无缝线路基础知识1

无缝线路基础知识及应力放散

第一部分无缝线路基础知识

一、无缝线路的定义

在线路上,钢轨接头的数量是由钢轨长度决定的。我国钢轨标准长度为12.5m 和 25m,这样,每千米线路上就要有160个或80个接头。为消灭或减少线路上的接头轨缝,把许多根标准长度的钢轨一根接一根连续地焊接起来,成为一定长度的长钢轨线路,这就是无缝线路。无缝线路是一种新型的轨道结构,通常在工厂内将标准长度的钢轨用气压焊或电阻焊的方法焊成250—500m长的轨条,再用四层自动装卸列车运到铺设工地,而后又将数根轨条用铝热焊或移动气压焊接成数千米长的长轨条,铺设在线路上成为无缝线路。我国铁路规定,无缝线路上的钢轨焊接长度至少有 300m。

二、无缝线路的焊接方法

(1) 气压焊:气压焊是用乙快、氧焰将轨端加热到 1200 ℃,然后停火,并用焊机自动加压,将两根钢轨熔接。

(2) 接触焊(又叫电阻焊): 接触焊是将两根待焊的钢轨固定在焊机的两个相对夹钳内,轨端通以强大电流,由于对接钢轨之间有极大电阻,因而产生大量的热量。当轨端加热到1250℃时,断开电流,在继续施加压力的情况下,使轨头挤出凸起而焊在一起(此法在工厂使用 )。

(3) 铝热焊:铝热焊是铁的氧化物被铝还原成铁水,同时产生巨大的热量,把高温铁水浇入焊缝进行焊接的方法一般用于维修现场焊接,焊接强度低于钢轨母材。

(4) 小型气压焊:小型气压焊原理与气压焊相同，目前各铁路局大修部门的工地焊接都采用此种焊接方法,焊接强度高于铝热焊。

三、无缝线路的优点

无缝线路与普通线路相比较,钢轨接头的数量大大减少。接头的减少改善了列车运行条件,使列车行车平稳,旅客舒适,又能节省大量接头材料, 降低维修费

用,延长线路设备和机车车辆的使用寿命,能适应高速行车需要,是铁路轨道发展方向之一。

四、无缝线路的分类

无缝线路按其承受的温度应力情况,分为温度应力式、定期放散温度应力式和自动放散温度应力式三种。

(1) 温度应力式。温度应力式无缝线路每股由一根长钢轨及两端 2—4 根标准轨组成。采用夹板接头形式,在无缝线路铺设、锁定后,钢轨不能因温度变化而自由伸缩 , 因而在钢轨内部产生温度应力。温度应力的大小随轨温变化而不同，当轨道阻力大于钢轨温度力时,线路能保持足够的强度和稳定,一般不放散其温度应力。这种形式的无缝线路结构简单,不需要特殊设备,铺设、维修方便。

(2) 定期放散温度应力式。定期放散温度应力式无缝线路的结构形式与温度应力式相同。在温度变化幅度较大地区,于每年春、秋两季的适当时候松开扣件,放散钢轨温度应力,更换缓冲区中不同长度的调节轨,重新锁定线路,来减少和控制钢轨的温度应力。

(3) 自动放散温度应力式。自动放散温度应力式无缝线路一般用于特大桥上。长钢轨两端安装钢轨伸缩调节器,使用特制中间扣件,设置消除列车作用下引起爬行的弹簧装置,让钢轨能在轨枕上自由伸缩,来消除和减少钢轨的温度应力和消除桥梁伸缩附加力的影响。

五、温度应力式无缝线路的构造

温度应力式无缝线路由固定区、伸缩区和缓冲区三个部分组成 , 如下图

1. 固定区:固定区又称锁定区,是无线路长轨条不能伸缩的部分(图中的 k 段)。它和两端伸缩区紧接,一般长度为 1 刷 ~2 棚 mo 受线路(小半径曲线、道口及道岔 ) 、桥隧设备、施工条件及绝缘电路等因素的限制时,应不短于 50m 的长度。

当温度变化时 , 长轨条受扣件及接头阻力的抑制 ,bc 段不能胀缩 , 该区内钢轨温度力为最大。

最

乙

大

温

度

力

甲

a b c d

温

度

力

缓冲区（伸缩区）伸缩区缓冲区

（调节区）（呼吸区）（锁定区）固定区（稳定区）（呼吸区）（锁定区）（调节区）

温度力甲——克服接头阻力产生的温度力

温度力乙——克服道床纵向阻力产生的温度力

温度应力式无缝线路

2、伸缩区:在温度应力式无缝线路上,伸缩区指每根长轨条两端能有一定伸

缩的区段( 如图中 ab 和 cd 段 )。长轨条中的温度力一部分由接头阻力承受,

其余的由轨道从接头起逐渐积累起来的扣件阻力和道床纵向阻力承受,因而长轨

条两端必有一段可伸缩区段,温度力从固定区两端向外逐渐减少伸缩区长度根据

历年轨温差幅度、道床纵向阻力、钢轨接头阻力来计算确定,一般为 50~100m。

3、缓冲区:缓冲区由 2~4 根标准长度的钢轨组成。个别地点为适应桥头或钢轨绝缘等特定要求,有的多于 4 根。它设在 2 根长钢轨之间的自动闭塞区段绝缘接头处以及其他必要的地点,各接头采用夹板联结。它的主要作用是调节轨缝，更换绝缘接头和更换应力放散调节轨。

采用胶接绝缘接头时,可将胶接绝缘钢轨插在 2 节或 4 节标准轨中间。缓冲区钢轨接头必须使用 10.9 级螺栓,扭矩应保持在700~900N-m。绝缘接头轨缝不得小于 6mm。

六、无缝线路的基本原理

无缝线路在某种意义上就是一项与温度相抗衡的技术。在无缝线路轨道结构中, 充分认识钢轨的温度力是十分重要的。

一根自由放着的钢轨,夏天受热伸长,冬天受冷缩短,这种现象,称为热胀冷缩。

当温度变化时,一根不受任何限制而自由伸缩的钢轨的伸缩量为

ΔL = α -L -Δt

式中 r 一一钢轨的膨胀系数 , α =0.0000118;

L 一一钢轨长度 (m);

Δt 一一轨温变化度数 ( ℃ ) 。

例如 , 一根 1000m 长的钢轨 , 当轨温变化 40 ℃时 , 钢轨的自由伸缩量为

ΔL =1000 × 40 × 0.0000118=0.472m = 472mm 当然,线路上这样大的伸缩量是绝对不允许的。如果把钢轨两端固定起来,不让它自由伸缩,那么当轨温升高时,钢轨要伸长而不能伸长,钢轨内就会产生压应力。轨温降低时,钢轨要缩短不能缩短,钢轨内就会产生拉应力。这种因轨温度化在钢轨内部产生的拉应力或压应力,就是温度应力。

温度应力的大小可根据虎克定律计算 , 即在弹性极限范围内 , 变形与荷载成正比 , 应力与应变也成正比关系。两端固定的钢轨,按虎克定律计算 , 当轨温升高或降低 1℃时,钢轨内每 1cm2的断面上将产生约 250N 的温度压力或拉力。长钢轨内部的温度应力大小与轨温变化幅度成正比,与钢轨长度无关,这也