美国高铁怎么解决热胀冷缩铁轨

高铁钢轨呢，不仅没有缝，而且理论上可以修无限长，这是真的吗？难道这张冷缩现象在这失灵了？关注公日天章别走开，听我用三言两语给你说明白。这一根钢轨呢，放在了枕目上，两端不固定，那么轨道温度升高就会变长，反之呢，就会缩短， 这个伸缩变化量有多大呢？咱们举个例子比较直观啊，假如这个钢轨呢，长一百米，温度变化是一度，那伸缩量大约是一点一八毫米。像京沪高铁啊，全长一千三百公里，那经历一个冬下，如果温差是五十度，那么粗略算下来，钢轨的伸缩量竟然高达八百米。 这里呢，用到伸缩变形量的理论公式就可以看到，钢轨的伸缩量跟鬼长和温差变化是有关的。如果把整根钢轨呢，都牢牢的固定住温度变化，那钢轨呢，就不能 再自由的伸缩变形了。于是呢，就会在钢轨内部产生温度应力，升温时呢，轨道不能伸长，会产生压应力。降温时呢，轨道不能收缩，会产生拉应力。 我们看一看温度应力的理论计算公式就可以看出，这个温度应力的大小与轨道的长度不再有关系，只与轨道的温差变化有关。哎，这就是无缝轨道可以存在的理论基础。而且理论上呢，这个无缝轨道可以修的无限长，只要我们能够有效控制轨道的 温度硬力就行了。当然呢，如果我们不能有效控制呢，超出了钢轨可承受的强度范围，夏天呢，就可能会胀轨变形，冬天呢，可能会断轨。那么怎样才能消除无缝轨道因为热胀冷缩产生的变形量呢？以前的普通铁轨呢，只能 能通过轨道接头处啊，预留合适的这个缝隙来解决，但是无缝轨道不用这么做，前面也提到了，要想让无缝轨道不出现热胀冷缩，只有想办法把钢轨牢牢的锁死在鬼枕上。 我国高铁路呢，使用多种类型的连接扣件，代替了以前普通铁轨用的那个勾头造钉，那么每根的枕目的两端呢，都有扣件，用它就可以把钢轨牢牢的固定在这个钢轨上。 在我国南方地区呢，常年温差不大，用扣件的力量就完全可以抵消掉钢轨内产生的温度应力，保证钢轨不会上下左右啊，前后啊移动。 但是再往北一些，冬夏温差比较明显了，温度应力呢也会随之增加。假如在夏天施工，那到冬天呢，温度应力就会变得很大，扣件很可能扣 不住，那怎么办？既然轨道温度低时会产生拉硬力，而高时呢，又会产生压硬力，那么必然有一个温度下，这个轨道内的温度应力是零，这就是理论上的锁定鬼温。 如果选择在这个鬼温下，用扣件固定住钢轨，那么扣件的力量就能够兼顾两头了。 但是实际施工时呢，不可能永远保证轨道温度在锁定鬼温下啊，一般呢，会选择稍微低于锁定鬼温时，用这个机械拉轨器先拉伸轨道，让它深长到锁定轨温下该有那个长度之后再固定。那如果高于锁定鬼温呢，就只能等到这个温度降下来才可以， 这就叫做温度硬力式的无缝线路。如果三环北啊，到了高寒地区，单独靠扣件和拉 拉伸轨道的方法吧，已经不能完全克服热量冷缩了，而只能在合适的时间点经过精确计算之后，在贴上之前把扣件呢先松开，把钢轨呢截掉一段再拉伸接上，相当于预膨胀。 在天冷之前呢，还要把扣件再松开，让铁轨呢预收缩再补上一段，哎，专业上呢，就称之为定期放散温度应力式无缝线路。 这回你知道高铁无功线路是怎么克服热量冷缩了吧？当然呢，还有很多技术细节，这里呢就不再一一介绍了。关注我，揭开你心里的疑惑。

