钢轨探伤工电子版8_钢轨探伤工安全

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第八章轨道知识简介

第一节 轨道结构基本知识

一、轨道的基本组成* 轨道是线路设备的重要组成部分，一般由钢轨、轨枕、联结零件、防爬设备、道床、轨道加强设备和道岔所组成。

（一）钢轨

钢轨是轨道最重要的组成部件，它直接承受列车的荷载，引导列车运行，把机车车辆荷载，传递给轨枕。由于机车车辆轴重的逐渐增大，钢轨所承受的荷载也越来越大，对钢轨的材质和强度有更高的要求。

（二）轨枕

轨枕的作用是一方面承受钢轨传下来的机车车辆的各种荷载，并把它分布给道床；另一方面是通过扣件把钢轨固定在规定的正确位置上，以保持轨距、轨底坡、曲线超高等，防止钢轨产生位移和爬行。

（三）联结零件

联结零件分接头联结零件和中间联结零件。

1．接头联结零件

包括钢轨夹板和螺栓等。用于钢轨和钢轨、钢轨和道岔之间的联接。

2．中间联结零件

道钉、垫板（用于木枕线路）、混凝土轨枕用螺旋道钉、扣件、像胶垫板等。中间联结零件的作用是固定钢轨的位置，阻止钢轨的纵、横向位移，防止钢轨翻转，并将钢轨所受的力传递给轨枕。

（四）防爬设备

由防爬器和防爬支撑组成。用以增加钢轨和轨枕的联结，增加线路抵抗钢轨爬行的能力。

（五）道床

道床的作用是固定轨枕的位置，防止轨枕纵、横向位移并把轨枕所承受的压力传递给路基，同时道床还起到排水的作用，可防止路基翻浆冒泥和木枕腐朽。

（六）道岔

道岔作用主要是引导列车从一条线路转向另一条线路。

二、钢轨接头**

（一）钢轨接头分类

在轨道上，钢轨之间的连接部位称为钢轨接头。钢轨接头是线路的薄弱环节之一，由于机车车辆动荷载作用，使接头低塌、道床翻浆、钢轨鞍形磨耗、轨枕断裂，大量增加线路的维修费用。钢轨接头的形式很多，从基本结构来分：有普通接头和尖轨接头两种。

1．普通接头

普通接头按其相对于轨枕位置的不同分悬空式和双枕承垫式两种（图8－1）；按两股接头相互位置的不同分为相对式和相错式两种；按其用途的不同可分为普通接头、异形接头、导电接头、绝缘接头（图8－2）、冻结接头、胶结绝缘接头等。

悬空式

双枕式

图8－1（8T1、8T2）

接头形式

图8－2（8T3）

绝缘接头

2．尖轨接头

又称伸缩接头，是用尖轨和弯折基本轨组成的联结接头（图8－3），它充许接头处钢轨随轨温变化有较大的伸缩，多用于特大钢桥上无缝线路的连接。

图8－3（8T4）

尖轨接头

（二）连接零件

钢轨接头联结零件包括夹板（鱼尾板）、螺栓、螺母、垫圈等，钢轨接头结构的作用是保持轨线的连续性，并传递和承受弯矩与横向力，部分满足钢轨伸缩要求。

（1）接头夹板

接头夹板是承受弯矩、传递纵向力、阻止钢轨伸缩的重要部件（图8－4），要求有较好的垂直和水平刚度，并有足够的强度。

我国铁路广泛采用双头夹板，双头夹板的上下头有斜面分别与轨头颚部斜面、轨底上部斜面相接，每块夹板有三个圆孔和三个长圆孔，由于是斜面相接，增加了接头弹性，接触面有一定磨损后，还可以保持良好接触，并具有较大的垂直及水平刚度，45量较大。两个方向运量大致相等的单线地段，其两个方向都发生爬行，且易向下坡道方向爬行。两个方向的运量显著不同的单线地段，其运量大的的方向爬行量也大，在运量大的下坡道方向爬行量更大。双线或单线的制动地段，容易向制动方向爬行。

