~~~~【多图】

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发表于 2009-4-7 22:46:06 | 显示全部楼层 |阅读模式
最近在华东发现有人对这种基础知识掌握的不是很牢靠~~~~现在特别在讲解一下~~~~图为无缝钢轨施工现场~~~~

[ 本帖最后由 56769732 于 2009-4-8 08:19 编辑 ]
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 楼主| 发表于 2009-4-7 22:46:21 | 显示全部楼层

回复 #1 56769732 的帖子

在此先以无缝钢轨是不是有热涨冷缩说起和沪宁的无缝铁路的历史说起~~~~1998年5月4日~~~~气温突然升高~~~~已经铺设跨区间无缝线路的沪宁线戚墅堰站等7个车站的54组道岔在同一天发生故障~~~~道岔扳不动~~~~沪宁线面临中断行车~~~~京沪大动脉面临瘫痪!~~~~
钢轨的热胀冷缩~~~~跨区间无缝线路的温度力不能正常传递~~~~是导致道岔扳不动的直接原因~~~~温度力的正常传递技术~~~~目前除了少数几个发达国家外,其他国家均尚未取得成功~~~~这成为发展区间无缝线路的最大技术障碍~~~~
      在我上海铁路局技术攻关小组的艰苦研究下~~~~我上局取得了一个个令人惊喜的成果~~~~
      1998年6月14日,攻关小组将新型试验铁轨铺设在安亭站11号道岔,经过一年的观察,没有发生异常情况。
      1999年初,栖霞山?常州线上,一根全长104.6公里、跨15个区间的超长无缝线路诞生,同时也创下了国内铁路之最。
      2001年,沪宁线铺成了一根全长223.2公里、跨33个区间的超长无缝线路。
      2002年,沪宁线铺成了一根全长242.4公里、跨35个区间的超长无缝线路。
      2003年,南京---南翔上下行288.8公里、跨40个区间,分别铺成了超长无缝线路。
      2004年,南京---上海上下行303公里、跨43个区间的超长无缝线路铺设成功。
      沪宁线客货争能~~~~运营与施工矛盾日益突出~~~~白天客车密集到发~~~~难以安排施工~~~~必须对施工传统安排时间进行改革突破~~~~将作业安排在夜间进行~~~~ 承担主要施工任务的上海铁路局杭州大修段和上海工务机械化段夜以继日~~~~克服重重困难~~~~突破了一个又一个技术难点~~~~杭州大修段采用QPCJ铝热焊连焊新技术~~~~现场胶接绝缘接头~~~~经过对轨、封泥、加热、推瘤、打磨等环节方才完工~~~~

[ 本帖最后由 56769732 于 2009-4-7 22:52 编辑 ]
 楼主| 发表于 2009-4-7 22:46:35 | 显示全部楼层

回复 #1 56769732 的帖子

现在的无缝铁路主要分为2种~~~~一种是比较老式的国产无缝钢轨~~~~其主要原理是利用先进的焊接技术将一段段短的铁路焊接成一个长的铁轨~~~~比如沪宁线上的303公里无缝铁轨~~~~还有一种是其本身长度就远远普轨的德国无缝钢轨~~~~此种钢轨现在将用于高铁客专和现在的京沪高铁上~~~~
     传统的无缝线路分为固定区,伸缩区,缓冲区~~~~在缓冲区可以预留大一些的轨缝~~~~以备伸缩~~~~伸缩区相邻缓冲区~~~~如果缓冲区的轨缝因季节变化不够用的话~~~~则要在伸缩区更换不同长度的钢轨以调整轨缝~~~~现在解决热涨冷缩有两种方法~~~~一种是长轨节自身承受全部温度应力~~~~即将长轨锁定在枕木上~~~~使其不因温度变化而胀缩~~~~这种方法适用于一年四季温度相差不大的地区~~~~例如在中国南方部分地区~~~~在一些温度相差较大的地区应就要采取另一种方法~~~~即长轨节自身不承受温度应力~~~~而以自动放散应力或定期放散应力的方法~~~~使长轨节随温度升降而自由收缩~~~~在铺设的时候也尽量选择最佳温度铺设~~~~使钢轨的伸缩值在最小范围内~~~~这样不管温度上升还是下降~~~~钢轨的伸缩始终都控制在最小范围内~~~~ 此种无缝钢轨准确是并不是革命性的~~~~只是在普通的铁轨上进行技术改良~~~~这也是受限于中国的制造铁轨技术远远不如欧美的原因~~~~
