【正文】 碳素鋼，其強(qiáng)度要求在 900MPa 以上。世界上大多 數(shù)國家的高速鐵路主要用于客運，也有少數(shù)國家用于客貨混運。隨著磁懸浮列車技術(shù)的改進(jìn)和完善，國外有不少專家認(rèn)為到 21世紀(jì)，高速客運列車車速可以達(dá)到 600km／ h。我國的無縫線路已占 30％左右。 60 年代全世界鋪設(shè) 4萬 h無縫線路，到 70年代已鋪無縫線路超過 20萬 km， 80年代后各國的干線鐵路基本上是鋪設(shè)無縫線路。 (2)普遍 采用無縫線路 為了提高車速和列車運行舒適度，各國從 20世紀(jì) 60年代開始在干線鐵路上普遍采用焊接長軌。世界鐵路鋪設(shè)鋼軌單重的變化大概如下： 20世紀(jì) 50年代平均軌重 43～ 50kg／ m， 60年代平均軌重 49～ 52kg／ m， 70年代平均軌重 52～ 65kg／ m。中國鐵路部門規(guī)定在年通過貨運總量超 5000萬 t前蘇聯(lián)鐵路部門規(guī)定當(dāng)客車速度大于 140km／ h時，在行車密度大于 100對的區(qū)間內(nèi)，應(yīng)采用 65kg／ m鋼軌。日本鐵路實測發(fā)現(xiàn) 60kg／ m鋼軌的壽命比 50kge／ m鋼軌可以提高 2． 1— 6． 5 倍。 (1)普遍采用重型斷面鋼軌 法國鐵路部門認(rèn) 為當(dāng)車速超過 160km／ h 時， 就應(yīng)采用 50kg／ m 或 60kg／ m鋼軌。筆者認(rèn)為隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，信息高速公路和多媒體技術(shù)的 普及應(yīng)用， 21 世紀(jì)的世界鐵路技術(shù)必將躍上一個新水平。 世界交通運輸專家認(rèn)為 2l 世紀(jì)解決城市間陸路交通和大城市內(nèi)交通問 題的最有效工具仍然是鐵路，尤其是高速鐵路和地下鐵路，它們在運輸?shù)母咚俣取⒏咝?、安全性、舒適性和大運量等諸方面，有著航空、航海和汽車公路運輸無法比擬的優(yōu)勢。以法國的吒Ⅳ、德國的 ICE、日本的子彈頭列車為代表的新型列車的出現(xiàn)，向世人展示了現(xiàn)代化鐵路的廣闊發(fā)展前景和比航空、公路運輸更具潛力的發(fā)展優(yōu)勢。不僅有普通客運、貨運鐵路，而且有地下鐵路、重載鐵路和高速客運鐵路。 695． 21世紀(jì)現(xiàn)代化鐵路在鋼軌和線路上的發(fā)展趨勢有哪些 ? 自從蒸汽機(jī)車發(fā)明到現(xiàn)在，鐵路運輸獲得了巨大發(fā)展，車速從原來的 10~20km／ h，發(fā)展到現(xiàn)在的 120~260km／ h；機(jī)車也由過去的蒸汽機(jī)車更換為內(nèi)燃機(jī)車或電力機(jī)車；機(jī)車牽引力由過去的幾百千瓦發(fā)展到 3677． 5kW。其突出特點是高速、高效、 安全。從 20世紀(jì) 60年代到現(xiàn)在，高技術(shù)鐵路以其高的速度、高的運輸效率、低的運行成本和其特有的安全舒適性，在陸?？者\輸中獨占鰲頭。 (3)第三階段：從 1950年開始到現(xiàn)在。原來蒸汽機(jī)車所用的單重僅在 18～ 38kg／ m 的斷面鋼軌，已不足以抵抗大功率機(jī)車的磨耗，在這種形勢下， 1900年出現(xiàn)了單重為 45． 3kg／ m 的鋼軌， 1916 年出現(xiàn)了單重為 58． 9kg／ m 的鋼軌， 1930 年出現(xiàn)了單重為 59． 3kg／ m的鋼軌。首先是電力機(jī)車的出現(xiàn)，為鐵路的發(fā)展提供了干凈的動力。 (2)第二階段：大約從 1900 年到 1950 年前后。鐵路發(fā)展經(jīng)歷了哪幾個階段 ? 大約經(jīng)歷了下列三個階段： (1)初期發(fā)展階段：大約從 1830 年到 1900 年前后。其在地面上的結(jié)構(gòu)與單軌鐵路的基本相同，一般占地上空間寬度為 25～30m，在車站處占地上空間高度為 30— 35m左右。它是近 10 年來發(fā)展起來的一種新型城市軌道交通系統(tǒng)，其運輸能力介于常規(guī)鐵路與公共汽車之間，其運輸能力為 2020～ 20200人／ h，車速最高可達(dá) 50— 60km／ h。