中国的高铁钢轨绵延万里,没有一丝缝隙,热胀冷缩无后顾之忧。
这是什么轨道?中国是如何克服轨道热胀冷缩问题的?
什么是无缝钢轨?
2015年,瑞典记者用硬币的视角表达了京沪高铁在中国带来的震撼。他把硬币竖立在时速350公里的京沪高铁车窗边上。在此过程中,硬币站立了8分钟没有掉落。这位外国友人在视频中加了一段旁白:“中国已经成为高铁领域的世界领先者,中国的高铁又快又舒服。”
硬币能在火车上站八分钟,自然是因为火车运行的极其平稳。火车能顺利运行,其实是因为使用了无缝钢轨。以前的火车,铁轨都比较短,每根铁轨只有十几米长,而且两条铁轨连接处还有缝隙。
高铁的轨道是不同的。在长达数百公里的高铁轨道上,我们几乎找不到任何缝隙。这种钢轨就是无缝钢轨。使用无缝钢轨是因为如果火车行驶太快,钢轨中的缝隙会造成脱轨风险。事实上,时速超过140公里的列车需要使用无缝钢轨。
另外,对于高速行驶的火车,车轮压过钢轨的缝隙,噪音和振动都会很大,所以必须使用无缝钢轨。我国无缝钢轨不仅自主研发,而且做到了让硬币在火车上直立不掉落的稳定性。
evdAdK9nhZS9HVDA4yiKKIOylp5XkEFU02xxwWF968nHA60JPkN5PGUakOz1LrIwZIPH+3ArKcglwxv1rgPcgsrxmYqgIgpGEJnkZPdk9vg=
事实上,传统导轨之所以设计有缝隙,是为了避免因温差引起的热胀冷缩而导致导轨变形。要铺设无缝铁路,需要其他方法来解决轨道的热胀冷缩问题。
我国无缝钢轨如何克服热胀冷缩?
普通铁路的火车经不起投币,同时会发出“咚”、“咚”的声音。这些振动和声音是由火车通过铁轨之间的缝隙时产生的。要想在道路上顺利运行,必须保证钢轨的稳定性,但钢轨具有热胀冷缩的特性。在炎热的夏季,钢轨受热膨胀会扭曲变形,而在冬季,冷缩的钢轨又会再次缩短。
轨道温度引起的应力是非常有害的。一般来说,温度每变化50摄氏度,无间隙钢轨要承受100吨的力。在直线段,这种应力一般不会造成太大的损坏,但在弯曲段,很容易扭曲钢轨。火车很容易翻车,造成事故。可以说,如果没有办法处理好铺设铁路时的热胀冷缩问题,列车就无法运行。
长期以来的做法是将钢轨分段,钢轨之间留有一定的间隙,然后用夹板固定钢轨,让较短的钢轨分段自由伸缩。这将使整个轨道运行平稳。这就是火车车轮通过缝隙时发出的嘎嘎声。
从火车诞生到今天,我们乘坐普通火车都能听到这种声音,仿佛旅行的独特伴奏声,京广铁路的钢轨,缝隙加起来长达两公里。但是我们之前也提到过,高铁必须使用无缝钢轨。无缝钢轨如何克服热胀冷缩的影响?