     而客专上使用的整根整根的铁路显然不可能有那么多麻烦~~~~因为很多是德国进口的~~~~由于德国先进的重工业~~~~个人揣摩要彻底解决这个长钢轨热涨热缩的问题~~~~以德国的工业水平有可能是500米铁轨一体成型~~~~也有可能是数根钢轨所含的成分高度相似然后通过铝热或闪光焊接等方法无缝焊接使触电形变控制在可以接受的范围内~~~~客运专线要求高质量的钢轨焊接接头这是毫无疑问的!~~~~以台湾高铁为例子采用绝缘接头~~~~约每1km就一处~~~~作为区隔两个轨道电路区间之用~~~~这些绝缘接头都是在工厂里组装完成后才运送到现场~~~~跟钢轨焊接在一起的~~~~这些绝缘接头的组装十分紧密~~~~不会因为钢轨热涨冷缩而产生缝隙~~~~因此车轮一样可以平顺的通过~~~~
     图为焊接和铺设无缝钢轨~~~~:lol :lol :lol :lol

[ 本帖最后由 56769732 于 2009-4-8 08:18 编辑 ]
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发表于 2009-4-7 22:48:14 | 显示全部楼层
我确实不知道,想了解以下。
 楼主| 发表于 2009-4-7 22:57:18 | 显示全部楼层

回复 #1 56769732 的帖子

现在再说点一点专业的知识了,可能没有点基础的看着要费力了。:lol :lol :lol :lol
无缝线路温度应力式及放散应力式两种;前者由焊接长钢轨及其两端若干根标准钢轨组成,用夹板及螺栓连结;其构造简单,铺设维修方便,但钢轨要承受很高的温度力,一般适用于常年轨温变化不大于90°C的地区,也可铺设在大于这一轨温变化的地区,但要在一定轨温条件下,定期放散钢轨内部过高的温度力。后者在焊接长钢轨两端设温度伸缩调节器(见钢轨伸缩调节器),随时释放温度力。
    无缝线路由于消灭了大量钢轨接头,因而具有行车平衡机车车辆及轨道维修费用低,使用寿命长等优点,是铁路轨道现代化的主要内容之一。但要充分发挥它的优越性,必须同时满足强度稳定性方面的设计要求。
    温度应力及温度力 钢轨热胀冷缩,在无缝线路上,焊接长钢轨每单位长度的自由伸缩量等于线膨胀系数 □及轨温变化幅度 □□的乘积。 焊接长钢轨一经“锁定”,自由伸缩就受到两端接头阻力 □及沿线道床阻力的抵抗而不能实现或不能全部实现。 此时, 未能实现的自由伸缩将转化为数值相等但方向相反的温度应变□□=□□□,从而在钢轨内部产生温度应力□□=□□□□和温度力 □□=□□□□□(□为钢的弹性模量;□为钢轨截面积)。夏季轨温升高,钢轨势必伸长,但因不能实现而转化为压应变,在钢轨内部产生压应力。冬季轨温降低,钢轨势必缩短,但因不能实现而转化为拉应变,在钢轨内部产生拉应力。这种因轨温变化而引起的应力称温度应力,而作用于钢轨截面上的力称温度力。
    铺轨轨温及锁定轨温 最适宜于铺设焊接长钢轨的轨温称铺轨轨温。因为在铺轨过程中,轨温可能有波动,所以确定铺轨轨温时,容许有一个上下波动范围。锁定轨温,也称无应力轨温,是在焊接长钢轨铺设完毕,上紧扣件,装好防爬设备及接头夹板时的轨温。它必须在铺轨轨温的容许波动范围内。锁定轨温一般应略高于当地最高轨温与最低轨温的平均值,防止酷暑季节钢轨温度压力过大,从而减少无缝线路胀轨跑道的潜在危险。当地最高轨温一般要高出最高气温20°C,而最低轨温则大致与最低气温相等。 锁定轨温是计算轨温变化幅度 □□的依据,必须详实记录,妥善保存,如因线路作业引起变化,应及时更正。
