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由《金属热胀冷缩吗》一课看铁路的铺设发展 [复制链接]

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银光图片
由《金属热胀冷缩吗》一课看中国铁路铺设发展
简单一句话:现代高铁铁轨铺设不预留伸缩缝!热胀冷缩被征服!

       今天,在备课《金属热涨冷缩吗》一课时,上网浏览关于铁轨的资料。之前在头脑中,只要是铁轨,为了防止热胀冷缩带来的危害,都会在每隔几十米的铁轨之间预留伸缩缝。可是,今天上网查阅资料才发现,这种认知是错误的。现在的高铁是不需要预留伸缩缝的。小伙伴们,你们知道吗?

        相信不少人在乘坐火车时都发现了,普通火车的铁轨下面铺有许多碎石子,而高铁铁轨下面却没有(部分路段还是铺有小石子),为什么会出现这样的差别呢?我们还要先从普通火车铁轨下面为什么要铺石子说起。


普通铁路(有砟轨道)


        我们知道火车的质量都很大,当火车通过铁轨的时候,铁轨会发生一定的形变,并且产生震动,而碎石子和轨道是紧密相连的,轨道和枕木负责承受火车通过时的重量,而碎石子则可防止负重时轨道和枕木陷入地面,起到缓冲作用,还能吸收火车所产生的震动和噪音。所以铁轨下面铺碎石子最为合适。而铺有小石子的铁轨我们叫“有砟轨道”。

总的来说铁轨下面铺石子(有砟轨道),有以下几大优点:

1.将机车车辆的荷载通过钢轨,轨枕并经过道床的扩散作用散布于路基面上,起着保护路基的作用

2.提供抵抗轨排的纵,横向阻力,保持轨道的正确几何形位,这对无缝线路尤为重要

3.具有良好的排水性能,对减轻轨道的冻害和提高路基的承载能力非常重要

4.提供一定的弹性和阻尼,起到缓冲和减震的作用

5.用来保持轨道的平顺性和轨向

既然有那么多优点,那为什么高铁铁轨不铺石子呢?




高铁铁路(无砟轨道)


这就不得不提传统有砟轨道的缺点:

(1)需要经常维护的问题。列车经过时会带来震动,长期的震动会使路基上的泥土掺入道砟当中,所以要经常换道砟和清筛等维护工作。

(2)平顺度问题。道砟再平整也不可能达到混凝土整体道床的水平,并且由于枕木不是刚性地固定在道床上,列车驶过时车轮之间的钢轨会发生形变,这样高铁在高速行驶中很容易发生脱轨。

(3)道砟飞溅问题。高铁速度快,列车高速驶过时会出现道砟飞溅的问题。

因为以上几个原因,所以高速铁路才不使用有砟轨道。当然高铁并不是全路段采用“无砟轨道”,在一些进出站的非高架区段等低速路段,仍有少量采用有砟轨道的。

简单地说:
    铁路的钢轨:几十米就有个接口,车轮滚过钢轨连接处时,整个车都容易震动,列车行驶不平稳,使得速度不能提高,否则震动加剧就会形成翻车的事故。
     高铁的钢轨:修路时按照季节,在钢轨热胀冷缩,伸得最长的时候,把一根根的钢轨焊接起来,这样钢轨就不会伸得更长,到了冬天冷缩的时候,就凭着钢材本身的抗拉强度,保持不变形。

这样就消除了钢轨上数不尽的接口,车轮平稳地滚动,列车行驶不再大幅度震动,能平稳全速前进。
        中国在高铁技术上享有后发优势,综合了多个国家在高铁技术上所拥有的技术专长,并发展出了中国独具特色并拥有完全知识产权的高铁技术,在国际市场上具有较强的竞争力,堪称世界第一。
最后编辑火柴盒 最后编辑于 2020-03-03 14:47:31
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扩展资料:

高速铁路无砟轨道结构与普通轨道结构一样,由钢轨、轨枕、扣件、道床、道岔等部分组成。这些力学性质截然不同的材料承受来自列车车轮的作用力,它们的工作是紧密相关的,任何一个轨道零部件性能、强度和结构的变化都会影响其他零部件的工作条件,并对列车运行质量产生直接的影响。

因此,轨道结构是一个系统,要用系统论的观点和方法进行研究。钢轨直接承受由机车车辆传来的巨大动力,并传向轨枕;轨枕承受钢轨传来的竖向垂直力、横向和纵向水平力后再将其分布于道床,并保持钢轨正常的几何位置;轮轨间的各种作用力通过轨枕和扣件的隔振、减振和衰减后传递给道床,并将作用力扩散传递于路基。

由于列车速度的提高与轨道结构的作用力及速度成正比,高速铁路的轨道必然比普通线路具有更高的安全性、可靠性和平顺性。

为保证轨ⅡⅡ道结构的这些要求,轨道各部件的力学性能、使用性能和组成为结构的性能都比普通轨道部件高得多。

作为铁路基础设施的轨道结构是一庞大的系统工程,其受力状态极其复杂,运营条件的任何变化都会直接引发受力状态的变化,而作为轨道结构基础的桥梁、路基的状态和性能对轨道结构有决定性影响,因此,作为高速铁路和高速铁路的轨道结构,具备良好的基础并在正常受力条件下运营就显得特别重要。

高速铁路一般采用60kg/m钢轨、长度2.6m轨枕、弹性扣件、无砟的轨道结构,大号码道岔,直向过岔速度与区间正线一致,侧向过岔速度与连接的联络线一致,利用标准列车计算桥梁荷载,规定统一的列车速度和轴重,全部采用立体交叉。
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在以前的铁路上,靠近钢轨仔细观察,会发现每隔10余米,两截钢轨之间就会留有一点空隙。

为什么要在钢轨间留一点空隙呢?原来,这样做是为了解决钢轨的热胀冷缩问题。如果没有这个缝隙的话,钢轨受热伸长就会相互挤压、扭曲、上拱,使整条铁路变形。夏天天气炎热时,钢轨长度增大,没有预留缝隙的钢轨只能向上隆起,显然这样对行车安全不利。为避免这种现象的发生,必须在钢轨之间预留缝隙。
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钢轨间的缝隙到底应当留多大合适呢?为了行车安全,轨缝一般不能超过11mm,由实验测定:钢轨温度每变化1℃,每一米钢轨就会伸缩0 .011mm。在中国,南方和北方的铁路线上,冬夏之间的气温通常可相差80℃左右,根据固体线膨胀关系计算下来,每一段钢轨的长度以12.5m为宜。

告诉你一个有趣的数字,以前从北京到广州钢轨间留的缝隙加起来竟有2000m长!
最后编辑火柴盒 最后编辑于 2020-03-03 13:46:46
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现在的铁轨没有缝隙了,是为了消除这种“哐当”声吗?

其实之所以要选择使用无缝铁轨是因为高速铁路的必须要求。由于车轮会对钢轨产生冲击,列车运行速度过高的时候,钢轨间的缝隙会有造成火车脱轨的危险。当火车的时速超过140公里之后,就必须要使用无缝铁轨。
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那么,无缝铁轨的热胀冷缩问题怎么解决呢?

以前用的是枕木和道钉,压力不够,无法锁定轨道,所以需要留有缝隙来释放压力。无缝轨就是把铁轨因为热胀冷缩导致的温度形变控制在两个轨枕之间。具体做法就是用扣板和螺栓将铁轨死死的摁在轨枕上。因为固定装置是具有弹性的(上下方向),那么当来自钢轨向上提升所产生的升力,由固定装置将力转移吸收到自身,并最终将力通过螺丝传给枕木。而钢轨下面橡胶垫的膨胀系数比钢轨大,所以一直可以保持钢轨底部为非空受力状态。(无缝钢轨无缝钢轨的在焊接处是通过紧固件来抑制热涨冷缩的,每个紧固件提供1吨的力,两端各100个紧固件。共计200吨的力。)
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当然上述描述只是整体上的原理,细节上是很多技术技术进步的综合,如:

在轨道钢材上下功夫,选热胀冷缩形变较小的材料制造钢轨;
用优质的轨枕和扣件,压力足够大,将铁轨死死压在轨枕上,在顺着轨道方向上不会位移。所有的形变(应力)被锁定在轨枕之间的一小段铁轨里,不会集中爆发出来;
焊接技术的进步,充分考虑铁轨当地温度的变化区间,选择适中的温度焊接无缝轨,压紧扣件,专业上俗称锁定轨温。这样温度正负变化所产生的应力都在可控制范围内。
列车设计运行上的技术,当车轮行至两根钢轨接缝时,车轮踏面的一部分压在第一根钢轨上的同时,车轮踏面的另一部分同时压在第二根钢轨上了,使两根钢轨同时受力,使车轮平滑通过两钢轨接缝处,不产生振动。
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除了上面的因素之外,也有网友认为是因为普通铁路是以石子和枕木为基础的,铁轨无依无靠地裸露于枕木上,与地表不接触,温差比地面大,任何膨胀收缩都是自己承担,做成无缝必然造成隆起或断裂。现在的高速铁路都是高架结构、钢筋混凝土材料,钢轨与路面的温度、膨胀系数都是一致的,无需对钢轨的热胀冷缩做特殊处理。列车经过时造成的升温效应微乎其微,靠弯道以及弹簧和橡胶材料的辅助完全能够消化。至于铆钉,仅仅是起到防止脱轨的作用而已。
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1.高铁那么铁轨长,无缝钢轨怎么生产出来的?

无缝钢轨在刚生产出来的时候,也是一节一节的,通过无缝钢轨焊接机,将两根钢轨相邻两端升温至1000度以上,然后两根轨道挤压到一起。这样焊接出来的轨道,可以达到500米长。经过焊接、打磨、检验一道道工序的钢轨,将被运输到铺设现场,再与其它轨道再次焊接,最终成为几百公里长的无缝轨道。
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2.中国那么大从南到北都有铁路,这么长的里程,这么大的覆盖面积,用的都是这种无缝钢轨技术吗?

中国的南方它的一年四季温差不大,所以它更适合于铺设无缝线路,在中国的北方夏天跟冬天的温差比较大,钢轨定期对它的应力进行释放把扣件全部打开,南方就不用应力释放。

最重要的事情是:无缝钢轨是纯正的“国产货”是我国自主研发的技术!
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科学技术不断发展创新
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这个资料很好,给我们补了铁路知识!
关于高铁的问题,我思考过很久,问过动车站工作人员,未果!
百度过,也觉得不甚详尽!以前猜想现在的钢轨是合金材料,不太容易发生热胀冷缩!
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学习了,处处都是知识。
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学习了,涨知识了。
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超级工程里专门讲过高铁机车生产、控制技术、钢轨生产和焊接、路轨铺设
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无缝钢轨的材料也是有讲究的,应当是现代材料学的一个典范!
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国家的轨道铁路技术越来越强了
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国家的科技实力越来越强了。
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由《金属热胀冷缩吗》一课看中国铁路铺设发展
简单一句话:现代高铁铁轨铺设不预留伸缩缝!热胀冷缩被征服!

   [siz
火柴盒 发表于 2020/3/3 13:12:20
通过科普,了解了铁路的钢轨和动车钢轨铺设的不同
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高铁技术涉及方方面面,是一个国家综合国力的体现。
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还有青藏铁路的永冻土问题
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感叹科技的力量啊,学习了
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学习了,认真阅读。
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高铁技术,中国的一张名片国。
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材料的发展
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材料进步带动技术进步带动科技进步
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学习学习,处处都是科学知识
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