钢轨和钢轨附件

图19-11 用于计算钢轨在单个轮重下的弯矩和降低的图表

(ASCE-AREA铁路轨道应力特别委员会)

因为在不同铁路中的条件的可变性，没有确定的冲击作用或钢轨中的容许工作应力。 以下可以用作一个参考： 将静载荷应力乘以百分比冲击系数33V/D，其中V是速度 (mi/ h)，D是车轮直径 (in)。如此，对直径36in以60mi/h运转的车轮，冲击系数是55%。 在有缝线路的轨底最外层纤维容许的弯曲应力，对于低于35mi/h的速度是35ksi，对更高 的速度是30ksi; 在无缝钢轨中是25ksi。

图19-12显示了对带有四轮转向架的100t货运车辆由这种方法计算的弯曲应力。对 于其他重量的近似应力值可以通过乘以用钢轨上的轮上配重比率显示的数值来确定。

图19-12 由典型的100t能力 (毛重263000) 的漏斗车产生的钢轨应力的计算图表

(a) 支线上速度低于35mi/h的有接缝钢轨; (b) 干线上的有接缝钢轨; (c) 干线上的无缝钢轨

注： 推荐的工作应力。

2 无缝钢轨

对于新钢轨，大部分铁道使用无缝钢轨 (CWR)。它通常以0.25mi的长度来放置， 用专列运送到施工现常当在轨道上的合适位置时，钢轨通过铝热焊法首尾相连地进行焊 接。另一种焊接方法是使用机械在现场以与车间相同的方式对接焊。用螺栓固定的旧钢轨 被修剪以除去磨损和打扁的端部和螺栓孔，然后在铺设在轨道中之前进行对接焊。不过， 400ft或更长的任意长度连续钢轨被认为是CWR。

无缝钢轨的膨胀和收缩受到钢轨接头和钢轨扣件或轨卡的控制。这种限制会对钢轨施 加应力。1℉温降在钢轨中产生195psi的拉应力。例如，如果无缝钢轨在70℉时铺筑，钢 轨稳定下降到-30℉，因为它被约束不能缩短，在钢轨中就形成了19500psi的拉应力。

当钢轨温度增大到高于铺筑温度，由于钢轨带的端部约束，在钢轨中形成压应力。由 这些应力形成的力将引起钢轨侧向移动，除非这个力受到约束，否则钢轨和轨道将弯曲。 可以通过使用钢轨防爬器以及充足的道碴路肩来防止这个移动。钢轨防爬器把侧向钢轨力 相对均匀地分配到轨枕，而道碴路肩对轨枕横向移动提供了阻力。推荐的道碴路肩最小顶 宽是12in。当钢轨温度下降到低于铺筑温度时，钢轨设法收缩，因而在钢轨接头处引起拉 力。在钢轨接头由于轨道螺栓剪切强度的约束以及钢轨接头摩擦，可能不足以维持接头的 完整性并且会发生拉开。附加的钢轨防爬器用于阻止钢轨在接头位置的移动 (见第 5节)。

尝试大约在平均温度时铺筑无缝钢轨，这可能需要加热或冷却钢轨。这未必总是切实 可行的。因此，如果出现轨道弯曲或接头拉开，在稍后调整钢轨长度可能是理想的。

3 有缝钢轨

有缝钢轨是由短长度轨 (33～39ft) 组成，用带有轨道螺栓的钢轨连接板连接到一 起。在无缝钢轨应用之前，这是轨道的标准类型，不过使用依然广泛。在主线中的有缝钢 轨要求比CWR更高的维护水准。在接头处的车轮冲击可能导致轨道末端内倾，使螺栓松 散或断开以及轨道表面几何形状恶化。

钢轨连接鱼尾板用于将对接的钢轨结合到一起。作为一个备选方案，钢轨在铺筑到轨 道中之前应对接焊成较长的长度。焊接的轨道线用钢轨连接鱼尾板或铝热剂焊接连接 起来。

在有缝线路中，大部分轨道每个轨道使用两个带有6个螺栓的36in连接板和弹性垫 圈 (图19-13)。每英里有缝线路中有271个钢轨接头。

在过去的几年中，钢轨连接板成形稍微类似于角钢截面，并被称作角材。自从1930 年左右，大部分角材定形为差不多接近Ⅰ梁，并被称作鱼尾板或有时称作短趾鱼尾板，以 将它们区别于长趾鱼尾板。将自由头部夹板放进轨腰和轨头之间上部的圆角内，在轨底就 提供了对接触表面 (鱼尾板安装面) 磨损的收缩松紧装置; 头部接触压板在顶部和底部都 有一个斜面以匹配钢轨的鱼尾板安装面，在顶部和底部均提供磨损收缩松紧装置。在实用 试验中，两种类型的夹板产生的效果相等。美国铁道工程和线路养护协会的《铁道和线路 养护工程手册》 给出了用于115RE，119RE，132RE，133RE，136RE和140RE钢轨的 连接板设计。轧制连接板的钢铁公司能够提供它们装配轧制的板的设计图。

大多数钢轨连接板由油淬火碳素钢造成，依照AREMA手册给出的技术要求或者 ASTM标准进行制造。规定碳为0.35%～0.60%; 锰不超过1.2%; 磷不超过0.04%。最低要求是，抗拉强度100ksi，屈服点70ksi，2in的延长率12%，面积收缩率25%。弯 曲试验也是必要的。没有规定布氏硬度，但是通常为225～275。

图19-13 六孔钢轨接头

钢轨连接板冲孔为交替的卵形和圆形孔。因此，夹板可以用在钢轨的任一侧，并且常 常带有一个卵形和圆形孔以匹配轨道螺栓。用于115RE、119RE和133RE钢轨的轨道螺 栓直径是1in，用于132RE、136RE和140RE钢轨的轨道螺栓直径是1.125in。夹板冲孔 间隔6-6-71/8-6-6in/ (AREMA手册)。

4 轨道螺栓

这些用于将一对连接板用螺栓固定到位。大多数铁道购置与AREMA手册或ASTM 标准相一致的热处理碳钢轨道螺栓和碳钢螺母。轨道螺栓具有一个带有卵形或椭圆颈的锻 造纽扣型头部，以防止连接板中的翻转。螺纹是辊压的。螺栓螺母设计与美国国家标准研 究所标准B18.2相一致。规定碳最少0.30%，磷最多0.04%，硫最多0.06%。最低要 求，抗拉强度110ksi，屈服点80ksi，2in延长率12%，面积收缩率25%。弯曲试验是指 定的，最低张拉负荷是完全结合的螺栓和螺母必须经受住而不使螺母剥离或螺栓中断。对 于名义直径1in的螺栓，最低张拉荷载是665601b; 直径11/6in，张拉荷载76360lb; 直径 11/8in，张拉荷载83900lb; 推荐轨道中螺栓的初张力是20000～30000lb。更大直径的螺栓 在抵抗寒冷天气下钢轨中的摩擦力产生的弯曲方面有一些价值。