可是问题来了，把缝隙消灭了，这热胀冷缩的物理规律总不能也消灭吧？几公里的长钢轨，夏天一热，要是想膨胀，那得是多巨大的力量？万一真把铁轨顶起来怎么办？其实咱们工程师早就想好了绝招，这招叫强制锁定， 简单来说就是不跟他硬碰硬，而是把他死死的按住。施工的时候，工人们会挑一个不冷不热的好日子，这时候钢轨的长度既不膨胀也不收缩，处于最舒服的状态。然后人们会用非常强力的叩见， 把钢轨死死的锁紧在混凝土枕木上。这锁紧的力道大得惊人，让钢轨想动弹分毫都难。这就好比一根被拉紧的橡皮筋，两头都被固定死了。当夏天来了，温度升高，钢轨本来想变长，但因为两头和中间都被锁得死死的，伸长不了。

五百米的钢轨需要依次被铺设和焊接，变成两千二百二十四公里完整的一根无缝钢轨。如此长距离的钢轨，应对的气候温差极大，钢轨产生的应力惊人。 要应对如此大的钢轨应力，把这些钢轨牢牢的固定在地基上，需要一个关键的零件。 中国工程师找到了解决方案，采用特殊钢材和独特的曲面造型，坚固强度和弹性。这种曲面造型通过高度自动化的生产线加工成型， 经过六万小时的疲劳试验，证明这些中国工程师研制的构件能圆满的应对轨道应力的难题。

坐过高铁的朋友都知道，现在的列车跑起来那是相当平稳安静的，几乎听不到什么噪音，跟以前坐绿皮火车时那种咣当咣当的节奏感完全不同， 这是为什么呢？其实这背后全是轨道的功劳。早些年的铁路，两根钢轨之间都要特意留出一道缝隙，这可不是施工偷工减料，而是为了保命。 大家都知道，金属有热胀冷缩的特性，如果不留缝隙，夏天钢轨受热膨胀，就会互相挤压，导致变形，甚至把铁轨顶弯，那火车还要怎么开？所以有了这道缝隙， 钢轨有了伸缩的空间，安全性就有了保障。但这也带来了副作用，车轮滚过缝隙时就会撞击，发出咔哒咔哒的声音，车身也会颠簸。对于时速只有几十公里的绿皮车来说，这颠簸还能忍，顶多就是吵一点晃一点。但对于时速三百五十公里的高铁来说，这缝隙就是致命的隐患。

高速铁路的无缝轨道它是怎么解决热胀冷缩问题的呢？一般它们采用两个办法，第一，铺设的时候，它们选择温度不高不低的时候铺设，保证轨道在一个合适的温度下进行铺设固定。 第二，在轨道的下方加了一个缓冲胶垫，这样用胶垫来缓冲因热胀冷缩变形而产生的形变的压力。通过这两个办法，我们就可以把高铁的轨道做成无缝，理论上我们并可以让它无限延长。

高铁轨道上没有伸缩缝，那热胀冷缩的问题是怎么解决的呢？以前老式的绿皮车，铁轨每隔一段都有个空隙，专门留给铁轨热胀冷缩透透气，火车跑起来哐当哐当响个不停，那时候速度慢，大家也就忍了。 可现在的高铁，时速几百公里，要是有缝隙，那风险极大，搞不好就得脱轨。为了安全，又为了舒服，现在的高铁直接把钢轨焊成一整根，几百公里连个缝都没有。但这问题又来了，夏天那么热，冬天那么冷，这铁轨想伸伸不了， 想梭梭不回，按理说早就该拱变形了，为啥他还能稳如泰山呢？其实这背后的原理说穿了也挺简单，就是跟大自然硬钢，工人们会特意挑一个不冷不热的好日子，把钢轨拉到最合适的长度，然后用强力叩见，狠狠的锁死在混凝土枕木上。 这时候，铁轨就像被绑的结结实实的粽子，内部憋着巨大的硬力，想伸被枕木拽住，想缩被叩见拉住，那股胀缩的力全被鹿基给吃掉了。 只要这股力不超过设计的极限，铁轨就老实得很，乖乖趴在原地纹丝不动，任凭外面风吹日晒，他就是动弹不得。当然了，光靠死锁还不够，还得有人工伺候着，这叫硬力放散，听着挺玄乎，其实就是给铁轨松松绑，或者紧紧皮。工人们会在夜深人静没车跑的时候，拿着专业仪器上阵， 哪一段铁轨内部憋的太紧了，就得切短一点释放压力。哪一段太松了，就得重新拉紧锁死。就这样，定期体检，随时调整无缝轨道，才能始终保持最佳状态。咱们坐在车上感觉不到颠簸，风驰电掣一样平稳，全靠这技术和工人们在背后默默保驾护航。