    伸缩区、固定区和缓冲区 焊接长钢轨两端的接头阻力□是一个集中力, 而沿线道床阻力则是一个分布力,如道床纵向阻力以每米钢轨的阻力□(千牛/米)表示,则在离轨端□处,两者之和为□+□□。此值随□的增大而增大,如焊接长钢轨的长度为□,其最大值可达□+□□/2。但是,当地的最高轨温总是有限的,因而最大轨温变化幅度□□□也将是有限的。所以,要平衡由此而产生的最大温度力□□□=□□□□□□,并不需要动用焊接长钢轨上的全部道床阻力,而只要动用靠近轨端长度为□的一部分就可以了。此时,温度力和阻力的平衡式为□□□=□+□□,由此求取□的值。在□范围内一部分自由伸缩由于接头阻力及道床阻力的限制而不能实现,从而出现不同程度的限制伸缩。这一区域称为伸缩区。两端伸缩区以外的中间部分,全部自由伸缩被限制,因而处于完全固定的状态,这一区域称为固定区。由此可见,无缝线路上最大温度力出现在固定区,它仅与钢轨的最大轨温变化幅度有关。从理论上说,焊接长钢轨的长度可以不受任何限制,但实际铺设时还应当考虑其他方面的因素。例如,在两个自动闭塞区分界处,长钢轨要断开,以便安装绝缘接头;而在接近车站两端道岔群时,也要把长钢轨中断,以利道岔的养护和维修。在焊接长钢轨中断处,应设缓冲区。缓冲区由2~4或更多根标准钢轨组成。目的是便于调整轨缝,放散应力和修理及更换绝缘接头和道岔。
    强度及稳定性 为防止钢轨断裂,无缝线路应具有足够的强度。无缝线路强度计算的要求是:在列车动力作用下,焊接长钢轨所受的弯曲应力、温度应力及制动力的总和,不超过钢轨钢料的容许应力。
    无缝线路除满足强度要求外,还必须满足稳定性要求。实践和理论表明,无缝线路在垂直面上臌曲的可能性是很小的,胀轨跑道总是在水平面发生,首先在轨道的原始弯曲处开始。当轨温不高,温度压力不大时,轨道的臌曲变形极小;随着轨温及温度压力的继续增大,轨道变形将随之逐渐增加,但不会引起突然破坏;一旦温度压力升高到某一临界值□□后,如压力稍有增大或受外力干扰时,轨道变形就会突然急剧增加,终于导致稳定性的完全丧失。轨道臌曲的渐变阶段称为胀轨。突变阶段称为跑道。

[ 本帖最后由 56769732 于 2009-4-8 08:07 编辑 ]
发表于 2009-4-7 22:57:35 | 显示全部楼层
等待老师讲课,虽然知道铝热剂!
 楼主| 发表于 2009-4-7 23:26:05 | 显示全部楼层

回复 #1 56769732 的帖子

接5楼:lol :lol :lol
      无缝线路的稳定问题是一个力学平衡问题。平衡因素以温度压力和轨道原始弯曲为一方,轨道框架刚度和道床横向阻力为另一方。前者为破坏稳定的因素,后者为保持稳定的因素,无缝线路的稳定与否,就是双方消长变化的结果。保证无缝线路稳定的基本要求在于尽可能地增加其保持稳定的因素,减少其破坏稳定的因素。主要措施有:提高无缝线路的轨道框架刚度,即采用重型钢轨、混凝土轨枕及强力扣件;提高道床横向阻力;保持线路方向良好;消灭钢轨硬弯,力求焊缝平直;保证路基无翻浆下沉等病害。
      铺设及养护 长钢轨的焊接工作在焊轨厂的接触焊接机上进行。整个焊接工作包括配轨、调直、轨端处理、焊接、清除焊瘤、正火研磨矫直及探伤等一系列工艺过程。焊接好的长钢轨由存轨站台装上专用运轨列车后直接驶往铺轨地点。到达工地后,长钢轨从运轨列车最后一辆卸轨车的左右导向滑槽中引出,分别卸在线路轨道的两侧。然后把长钢轨按设计要求在现场用铝热焊焊接成规定的设计长度。最后在规定的铺轨轨温范围内,把旧的标准钢轨换成新的焊接长钢轨。换轨工作用轨道车牵引的两台换轨小车进行。第一台小车抬新轨、走旧轨,将新轨换入旧轨已被拆除的混凝土轨枕承轨台上。第二台小车抬旧轨、走新轨,将已拆除的旧轨送入轨道的道心。两台小车相距约20米,这样,被抬起的新旧钢轨呈横 8字图形随小车向前移动而连续更换。(见彩图焊接长钢轨卸车)
