为什么火车铁轨在酷热条件下会发生扭曲变形

发布时间:2024-12-14 00:00:53

钢轨自由放置情况下,当轨温变更时就会自由伸缩。夏天受热会伸长,冬天受冷会收缩,也就是“热胀冷缩”。将多根钢轨联剖析轨道,很显然每隔12.5m或25m就会有一个讨论。讨论之间要留有轨缝,约为8mm。留轨缝就是为了避免钢轨在热胀冷缩时产生的温度力破坏钢轨。一般来说,钢轨温度每改变1℃,每根钢轨就会承受1.645吨的压力或拉力。轨温变更幅度为50℃时,一根钢轨则要承受高达82.25吨的压力或拉力。如此宏大年夜的温度力力足以破坏铁路轨道岔的正常状况。因此在无缝线路上如许大年夜的伸缩量是毫不容许的,必须采取防爬设备将两头锁定,或在线路轨道设置富强的线路阻力来锁定轨道,以限制钢轨的自由伸缩。假如将必定长度范畴内的钢轨两头牢固,限制钢轨自由伸缩,则轨温变更时,线路钢轨就会呈现内应力,这个力是由轨温变更惹起的,故叫做温度力。具体地说也就是无缝线路经锁定后,夏季温度降低时,钢轨受热伸长,但遭到束缚弗成能伸长,外部产生压应力;夏季温度降落时,钢轨受冷收缩,但遭到束缚也弗成能收缩,外部产生拉力。正因为钢轨被如许紧紧锁定在了轨枕上,钢轨才干遭到如此大年夜了温度力而稳定形,这就是无缝线路的基本道理。当轨温高于锁定轨温时,无缝线路钢轨断面上要承受温度压力。温度压力跟轨温的正向变更度数成正比。当轨温升到最高值maxt时,温度压力达到最大年夜值maxPt。另一方面,因为有讨论阻力跟道床纵向阻力的存在,温度压力绝大年夜部分被限制在钢轨断面上,只有极小部分在伸缩区被开释掉落。这股限制在钢轨断面上的温度压力,总要遵守天然法则寻机放散出去,以求彻底均衡。当它达到必定值,在纵向上仍找不到前程时,就会到横向上去追求前程,而无缝线路的曲线恰好给它供给了这种机会,即纵向温度压力剖析的径向分力Pr恰好指向曲线外侧的偏向,使曲线顺势向上股偏向臌曲。而直线线路也弗成能绝对直,一旦某处有些曲折,纵向温度压力也会顺曲折的偏向剖析径向分力Pr,形成直线轨道曲折的偏向变形。如许,只有温度压力达到了必定值,无缝线路轨道呈现横向变形就弗成避免。大年夜量实验标明,这一变形的产生与开展过程中是有必定法则的,基本上可分为三个阶段:持稳阶段、胀轨阶段跟跑道阶段。(一)持稳阶段持稳阶段是无缝线路承受温度压力的初始阶段。在这个阶段,温度压力虽因轨温降低而增大年夜,但轨道并不产生变形,仍保持初始状况,温度力完全以弹性状况“储存”于钢轨断面上。钢轨的初始曲折越小,对应这一状况的温度压力值越高。假如钢轨为幻想的多少何直线,此状况可能将一直持续到温度压力达一个相称大年夜的值,才会在外力的烦扰下产生忽然臌曲;但是因为各种原因,钢轨弗成能是幻想的多少何直线,总会有某种程度的曲折;因此,持稳阶段的钢轨温度压力弗成能达到前述的“相称大年夜的值”,相反,线路阻力越小、轨道多少何状况尤其是偏向越差,形成轨道臌曲变形的温度压力就越低。无缝线路的轨道是 否“持稳”,要看温度压力能否达到了一个临界值,亦即轨温能否达到了一个临界轨温。临界温度压力或临界轨温随线路状况的差别而有高有低。对同一条无缝线路而言,只有温度超越了临界值,轨道就由持稳状况进入胀轨状况。把使无缝线路由持稳状况进入胀轨状况的温度压力叫做第一临界温度压力。在持稳阶段,无缝线路是绝对保险的。(二)胀轨阶段当轨温持续降低,温度压力超出第一临界值时,胀轨阶段就开端了。在这一阶段,一直增大年夜的温度压力使轨道产生由小到大年夜、由少到多的横向变形,偶然凭肉眼都能清楚地发觉出来―曲折的线形越来越明显,变形矢度越来越大年夜,轨道偏向明显不良。但是轨温弗成能无穷制地降低。当它升到必定程度(只有在轨道的承受范畴之内)后开端降落时,跟着温度压力的逐步排除,可能瞥见,轨道的变形曲折也跟着缩小,直至恢复到初始状况。也就是说,在胀轨阶段, 轨道的变形是弹性变形。无缝线路轨道在温度压力感化下产生的弹性变形叫胀轨。在胀轨阶段,在温度压力排除之后,可能恢复到初始状况的轨道弹性变形只有2mm。从现实上讲,超越2mm的轨道弹变形,在温度压力排除之后是不克不及完全恢复的,总要留下一些剩余变形。轨温反复变更,这种剩余变形将积聚起来形成偏向严重不良。因此,必须及时地对胀轨量加以限制。(三)跑道阶段在胀轨阶段,温度压力不超越无缝线路的承受才能,但有可能达到才能的极限。此时,无缝线路的绝对牢固已是在勉强保持,保险奄奄一息。当轨温再略微降低,温度压力持续增大年夜;若轨道稍受外力烦扰(如列车制动、施工影响、锤击钢轨等),积聚在钢轨断面上的适量温度压力将轨道多少何状况忽然产生恶性变更——胀轨阶段的变形矢度忽然明显加大年夜,偶然可达数百毫米,轨道在一霎时收回宏大年夜的声响严重臌曲,轨排离开并拉烂道床,或钢轨与轨枕离开招致行车前提完全丧掉。经由过程严重歪曲变形的钢轨可能看出,它的变形已超出它的弹性限制,成为塑性变形;钢轨断面上的温度力已全部开释出来;钢轨在天然状况处于“零应力”状况,温度压力与线路阻力同时打消,此时线路已被严重破坏了。无缝线路轨道在温度压力感化下产生的破坏性变形叫跑道。