2．轨道爬行的危害

爬行对轨道的危害很大，钢轨爬行后使接头挤成连续瞎缝，促使胀轨跑道；另一端则拉大轨缝，造成夹板螺栓拉弯或拉断，拉弯中间扣件，拉裂木枕或拉斜轨枕，造成轨道不平顺；在明桥上的钢轨爬行时，使桥枕间距扩大，甚至带动钢梁，使钢梁支座损坏；在道岔上的钢轨产生爬行时，将影响尖轨的正确位置或转辙器扳动的灵活性。轨道爬行往往使轨枕离开捣固坚实的道床，造成轨道沉落，产生低接头。

3．防止爬行的措施

防止轨道爬行的根本措施在于提高轨道的纵向阻力，保证钢轨与轨枕之间不发生相对移动，亦即需要加强中间扣件的扣压力、接头夹板的夹紧力、夯实道床以提高道床的阻力，并增设足够的防爬设备，以加大轨道抵抗纵向移动的阻力。

（二）防爬设备的组成及其分类 防爬设备包括防爬器和防爬支撑。

1．防爬器有穿销式和弹簧式两种。我国广泛使用的是穿销式防爬器（图8－10）。它是由带挡板的轨卡及穿销组成，轨卡的一边紧密地卡住轨底，另一边用楔形穿销将相应轨底间的空隙楔紧，使之牢固地卡住轨底，而挡板与轨枕之间须设置木制承力板，才能起到抗爬作用。在碎石道床地段，用一对防爬器和三对支撑组成一个防爬组，将四根轨枕连成一个防爬整体，这种形式称为单方向锁定组；如在反方向也安装一对防爬器时，则称为双方向锁定组。

图8－10（8T11）

穿销式防爬器

2．防爬支撑可用木制，亦可用石料，混凝土制造。

第二节 道岔知识

一、普通单开道岔** 一组单开道岔，主要由转辙器、连接部分、辙叉及护轨以及岔枕等组成（图8－11）。

图8－11（8T12）

单开道岔

（一）转辙器

转辙器是引导列车进入道岔不同方向的设备，其作用是将尖轨扳动到不同位置，使列车沿直线或侧线运行。转辙器的主件有基本轨和尖轨，联结零件，跟端结构以及辙前垫板、辙后垫板等（图8－12）。此外，转辙器中还包括有转辙机械等设备。

图8－12 转辙器

1．基本轨

基本轨的作用除承受车轮的垂直压力外。还与尖轨共同承受车轮的横向水平力，并保持尖轨位置的稳定。基本轨一般多用12.5 m或25 m的标准轨制成，并在尖轨尖端前后相应的范围内进行液火，增加钢轨的强度，以提高其耐磨强度。

2．尖轨

尖轨是用与基本轨同类型的标准钢轨或特种断面钢轨刨制而成。尖轨的作用是依靠其被刨尖的一端与基本轨紧密贴靠，以正确引导车轮的运行方向，列车靠它引进直股或侧股线路上。

（1）尖轨按平面形状分为：直线尖轨和曲线尖轨两种（图8－13），直线尖轨工作边与基本轨工作边所成的夹角β称为转辙角，也是尖轨的冲击角。冲击角较大时，尖轨所受冲击力也较大，限制了列车侧向通过道岔的速度。由于直线尖轨制造加工简单，更换使用方便，左、右开道岔皆可互换使用，尖轨尖端刨削部分短，横向刚度大，故目前大部分道岔多采用直线尖轨。

图8－13 尖轨类型

101112护轨设于固定辙叉的两侧，用以控制车轮的运行方向，使之正常通过“叉心”而不错入轮缘槽；并且能保护辙叉尖端不被轮缘冲击撞伤，其平面结构如图8－21所示。

图8－21（8T23）

护轨平面结构

护轨的平面形状，在中间的一段应为与主轨平行的直线，其长度为由咽喉至叉心顶宽为50 mm处之间的距离，两端再附加100~300 mm，该直线段内护轨与主轨轮缘槽宽度为42 mm。然后两端各向轨道内侧弯折一段长度，称为过渡段或缓冲段，护轨是用普通钢轨经过刨切弯折而成，并用间隔铁、螺栓等零件与主轨连接。