現(xiàn)在，新的快速運輸系統(tǒng)，都是以計算機(jī)控制為基礎(chǔ)，自動化線路運營與車站管理相結(jié)合，實現(xiàn)了全部功能自動化控制。 現(xiàn)代重載鐵路的鋪設(shè)主要是用于運輸煤、鐵礦石和其他礦石。當(dāng)時由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，曾開發(fā)出了 35． 7t 軸重、 125t裝載量的車廂。該 機(jī)車一直運行到蒸汽機(jī)車末期，現(xiàn)在被保留下來。當(dāng)時主要運行在夏延 (Cheyenne)與懷俄明 (Wyoming)線。這是在 1941年由美國機(jī)車公司制造的。如美國和加拿大在邊遠(yuǎn)山區(qū)采用超長和重載運輸方式是經(jīng)濟(jì)的。 現(xiàn)代重載鐵路的概念是由國際重載協(xié)會 (IHHA)在 1986年 9月確定的，即重載鐵路必須能讓每列車載重量超過 5000t、軸重大于 21t的列車通過，且每年運量要超過 2020萬 t的線路才能稱為重載鐵路。在北美有許多重載鐵路，這些裝載各種商品的又長又重的列車已運營多年。另外，磁懸浮高速鐵路的 投資比輪軌高速鐵路的投資要高出 20％～ 40％以上。與輪軌系統(tǒng)的高速列車相比，磁懸浮列車的車速可以更快，運行更平穩(wěn)，又不產(chǎn)生污染，是一種理想的交通工具。 691．什么叫磁懸浮系統(tǒng)的高速鐵路 ? 磁懸浮列車是利用電磁原理和超導(dǎo)原理研制的一種高速列車。輪軌系統(tǒng)的高速鐵路其實驗車速已達(dá)到 515km／ h。高速鐵路的線路采用小坡度，一般為 0． 8％～ 3． 5％；線路曲線采用大半徑，一般為 2500～ 8000m。全世界在建或計劃建的高速鐵路約 6000km，分布在 13個國家，主要有日本、美國、中國、俄羅斯和韓國等。 輪軌系統(tǒng)的高速鐵路車速現(xiàn)已達(dá)到 200～ 350km／ h，全世界已建成的高速鐵路總長約5000km。 第四章 高速鐵路與鋼軌 第一節(jié)高速鐵路對鋼軌的質(zhì)量要求 690．什么叫輪軌系統(tǒng)的高速鐵路 ? 目前已經(jīng)投入運營的高速鐵路設(shè)計全部是采用輪軌系統(tǒng)，輪軌系統(tǒng)的高速鐵路無論是總體設(shè)計，還是車體制造及線路施工維護(hù)技術(shù)都已成熟，這一系統(tǒng)已在世界各國運行了近 40年。 40 年的運行證明了輪軌系統(tǒng)的高速鐵路是成功的，并告訴人們這一系統(tǒng)在高速下運行是可靠的、安全的和高效的，被世界各國的政府和鐵路部門所接受。其中 ，日本有 4 條，法國有 3 條，英國有 1 條，德國有 2條，西班牙有 2 條，波蘭有 1條。 采用輪軌系統(tǒng)的高速鐵路，大多數(shù)是以大功率的電力機(jī)車或內(nèi)燃機(jī)車為動力。通常，人們把速度為 200km／ h的高速鐵路定為第一代高速鐵路，把速度為 300km／ h的高速鐵路定為第二代高速鐵路，把速度為 350km／ h的高速鐵路定為第三代 高速鐵路。到目前為止，世界各國已建成的和規(guī)劃中的長距離的高速鐵路基本上都是采用輪軌系統(tǒng)設(shè)計的。在電磁場產(chǎn)生的吸力或斥力作用下，列車被托起懸浮在線路上，靠線路上和車輛上的線性電機(jī)所產(chǎn)生的推力前進(jìn)。但其技術(shù)難度大，目前尚在實驗研究中。 692．什么叫重載鐵路 ? 現(xiàn)在，人們對“重載” (heavy haul)的概念往往僅指那些裝運鐵礦石、煤、磷礦等礦物的又長又重的貨運列車，其實重載列車早已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不拘于此?！爸剌d”的概念隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展也在變化，在 1835 年，那時所指“重載”是指采用蒸汽做動力的貨運列車，它僅僅是相對于用馬做動力的運客或運煤的四輪車而言的。 重載鐵路的出現(xiàn)，在歷史上主要是看重其經(jīng)濟(jì)性。為牽引這樣的重載列車，在美國曾開發(fā)了最大牽引力的蒸汽機(jī)車“巨孩”號。機(jī)車重達(dá) 345t，有 24個輪子。列車全長約 2442m，共牽掛 90～ 100 節(jié)車廂。其實在北美，軸重在 30～ 35t的車輛并不少見，甚至可找到 37t 軸重車輛。