为啥高铁的轨道没有伸缩缝？方法有几种，首先在在温差较小的南方，使用强力扣件代替了传统的稻丁，将钢轨死死固定在枕木上，这股扣件的力量就足以抵消温度硬力。但在北方，冬夏温差大，单靠扣件可能扣不住， 所以这时工人们会特意挑一个不冷不热的好日子，叫锁定轨温。然后用机械拉轨器拉伸钢轨，人为让它伸长到锁定轨温应有的长度后再固定，这就叫温度受力式无缝线路，巧妙的兼顾了热胀和冷缩。可这两种方法只能用在南北方，到了高寒地区，情况就复杂多了，就不管用了。

坐过高铁的朋友都知道，现在的列车跑起来那是相当平稳安静的，几乎听不到什么噪音，跟以前坐绿皮火车时那种咣当咣当的节奏感完全不同。 这是为什么呢？其实这背后全是轨道的功劳。早些年的铁路，两根钢轨之间都要特意留出一道缝隙，这可不是施工偷工减料，而是为了保命。 大家都知道，金属有热胀冷缩的特性，如果不留缝隙，夏天钢轨受热膨胀，就会互相挤压，导致变形，甚至把铁轨顶弯，那火车还要怎么开？ 所以有了这道缝隙，钢轨有了伸缩的空间，安全性就有了保障。但这也带来了副作用，车轮滚过缝隙时就会撞击，发出咔嗒咔嗒的声音，车身也会颠簸。对于时速只有几十公里的绿皮车来说，这颠簸还能忍，顶多就是吵一点晃一点。 但对于时速三百五十公里的高铁来说，这缝隙就是致命的隐患。可是问题来了，把缝隙消灭了，这热胀冷缩的物理规律总不能也消灭吧？几公里的长钢轨， 夏天一热要是想膨胀，那得是多巨大的力量，万一真把铁轨顶起来怎么办？其实咱们工程师早就想好了绝招，这招叫强制锁定， 简单来说就是不跟他硬碰硬，而是把他死死的按住。施工的时候，工人们会挑一个不冷不热的好日子，这时候钢轨的长度既不膨胀也不收缩，处于最舒服的状态。然后人们会用非常强力的叩见， 把钢轨死死的锁紧在混凝土枕木上。这锁紧的力道大的惊人，让钢轨想动弹分毫都难。这就好比一根被拉紧的橡皮筋，两头都被固定死了。当夏天来了，温度升高，钢轨本来想变长，但因为两头和中间都被锁的死死的，伸长不了，它就会在体内产生巨大的压硬力。 冬天变冷了，他想缩短也缩不回去，就会产生拉硬力。不过光靠锁死还不够，因为每年的气温变化都不一样，极端天气也难预测。万一某年夏天特别热， 钢管内部的压硬力大到快要把钢管憋断了。或者冬天太冷，拉硬力大到快要把钢管拉断了，这又该怎么破？这就需要我们精细的维护和保养了。 这就是为什么你很少听说高铁在半夜跑车的消息，因为后半夜通常是铁路部门的天窗时间，也就是专门用来检修的。这时候，工人们会带着精密的仪器上线作业，专门监测钢轨的受力状态。他们像医生给病人把脉一样，测量钢轨内部的温度和硬力。