（三）连接部分

连接部分是转辙器和辙叉之间的连接线路。它包括四股钢轨，即两股直线钢轨和两股曲线（导曲线）钢轨重叠组成。连接部分的钢轨长度及根数，应根据道岔号数及导曲线半径的大小，计算确定，但最短不应小于4.5 m。

导曲线的平面形式一般都采用圆曲线，大号码的道岔也可以采用对称三次抛物线型；导曲线半径的大小，取决于道岔号数或侧向过岔的速度，道岔号数大，则相应导曲线半径也大。导曲线起点一般位于尖轨跟端处，终点位于辙叉理论尖端前一段直线长度处，为了保持导曲线的位置和圆顺度，除铺设支距垫板和平垫板外，还在导曲线钢轨内外侧设置一定数量的轨撑，必要时增设轨距拉杆。

二、特殊道岔***

（一）可动心轨道岔

可动心轨辙叉单开道岔（简称可动心轨道岔），对提高直向过岔速度是一种有效

41516的。复式交分道岔按其尖轨的转动方式有两种，即对称式转动与不对称式转动。由于对称式转动同时有两个方向开通，不能保证安全，较少采用。一般多采用不对称式。

图8－27（8T29）

复式交分道岔

第三节 钢轨的受力与伤损*** 钢轨的使用条件十分复杂，所处环境非常苛刻，所以不可避免会产生各种伤损。造成其伤损的原因很多，既有钢轨在冶炼过程中出现的缺陷，又有在运输、使用过程中出现的损伤，其中钢轨在使用中所受各种荷载作用与钢轨的伤损有密切关系，因此分析钢轨的受力对减轻钢轨的伤损，延长钢轨的使用寿命均有帮助。

钢轨由于与车轮的相互作用、钢轨本身的温度变化及其他原因，而产生三个方向上的力：垂直作用于轨面的竖向力；侧向垂直于钢轨的横向水平力；沿钢轨轴向的纵向水平力。其中竖向力是主体，计算轨道的强度和变形时，一般以竖向力为主，其对钢轨伤损的影响也最大。侧向垂直于钢轨的水平力及沿钢轨轴内的纵向水平力，在某些特定的条件下，经过荷载叠加后也能达到一个非常大的值，对钢轨也有较大的伤损。

由于钢轨受力的复杂性，完全依靠严格的力学方法去计算钢轨的破坏与伤损，其计算过程繁琐，计算结果也未必与实际情况相符，这里只是对受力与伤损做些简单的定性分析。

一、竖向力

（一）竖向力的产生

竖向力由静轮载和静轮载动力附加值组成（图8－28）。静止在轨道上的机车车辆，其车轮施加于轨道上力称为静轮载。行驶中的车辆，其车轮作用于轨道上的力称为动轮载。动轮载比静轮载大的部分称为静轮载的动力附加值，产生动轮载动力附加值的原因有：

