钢轨在铁路行业的用途:
板式轨道,用很薄的铁片钉在木制的路轨上制成。但这种路轨的承重能力很低,所以虽然建造的成本很低,但长远来说并不划算。
后来铁路开始改用铁轨,经过数十年的改进,使用的物料改成钢,而钢的质素亦得到很大的提高。铁路上使用的钢轨必须承受巨大的压力,故此需要使用质素极 高的钢材。铁路钢轨对钢的要求比其它的应用都为高。同样的小瑕疵,在建筑物使用的钢筋内出现可能不会产生任何问题;但在铁路钢轨出现则随时会导致路轨断裂而引致列车出轨。
钢轨并不便宜,占铁路成本中相当重要的部分。
现代使用的钢轨切面成”工”字形,分为与车轮接触的轨头、中间的轨腰及底部的轨底。不同的路线对钢轨的强度、稳定性及耐磨性都有不同的要求。因此钢轨亦有不同的规格。一条路线上应该选择使用那一种,需要考虑经济及技术等因素。
钢轨的种类及强度以kg/m表示。每米越重的钢轨所能承受的重量亦越大。
欧洲的铁路常见的钢轨有以下多种重量:
40kg/m
50kg/m
60kg/m
中国则有:
50kg/m
60kg/m
75kg/m
主要线路使用的是60kg/m 或75kg/m的钢轨。
美国使用的钢轨更重,某些运煤线路可重达77kg/m。
接合鱼尾板
把钢轨连接成轨道的方法有多种。最 传统的做法会把二十米左右一截的钢轨固定在轨枕之上,各截钢轨之间有接头(亦称接缝)。英国的习惯,两条路轨会在相同的地方有接头,但美国则会放在不同的地方。接头使用鱼尾板接合,它是一块约六十厘米长的钢板,两端有四或六口钢栓,用来扣在钢轨上的小洞。钢轨之间特地留有间隙,约为6mm宽,称为伸缩接缝。钢轨让鱼尾板上钢栓通过的小洞是椭圆形的,这样钢轨就可以在炎热的天气下有膨胀的空间。这对钢轨是非常重要的:如果没有膨胀的空间,每当温度改变一度,钢轨就需要承受1.6吨的压力或拉力。如果一个地方每年最 高及最 低温度相差三十度,这力可以达到五十吨。一条钢轨可能会因而变得歪歪斜斜,影响行车安全。
虽然这样可以解决冷缩热涨的问题,但是路轨上留有的小接缝使列车驶过时产生”咔哒、咔哒”的声音。除非路轨的保养得非常良好,否则这种有接缝的路轨不适宜让高速列车行驶;乘客亦会觉得行车不平稳。很多铁路发达的国家依然会在低速路线、非重要的路线或支线使用这种路轨接合。鱼尾板亦常见于缺乏现代化投资的路线。美国大部分的路线都属于这类,而且多数是还使用木制的枕轨(即枕木);另外部分原因是美国的铁路速度不高,木的价格亦很低。
持续焊接
另一种较新的连接钢轨的方法是持续焊接轨道(Continuous Welded Rail, CWR),亦称无缝轨道或长焊轨。这种方法把数公里长的钢轨以焊接接成连续的一条。由于没有了接缝,于是路轨的强度获得增加,需要的维修较少,车辆行驶亦更顺畅。
以焊接接合轨道的成本较用鱼尾板昂贵。但因为强度较高,车辆可以在持续焊接轨道上以更高速度行驶,摩擦力亦得到减少。
为解决无缝轨道在冷缩热涨时可能会歪曲的问题,钢轨需要被紧紧的锁定在线路上,使它们的伸缩自由受到限制。一般的做法是使用混凝土制成的轨枕,用坚固的扣件把钢轨扣上,下方再配以足够的道碴。每次更换或敷设钢轨时,钢轨会被先被拉长使它们膨胀,然后才锁定在轨枕上。这样就算日后温度增高,路轨的膨胀亦会减少。锁定轨度的温度亦很重要。一般每段轨道都会参考当地最 高及最 低 温度,然后计算出合适的温度。如果日后温度超出最初的预算,(例如出现历史性的炎夏或寒冬),无缝轨道可能会弯曲或断裂。
使用持续焊接的轨道仍然可以在需要的地方使用接头。但这些接头多数都不是九十度直线线打横越过钢轨,而是以很斜的角度接合。这样车轮经过时的震动及噪音都会大大减少,但钢轨仍然会有膨胀的空间。这种接头被称为调节道岔 (Adjustment Switch)。
材料
钢轨是用高锰钢制成的。 锰钢的脾气十分古怪而有趣:如果在钢中加入2-3%的锰,那么所制得的低锰钢脆得就像玻璃一样,一敲就碎。然而,如果加入>13%的锰,制成高锰钢,那么它就变得既坚硬又富有韧性。 所以人们用锰钢来制造耐磨的机器零件和铁轨、桥梁等。 还有,在钢轨的上部,也就是和车轮接触的那一层,又是加入了另一种金属--铟,它的加入,使钢轨上部分在保证硬度的情况下,更具有一些韧性,这对火车的车轮很重要,它和“轮箍”接触、碰撞的时候,会有一定弹性,保证了火车的安全运行。
维修
铁路轨道必须经常维修以维持良好运作状态。路轨维修是繁重的工作,以往要花费很多人力来完成,现已逐渐以机器取代。铁路轨道的主要保养维修工作包括有:
打磨钢轨 ,改善钢轨的平面及纵面。
更换部分或全部钢轨。
更换轨枕。
捣固、清理、更换及补充道碴。
在繁忙的线路上因为列车间距很短,因此铁路营运者多数会以自动化的工程列车进行部分的维护工作,以提高工作效率。
铁路轨道,简称路轨、铁轨、轨道等,用于铁路上,并与转辙器合作,令火车无需转向便能行走。轨道通常由两条平行的钢轨组成,钢轨固定放在轨枕上,轨枕之下为路碴;以钢铁制成的路轨,可以比其它物料承受更大的重量。轨枕亦称枕木,或路枕,功用是把钢轨的重量分开散布,和保持路轨固定,维持路轨的轨距。一般而言,轨道的底部为石砾铺成的路碴,路碴亦称道碴、碎石或道床,是为轨道提供弹性及排水功能。铁轨也可以铺在混凝土筑成的基座上 (在桥上就相当常见) ,甚至嵌在混凝土里面。铁路轨道必须经常维修以维持良好运作状态。