不知道各位有没有发现，高铁的轨道从来都没有缝隙，这种轨道被大家称作无缝钢轨，为什么高铁的钢轨要设计成无缝的？无缝的钢轨又是怎么造出来的？ 平时又该如何保养呢？如何处理钢轨因热胀冷缩产生的应力问题呢？ ok， 在回答第一个问题之前，我们必须要了解为什么普通列车的铁轨是有缝的，这当然不是为了偷工减料，实际上这条缝隙是为了应对铁轨的热胀冷缩问题 专门设计的。这个缝隙可以让铁轨在炎热的夏天不会因膨胀而弯曲，也不会在寒冷的冬季让铁轨收缩而断裂。 这种缝隙常见于公路的设计当中，但是呢，这条缝隙会让运行中的车轮不断冲击铁轨的接缝处，从而导致损耗。这种损耗在低速的状态下影响不大，但是在高达三百千米每小时的 状态下，所造成的损耗已经不是普通的损耗，必须要重视起来，而且会带来强烈的颠簸和噪音，让乘客非常的难受，乘坐体验极差。所以高铁的钢轨都采用的是无缝钢轨。 采用无缝钢轨的轨道由于没有了接缝，所以接头冲击力直接就消失了，这就是的磨损极大的减少。而且因为接头冲击力的消失，可以让列车的速度从一百二十千米小时直接干到三百千米小时，且完全不会降低旅客的平稳感和舒适感。 对于耳朵胀痛这个问题和钢轨没有关系，这个问题涉及到空气动力学，而且有激播哦，你们可以艾特萌萌战队。那么无缝钢轨是如何被制造出来的呢？首先，无缝钢轨不是真的无缝，这要从两个方面来讲，一是无缝钢轨是由许多根钢轨焊接成长轨条的，焊接完 看到钢轨通常达十几米，有的甚至达到上百千米。二是无缝钢轨在一些特殊的地方，比如说站点会留有缝隙，这个缝隙留他何用？我先按下目标，既然无缝钢轨是焊接而成的，那么他是如何焊接的呢？目前主流的焊接方法是闪光电阻焊接、气压焊接和铝热焊接。 闪光电阻焊接是利用电流通过钢轨端头时所产生的热量为热源，将带焊钢轨的端头融化，然后施加压力挤压焊接表面，从而将两根钢轨焊接在一起。这种焊接方式听起来很简单， 却是所有焊接方式中最复杂、成本最高的焊接方式。闪光电阻焊必须有规模相当大的电力和加压设备，而且对弓箭的表面和工作环境要求非常高。但是闪光电阻焊焊接的钢轨，它的可靠性和一致性是最高的，所以 一般是在工厂里焊接，再运到施工现场进行下一步焊接。不过现在有了移动式闪光焊轨车，就可以直接在施工现场进行闪光电阻焊接了。不过在这之前，施工现场用的都是钢轨气压焊接， 它的原理是用夹接机将两根带焊钢轨固定好位置后夹紧，然后利用氧气和乙缺的火焰对两根钢轨 紧密贴合的清洁端面进行加热，当贴合面达到塑性状态时，立即对贴合面施加顶端压力，就可以使两根带焊钢轨牢固的焊接在一起， 气压焊接所用的设备搬运方便，操作起来简单，焊接的质量好，成本也比较低廉，所以常常用于施工现场的焊接。虽然无缝钢轨的磨损小，但是毕竟还是有磨损，所以对钢轨进行修复就是必要的了。修复常用的焊接方式为铝热焊接，它的原理是将 提前调整好焊缝宽度的两根钢轨定位，需要对钢轨预热，这里我忘了，后来才发现。 然后再将配置好的铝热焊剂在干锅内点燃，使之发生氧化还原反应。反应生成的高温铝热钢水通过特别设计的砂形胶柱系统注入到由砂形和带焊钢轨组合形成的形枪内，由高温钢水带来的热量将带焊钢轨的端面融化， 经过冷却凝固，将带焊钢轨连接成一个整体。铝热焊的设备非常简单，便于操作，而且不需要电源，焊接的速度也很快，特别适合进行野外现场作业，所以通常用于钢轨的日常修复。 三种焊接方式互为补充，保证了高铁的正常平稳运行。既然钢轨已经焊好了，那么热胀冷缩的问题又该如何处理？ 处理的方式要根据不同地区的温差大小来区别对待，如果这个地方的温差不是很大，那么处理办法就是铺设前根据当地的温度极值算出当地的温差，然后将钢轨拉伸， 然后在轨整上用弹簧扣件将钢轨强行锁住，使其膨胀，锁定在轨整上，这样就可以让钢轨的温度力减少到最低限度， 保证无缝钢轨在冬天不断裂，夏天不弯曲。但是呢，这种方法应对一些温差小的地区还行，要是在一些温差特别大的地方就束手无策呢，这个时候就要用的常规结铺设法， 首先还是要测量计算当地的温差，然后选择最佳的温度铺设，这个时候就不要再拉伸钢轨了。然后 在高铁的站点设置缝隙，因为这个时候的列车速度非常慢，所以是可以有缝隙的，就比如京津高速铁路，只在车站到达区域才有缝隙，两个车站之间只用一根超级长的常规结。

