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,这也是铺设无缝线路的主要理论依据。

无缝线路轨道除承受机车车辆的动荷载外,还承受巨大的温度力,这是无缝线路非常重要的一个特点,也是无缝线路设计、施工及维修养护工作中必须考虑的一个特殊问题。

七、无缝线路的几种轨温1.钢轨温度钢轨温度是指钢轨的实际温度。

影响轨温的因素比较复杂,它不但受气温、风力、日照程度的影响,而且还与地形、线路方向、测量部位和测量条件有关。

根据长期进行测定的规律,最高轨温可高于同一时间最高气温约 20 ℃,一般最高轨温都出现在每日的12点到15点。

最低轨温与同一时间最低气温接近。

2. 中间轨温。

中间轨温是最高轨温与最低轨温的平均值。

中间轨温是设计锁定轨温的一个重要依据。

3. 锁定轨温锁定轨温是长轨条铺设施工时实际的锁定轨温。

此时钢轨内部不存在温度应力。

它是一项非常重要的资料 , 是保证无缝线路的正常养护和正常工作的前提,必须准确可靠。

一般以钢轨合拢、钢轨落槽后及拧紧接头螺栓时所测的轨温平均值作为锁定轨温。

4. 设计锁定轨温设计锁定轨温是设计无缝线路时采用的锁定轨温。

它通常是在保证无缝线路的强度与稳定的条件下由计算确定的。

这样的锁定轨温要保证长轨在冬天不被拉断、夏天不发生胀轨跑道事故。

八、轨道阻力及轨道框架刚度在无缝线路上,保持线路稳定、不变形的阻力有纵向阻力、横向阻力和竖向阻力三种。

（一）纵向阻力。

阻止钢轨及轨道框架作纵向移动的阻力称纵向阻力(包括接头阻力、道床纵向阻力和中间扣件阻力)。

1. 接头阻力无缝线路两端接头阻止钢轨纵向位移的力叫接头阻力。

它是由钢轨与夹板接触部分之间的摩擦力构成的。

要达到要求的接头阻力,首先必须保证一级螺栓的扭力矩不低于900N-m, 二级螺栓不低于700N·m, 三级螺栓不低于 400N-m。

2. 道床纵向阻力钢轨、轨枕联合在一起称为轨道框架。

道床抵抗轨道框架纵向位移的力称为道床纵向阻力。

它的大小与道碴材料、粒径、道床断面、捣固程度、轨道框架质量及道床脏污程度有关。

3. 扣件阻力扣件阻力指各种中间扣件和防爬设备抵抗钢轨纵向位移的阻力。

当扣件阻力大于道床纵向阻力时,轨道框架只能沿道床移动,否则钢轨将沿轨枕移动。

无缝线路伸缩区一般采用 I 型弹条扣件。

（二）横向阻力道床抵抗轨道框架横向位移的阻力叫道床横向阻力。

它是防止胀轨跑道，保持线路稳定的重要因素。

道床横向阻力与下列因素有关:1. 轨枕类型及位移混凝土枕线路的道床横向阻力比木枕线路约大50-60%。

道床阻力随位移增加而增大。

当位移达到一定值时,阻力不再有明显的增加,道床破坏。

2. 道床肩宽3. 道床肩部石碴堆高程度4. 维修作业影响进行维修作业时,道床松动会降低道碴间的摩擦力,最终降低横向阻力。

从扒碴起,道床横向阻力开始下降,到起道、捣固时阻力降到最小值,经过回填和夯拍,阻力又逐渐回升;但夯拍后阻力值仍低于扒碴前的阻力值。

5. 作业方法影响由于机械化作业需要扒出的石碴少,机械化捣固和穷拍作业后道床密实 , 机械化作业后的道床阻力要比手工作业后高 5-9% 。

6. 列车碾压次数7. 轨枕盒内石碴的数量轨枕盒内石碴饱满、密实,横向阻力就大,反之横向阻力就小。

（三）竖向阻力道床竖向阻力采用较少。

碎石道床每根木枕的竖向阻力可达1500~1600N 。

（四）轨道框架刚度轨道框架刚度是轨道框架抵抗弯曲的能力。

其大小与扣件的类型、扣压力的大小、轨枕和钢轨类型有关。

混凝土枕线路和木枕分开式扣件线路的框架刚度是普通道钉木枕线路的 1.5 倍。

九、跨区间及全区间无缝线路（一）跨区间及全区间无缝线路的基本结构跨区间无缝线路是指轨节长度跨越车站道岔的轨道结构，不跨越车站只跨越闭塞分区的无缝线路为全区间无缝线路。

1. 轨道结构标准(1) 钢轨: 采用 60kg/m 及以上全长洋火钢轨或其他耐磨轨。

(2) 轨枕: 采用Ⅱ、Ⅲ型混凝土枕或混凝土宽枕,有碴桥上采用混凝土桥枕,特殊情况可使用I类木枕。

Ⅲ型混凝土枕配置 1667 根/km,型及既有轨枕配置为1840根/km。

(3) 扣件: 混凝土枕使用Ⅱ、Ⅲ型扣件,术枕使用分开式扣件,明桥面使用K 型分开式扣件,岔枕使用弹性分开式扣件。

(4) 道岔: 采用无缝道岔,道岔与长轨节直接联结。

无缝道岔的钢轨接头采用绝缘胶接接 ,高锺钢整铸辙叉前后 4 个接头采用冻结接头,其余接头全部焊接。

(5) 道床: 采用一级碎石道碴。

皿型枕碴肩宽度为400mm，Ⅲ型枕及道岔范围内为450mm边坡坡度为1:1.75，碴肩堆高150mm，轨枕盒内道床应填平,并低于承轨槽顶面20—30mm。

(6) 绝缘接头: 采用厂制胶接绝缘钢轨。