為什麼火車鐵軌在酷熱條件下會發生扭曲變形

鋼軌自由放置情況下，當軌溫變更時就會自由伸縮。夏天受熱會伸長，冬天受冷會收縮，也就是「熱脹冷縮」。將多根鋼軌聯剖析軌道，很顯然每隔12.5m或25m就會有一個討論。討論之間要留有軌縫，約為8mm。留軌縫就是為了避免鋼軌在熱脹冷縮時產生的溫度力破壞鋼軌。一般來說，鋼軌溫度每改變1℃，每根鋼軌就會承受1.645噸的壓力或拉力。軌溫變更幅度為50℃時，一根鋼軌則要承受高達82.25噸的壓力或拉力。如此宏大年夜的溫度力力足以破壞鐵路軌道岔的正常狀況。因此在無縫線路上如許大年夜的伸縮量是毫不容許的，必須採用防爬設備將兩頭鎖定，或在線路軌道設置富強的線路阻力來鎖定軌道，以限制鋼軌的自由伸縮。假如將一定長度範疇內的鋼軌兩頭牢固，限制鋼軌自由伸縮，則軌溫變更時，線路鋼軌就會呈現內應力，這個力是由軌溫變更惹起的，故叫做溫度力。具體地說也就是無縫線路經鎖定後，夏季溫度降低時，鋼軌受熱伸長，但遭到束縛弗成能伸長，外部產生壓應力；夏季溫度降落時，鋼軌受冷收縮，但遭到束縛也弗成能收縮，外部產生拉力。正因為鋼軌被如許緊緊鎖定在了軌枕上，鋼軌才幹遭到如此大年夜了溫度力而穩定形，這就是無縫線路的基本道理。當軌溫高於鎖定軌溫時，無縫線路鋼軌斷面上要承受溫度壓力。溫度壓力跟軌溫的正向變更度數成正比。當軌溫升到最高值maxt時，溫度壓力達到最大年夜值maxPt。另一方面，因為有討論阻力跟道床縱向阻力的存在，溫度壓力絕大年夜部分被限制在鋼軌斷面上，只有極小部分在伸縮區被開釋掉落。這股限制在鋼軌斷面上的溫度壓力，總要遵守天然法則尋機放散出去，以求徹底均衡。當它達到一定值，在縱向上仍找不到前程時，就會到橫向上去追求前程，而無縫線路的曲線恰好給它供給了這種機會，即縱向溫度壓力剖析的徑向分力Pr恰好指向曲線外側的偏向，使曲線順勢向上股偏向臌曲。而直線線路也弗成能絕對直，一旦某處有些曲折，縱向溫度壓力也會順曲折的偏向剖析徑向分力Pr，形成直線軌道曲折的偏向變形。如許，只有溫度壓力達到了一定值，無縫線路軌道呈現橫向變形就弗成避免。大年夜量實驗標明，這一變形的產生與開展過程中是有一定法則的，基本上可分為三個階段：持穩階段、脹軌階段跟跑道階段。（一）持穩階段持穩階段是無縫線路承受溫度壓力的初始階段。在這個階段，溫度壓力雖因軌溫降低而增大年夜，但軌道並不產生變形，仍保持初始狀況，溫度力完全以彈性狀況「儲存」於鋼軌斷面上。鋼軌的初始曲折越小，對應這一狀況的溫度壓力值越高。假如鋼軌為幻想的多少何直線，此狀況可能將一直持續到溫度壓力達一個相稱大年夜的值，才會在外力的干擾下產生忽然臌曲；但是因為各種原因，鋼軌弗成能是幻想的多少何直線，總會有某種程度的曲折；因此，持穩階段的鋼軌溫度壓力弗成能達到前述的「相稱大年夜的值」，相反，線路阻力越小、軌道多少何狀況尤其是偏向越差，形成軌道臌曲變形的溫度壓力就越低。無縫線路的軌道是 否「持穩」，要看溫度壓力能否達到了一個臨界值，亦即軌溫能否達到了一個臨界軌溫。臨界溫度壓力或臨界軌溫隨線路狀況的差別而有高有低。對同一條無縫線路而言，只有溫度超越了臨界值，軌道就由持穩狀況進入脹軌狀況。把使無縫線路由持穩狀況進入脹軌狀況的溫度壓力叫做第一臨界溫度壓力。在持穩階段，無縫線路是絕對保險的。（二）脹軌階段當軌溫持續降低，溫度壓力超出第一臨界值時，脹軌階段就開端了。在這一階段，壹直增大年夜的溫度壓力使軌道產生由小到大年夜、由少到多的橫向變形，偶然憑肉眼都能清楚地發覺出來―曲折的線形越來越明顯，變形矢度越來越大年夜，軌道偏向明顯不良。但是軌溫弗成能無窮制地降低。當它升到一定程度（只有在軌道的承受範疇之內）後開端降落時，跟著溫度壓力的逐步排除，可能瞥見，軌道的變形曲折也跟著縮小，直至恢復到初始狀況。也就是說，在脹軌階段， 軌道的變形是彈性變形。無縫線路軌道在溫度壓力感化下產生的彈性變形叫脹軌。在脹軌階段，在溫度壓力排除之後，可能恢復到初始狀況的軌道彈性變形只有2mm。從現實上講，超越2mm的軌道彈變形，在溫度壓力排除之後是不克不及完全恢復的，總要留下一些殘餘變形。軌溫反覆變更，這種殘餘變形將積聚起來形成偏向嚴重不良。因此，必須及時地對脹軌量加以限制。（三）跑道階段在脹軌階段，溫度壓力不超越無縫線路的承受才能，但有可能達到才能的極限。此時，無縫線路的絕對牢固已是在勉強保持，保險奄奄壹息。當軌溫再略微降低，溫度壓力持續增大年夜；若軌道稍受外力干擾（如列車制動、施工影響、錘擊鋼軌等），積聚在鋼軌斷面上的適量溫度壓力將軌道多少何狀況忽然產生惡性變更——脹軌階段的變形矢度忽然明顯加大年夜，偶然可達數百毫米，軌道在一霎時收回宏大年夜的聲響嚴重臌曲，軌排離開並拉爛道床，或鋼軌與軌枕離開招致行車前提完全喪掉。經由過程嚴重歪曲變形的鋼軌可能看出，它的變形已超出它的彈性限制，成為塑性變形；鋼軌斷面上的溫度力已全部開釋出來；鋼軌在天然狀況處於「零應力」狀況，溫度壓力與線路阻力同時打消，此時線路已被嚴重破壞了。無縫線路軌道在溫度壓力感化下產生的破壞性變形叫跑道。