五百米的钢轨需要一次被通设和焊接，变成两千二百二十四公里完整的一根无缝钢轨。如此长距离的钢轨，应对的气候温差极大，钢轨产生的应力惊人。这还不是最极端的情况， 全长一千七百七十六公里的兰新高铁面对的是更极端的挑战，一天之内，他要穿越雪山和沙漠，温差达到八十度。 要应对如此大的钢轨硬力把这些钢轨牢牢的固定在地基上，需要一个关键的零件。 中国工程师找到了解决方案，采用特殊钢材和独特的曲面造型，坚固强度和弹性。 这种曲面造型通过高度自动化的生产线加工成型， 经过六万小时的疲劳试验，证明这些中国工程师研制的课件能圆满应对轨道硬密的难题。

它就会在体内产生巨大的压硬力，冬天变冷了，它想缩短也缩不回去，就会产生拉硬力。不过光靠锁死还不够，因为每年的气温变化都不一样，极端天气也难预测。万一某年夏天特别热， 钢管内部的压硬力大到快要把钢管憋断了。或者冬天太冷，拉硬力大到快要把钢管拉断了，这又该怎么破？这就需要我们精细的维护和保养了。 这就是为什么你很少听说高铁在半夜跑车的消息，因为后半夜通常是铁路部门的天窗时间，也就是专门用来检修的。这时候，工人们会带着精密的仪器上线作业，专门监测钢轨的受力状态。他们像医生给病人把脉一样，测量钢轨内部的温度和硬力。

既然钢轨里憋着这么大的劲，万一真的失控了怎么办？别担心，还有最后一道防线，虽然系统很结实，但为了万无一失，还得靠精细的维护。每当夜深人静，高铁停运的时候，也就是维修工人们最忙碌的时候，他们会拿着精密仪器去给钢轨体检，哪里温度太高、胀得太紧， 或者哪里太松了，都要及时处理。如果发现某段钢轨情绪不稳定，内部硬力太大，工人就会进行硬力放散，也就是把扣件松开，人为让它伸缩一下，把那股劲卸掉，再重新锁死。正是这种看似笨拙，实则精密的人工维护，配合着科学的锁定技术，才构成了高铁安全的铜墙铁壁。所以说，中国速度的背后，是无数细节在死磕。