      无缝线路在养护维修方面,有其一定的特殊要求。首先,无缝线路必须按轨温进行线路作业。轨温超过或低于锁定轨温20°C时,严禁进行一切维修作业。作业过程中要做到不破坏或少破坏道床阻力。同时要根据无缝线路的特点,合理安排作业计划和顺序,确保线路稳定。无缝线路的断轨和胀轨跑道,对行车安全威胁极大,必须事前采取各种有效的预防措施,并在事故发生后,按规章进行及时的处理。
      桥上无缝线路 是无缝线路的一种特殊形式。铺设无缝线路的桥梁,以中跨上承式简支梁桥居多。桥上无缝线路的特点是梁因温度变化而伸缩,并受列车荷载作用而挠曲,致使焊接长钢轨除承受因轨温变化而产生的温度力外,还承受由梁传来的伸缩附加力和挠曲附加力。同时,这两种附加力也反作用于梁并传递到支座和墩台上。在一般情况下,桥梁均位于无缝线路的固定区,且相邻桥梁的固定支座及活动支座位于同一桥墩上。为减小桥梁和焊接长钢轨之间的相互作用力,在无碴桥上通常可采用不同松紧的扣件布置系列,以降低桥上的扣件阻力。计算焊接长钢轨的伸缩附加力时,以一年内一日间可能出现的最大梁温度差作计算依据。因为伸缩附加力和挠曲附加力可以互相放散,计算时不需要进行叠加,只要选取其中最不利者作为焊接长钢轨的附加力,进行强度检算即可。
      图为无缝钢轨挺进温差极大的北天山:lol :lol :lol

[ 本帖最后由 56769732 于 2009-4-8 08:15 编辑 ]
F200903170850515517577628.jpg
发表于 2009-4-7 23:36:55 | 显示全部楼层
其实我也不是很懂,因为甬台温才知道无缝钢轨!求教:lol
发表于 2009-4-8 08:11:00 | 显示全部楼层
学习ing,还是看得迷迷糊糊的
 楼主| 发表于 2009-4-8 08:11:31 | 显示全部楼层
多好的帖子啊~~~~顶一下~~~~难道是曲高和寡?~~~~:( :( :( :(
发表于 2009-4-8 08:40:17 | 显示全部楼层
超长无缝钢轨在进站道岔处也是无缝?
 楼主| 发表于 2009-4-8 08:46:10 | 显示全部楼层

回复 #11 kpf2003 的帖子

显然您觉得就那么点缝隙够用吗?~~~~这样做的结果详情请见2楼~~~~沪宁线上直接导致54组道岔无法扳动~~~~54组道岔的缝隙都不够用客专的这一点点~~~~还有客专钢轨铁纯度高从承重能力不如普通钢轨就能知道~~~~伸缩性显然要明显强于一般钢轨~~~~如果钢轨在哪里道岔挤压变形了~~~~可以预见的就是一场惊天动地的事故了~~~~
发表于 2009-4-8 09:37:40 | 显示全部楼层
原来懂的地方得到证实,原来不懂的地方得到充实!
好帖,如果在我的版里就给你个精了哈~
收藏了~
发表于 2009-4-8 10:10:50 | 显示全部楼层
带多图详解的就更好了!:lol :lol 最好是PPT课件之类的!:Q :Q
 楼主| 发表于 2009-4-8 10:18:48 | 显示全部楼层

回复 #14 蜗牛爬树 的帖子

:L :L :L :L 多图详解这个有点困难~~~~上哪里找安装时候的和关键部位那种特写图呢?~~~~
发表于 2009-4-8 11:19:42 | 显示全部楼层
高中化学课里重要的实验,铝热置换反应
发表于 2009-4-8 11:26:41 | 显示全部楼层
:lol 好贴,顶
发表于 2009-4-8 11:32:14 | 显示全部楼层
LZ热心普及知识,显然要顶~!:victory:
发表于 2009-4-8 11:37:22 | 显示全部楼层
学习一下,不太懂
 楼主| 发表于 2009-4-8 11:55:03 | 显示全部楼层

回复 #16 CHANGE 的帖子

:L :L :L :L 貌似那个是小儿科~~~~就那个实验还嫌危险呢~~~~
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