图8－28（8T30）

钢轨受竖向力作用示意图

1．蒸汽机车蒸汽机工作时的蒸汽压力（活塞、摇杆和曲拐等）运动时的惯性力，以及过量平衡锤的离心力，这些力对电力机车和内燃机车来说，是不存在的。

2．车轮踏面上因制动或其他原因被擦伤而形成扁瘢。有扁瘢的车轮每转动一周要撞击钢轨一次，产生具有冲击性质的轮载，使动力附加值增加。

3．车轮轮箍和轮心因圆周不同心而形成偏心。有偏心的车轮在行驶过程中对钢轨施加冲击力，犹似蒸汽机车的过量平衡锤那样，使动力附加值增加。

4．机车车辆通过曲线轨道时，因未被平衡的外轨超高而产生的轮载偏载，使一股钢轨上的轮载增加，另一股钢轨上的轮载减小。

5．机车车辆通过钢轨接头时，由于轨缝、错牙和折角的影响而产生的冲击附加力。

6．机车车辆通过钢轨顶面有类似擦伤那样的短波不平顺时，产生与扁瘢车轮完全相同的冲击性轮载，使动力附加值增加。

7．机车车辆通过不平顺轨道时，由于簧上结构（轮对弹簧装置以上部分）和簧下部分（轮对弹簧装置以下的部分）作复杂的空间振动，使作用于轨道上的动轮载有所增加。

8．机车车辆在平直轨道上因蛇行运动使同一轮对上左右两滚动圆半径不同而引起的轮载偏载。

9．机车车辆通过曲线轨道时，作用于转向架上的横向力，使同一轮对上左右两车轮的轮载偏载。

（二）竖向力的大小

静轮载的值可由各种型号的机车车辆构造性能表中查取有关数据，动轮载附加值随机车车辆和轨道的构造及其状态以及运动形态的改变而变动，规律十分复杂。当圆顺的车轮在平顺的轨道上行驶时，轮载的动力附加值一般不超过20％；但在钢轨接头、轨道单独不平顺处和车轮有扁瘢、偏心等冲击作用的情况下，有时可达数倍之多。

（三）竖向力与钢轨的伤损

钢轨受竖向力作用时，会在接触面产生很大的接触应力。一般认为，由接触应力引起的轨面下的剪应力是竖向力造成钢轨伤损的主要原因。由于轮轨的互相作用，轨顶面反复出现接触应力，使轨面出现塑性变形，疲劳磨耗及疲劳裂纹等情况。

1．轨头塑性变形和磨耗

钢轨塑性变形与接触应力成正比，与钢轨硬度成反比。当接触压应力接近钢轨的剪切屈服极限时，接触面开始塑性变形，当接触应力达到4倍剪切屈服极限时，接触面出现连续积累的塑性变形，使轨头压宽或辗边，出现压溃。同时，使轨顶表面金属加工硬化，硬度提高，在表面出现疲劳裂纹，导致薄片状剥离，这也是接触应力作用的表面疲劳磨耗。

2．轨面剥离掉块

受接触应力引起的接触剪应力作用时，塑性流动变形层较深，表面疲劳裂纹沿流变方向倾斜向下发展，当疲劳裂纹扩展速率大于磨耗时，在接触应力较大的轨顶内侧小圆弧处出现鱼鳞状剥离裂纹，剥离裂纹深度与塑性变形对应，在小半径曲线外轨处，一般可达2 mm以上。在曲线外轨轮轨的粘着蠕滑作用下，促进了裂纹发展，前后鱼鳞裂纹贯通而出现掉块，由于轨道不平顺，增加了轮轨冲击力，加速了裂纹发展，如果钢中有非金属夹杂物，更加快裂纹的萌生和发展。

3．钢轨的核伤

核伤是起源于轨头踏面下5~12 mm范围内的内部疲劳裂纹，在这范围内是接触剪应力最大的分布区域，如果在这范围内存在着氧化物夹杂物，就会形成条状疲劳裂纹。横向疲劳裂纹发展到较大尺寸后，在车轮动荷载作用下有可能横向断裂。

4．钢轨的波磨

波磨是指在钢轨踏面上出现周期性高低不平的波状变形。形成波磨原因很多，一般认为：当车轮行驶在曲线上时，有“摩擦自激振动”作用，使一侧车轮产生重复粘着与滑动，在滑动过程中使钢轨表面有塑性变形和磨耗，形成波谷，粘着过程处出现波峰。波谷处接触应力急剧增加，金属塑性流动性变形增大，加剧了波磨发展。

二、横向水平力

（一）横向水平力的产生

在轮轨接触点上，除作用着垂直于轨面的竖向力外，还存在车轮轮缘作用于轨头侧面上的横向水平力（图8－29）。产生横向水平力的原因有：

图8－29（8T31）

钢轨受横向力作用示意图

1．机车车辆在直线轨道上运行时，因机车车辆蛇行运动使车轮轮缘时而接触钢轨，时而离开钢轨，由此而产生往复周期性的横向水平力。

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