其实这个原理本身并不难理解。无缝钢轨并不是完全没有缝隙,而是缝隙很少而且很小。几百公里只有一个缺口,与旧铁轨相比,小到可以忽略不计。它主要靠控制两轨枕之间钢轨热胀冷缩引起的温度变形。
这是通过将钢轨牢固地固定在枕木上来完成的。由于紧固装置上下具有弹性,可以将力传递给下方的枕木。这样钢轨和轨枕形成一个整体,可以强行防止钢轨变形。可以理解为“强化神迹”。
无缝铁路虽然原理并不复杂,但对材料和加工精度的要求远高于传统钢轨。
先说材料吧。首先,高铁的铁路基础必须采用高架结构、钢筋混凝土材料的无砟轨道。导轨则必须由钒钢制成,这种钢变形较小并且可以大量生产。选择高质量、符合标准的枕木、角撑板和螺栓。
5LtMAMmc+K81jpOuQ2EB4oOylp5XkEFU02xxwWF968lVxhd3X3oKLrftilEKIK4Ktvrd4lz963EGJEJYbanVMduCohkEeBdG32TFY0lwdps=
此外,我国幅员辽阔,东西南北气候条件差异巨大。既有昼夜温差可达50摄氏度的西北戈壁,也有温差小但钢筋易腐蚀的海南地区。因此,无缝钢轨的铺设需要根据气候条件因地制宜。
高铁建成后,施工人员还将在1.5公里左右安装伸缩调节器,帮助钢轨释放热胀冷缩过程中产生的变形应力。高铁通车后,会有一个观测站,监测高铁的运行状况,监测高铁的变形情况。一旦变形量超过设定值,当晚高铁停运后,相关工作人员就会采取应对措施。
依靠建设前期的大量勘察、材料和工艺的严格把控、后期观测单位的动态修正,我国在诸多恶劣的地理条件下铺设了高铁线路。并有长期的操作经验。
正因如此,我国才有底气向世界输出高铁,这对法国、日本、加拿大等国家来说是很难做到的。各种严苛条件下的运营经验,是中国高铁的独家秘方。
当然,要铺设这样的无缝钢轨,仅仅了解原理是不够的,还要有相应的技术。
中国是如何建造无缝钢轨的?
2015年瑞典记者发布的高铁币视频引爆全球网络。很多国外网友在自己的国家试过高铁币,都失败了。而中国网友继续试验着把矿泉水瓶倒立在高铁桌上,立着iphone4,都成功了。这是因为我国确实有高标准的无缝钢轨制造和铺设工艺。
我国的无缝钢轨技术是完全自主研发的,事实上,早在1957年,国家就已经开始研究这项技术。本世纪初,我国铁路进行了六次大提速。当时我国火车的时速已经达到了140多公里。
这时,无缝钢轨已经开始大规模使用。无缝钢轨噪音低、振动小、行驶平稳等特点在当时广受赞誉。但是,当时的技术对于时速300多公里的高铁来说是不够的,我国很快就对无缝铁路技术进行了升级。
我国铺设在高铁上的无缝钢轨,是先将5根100米长的钢轨出厂,焊接成500米长的钢轨。焊接作业过程中,焊头最高温度超过1000摄氏度。操作员的工作服经常湿漉漉的。然后操作人员使用中国自主研发的切割机床对焊点进行高精度打磨,精度要控制在十分之一毫米的水平。
焊接完成后,必须检查钢轨的表面损伤情况。经过除锈、除湿、粗磨、正火、精校、联合探伤等十多道工序,最终经检验合格后装上运输车。这条500米长的长轨重达30吨。需要36台龙门吊同步工作,装上专用运输车需要十几分钟。运输车由36辆平板车组成,全长12.5米。
然后将其运送到铺设地点并焊接成更长的钢轨。焊接后,每个焊点都需要经过锤击测试。即一吨重的锤子从5.2米的高度自由落下,砸在钢轨的焊点上。这也是必不可少的,因为高速列车的车轮在运动时会对轨道产生巨大的影响。
高铁正式运营后,需要定期对钢轨进行抛光保养。在高铁停运的夜间,磨轨车经常出动。打磨车以每小时3~24公里的低速在铁路上行驶,进行打磨作业。保证铁路钢轨的顺畅。
此外,我国还自主研发了无缝线路换轨设备,可以在换轨的同时回收旧铁扣件。也可在不影响高铁白天活动运营的情况下进行。
上个世纪,中国人思维僵化。具有象征意义的事件就是慈禧太后怕火车惊扰先帝陵墓而引发的“马车”事件。詹天佑修建的京张铁路也被视为中国近代工程的开端。铁路在中国近代史上具有象征意义。
随着新中国的成立,中国铁路进入了发展的轨道。特别是改革开放后,中外技术开始交流,国外的高铁技术开始进入中国。铁路人感受到了中国铁路与世界铁路的差距。
但经过三十年的不懈努力,中国铁路人并没有被差距吓倒。中国已成为世界上高铁运营里程最长、规模最大的国家。不可否认,中国高铁无论是在规模上还是在质量上都处于世界一流水平。高铁被称为中国的国家名片。