應(yīng)指出的是，重載運輸即使是 30～ 35t軸重列車，也會使橋梁的維修費成本升高到危險點。 693．什么叫自動化鐵路 ? 自動化鐵路． AGT(Automated Guideway Transit)是指列車的運營可以實現(xiàn)無人操縱，即從列車發(fā)出開車信號到列 車啟動、加速運行，以及在到站前的減速停車等，這一切均由計算 機(jī)進(jìn)行控制，一般情況下不要司機(jī)介入，即可實現(xiàn)列車運營全過程的無人管理。 這種自動化鐵路是采用高架的專用軌道，由計算機(jī)管理的輕型電車。通常，每輛車定員是 60～ 70人，每列車由 4— 6輛 組成。 694．從鐵路技術(shù)發(fā)展歷史看。這一階段以蒸汽機(jī)的發(fā)明和鋼軌生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步為代表，解決了鐵路發(fā)展的動力和鋼軌等關(guān)鍵問題，促進(jìn)了鐵路的大發(fā)展。在這一階段中，鐵路技術(shù)的進(jìn)步主要是圍繞機(jī)車技術(shù)的進(jìn)步和鋼軌斷 面的改進(jìn)兩個方面進(jìn)行的。 機(jī)車車速和機(jī)車牽引力的提高，對鋼軌的要求也越來越嚴(yán)格，特別是隨著電力機(jī)車和內(nèi)燃機(jī)車的出現(xiàn)，機(jī)車軸重的大幅度提高，要求使用更大斷面的鋼軌。但這些鋼軌的斷面形狀卻基本保持了 1865年的 T 形形狀 。這一階段是高技術(shù)鐵路的飛躍發(fā)展時期，特別是1964．年 10月 1 日，世界上第一條高速鐵路 —— 日本東海道新干線的問世，向世人展示了高技術(shù)鐵路的發(fā)展前景，使古老的鐵路又煥發(fā)出了新的生機(jī)。 高技術(shù)鐵路是以電力牽引技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，它綜合了近代的通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動化技術(shù)和冶金技術(shù)等學(xué)科的成果。它包括了高速客運鐵路、地下鐵路、自動化鐵路和重載鐵路等領(lǐng)域?，F(xiàn)在全世界共有鐵路總長約 140萬 km，遍布世界各地。 從 20世紀(jì) 50年代開始，鐵 路發(fā)展到了一個新的時代，具有高新技術(shù)的火車在世界范圍內(nèi)獲得越來越多的認(rèn)同。這些新型列車是電子技術(shù) (包括電力機(jī)車、磁懸浮列車 )、地下挖掘技術(shù)與自動化技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，這些技術(shù)已廣泛應(yīng)用于從本體的設(shè)計、制造到列車的運行與維護(hù)，從列車的通訊、信號自動化，到列車牽引、事故控制等鐵路現(xiàn)代化建設(shè)的各個方面。不少專家指出，在2l世紀(jì)鐵路會有更大的發(fā)展。世界鐵路技術(shù)的發(fā)展正在朝著自動化牽引、高速度、大軸重、大運量的方向邁進(jìn)，為此各國鐵路都采取了下面一些辦法來滿足鐵路高速、大軸重、大運量發(fā)展的要求。德國鐵路部門認(rèn)為當(dāng)車速超過 200km／ h時，至少應(yīng)鋪設(shè) 54～ 65kg／ m鋼軌，當(dāng)車速超過 250km／ h時，則應(yīng)采用 70kg／ m鋼軌。美國和加拿大從 20 世紀(jì) 70年代就開始大量鋪設(shè) 61． 5kg／ m 鋼軌。 65kg／ m鋼軌比 50kg／ m鋼軌質(zhì)量僅增加 30％，而 可使在使用期限內(nèi)通過的列車運量噸位增加 80％。 km的地段，應(yīng)鋪設(shè) 60kg／ m鋼軌。目前各國鐵路采用鋼軌的最大單重為：中國 60kg／ m及 75kg／ m，前蘇聯(lián) 65kg／ m及 75kg／ m，日本 60kg／ m，法國 60kg／ m，英國 57kg／ m，美國 68kg／ m，意大利 65kg／ m，波蘭 60kg／ m。這種焊接長軌一般是先在焊軌廠將鋼軌焊接成 250m或更長的長軌，然后送到軌排廠預(yù)裝上軌枕，再用特制的軌排運輸車上的專用設(shè)備邊行走邊鋪設(shè)。從所鋪的無縫線路里程占鐵路總長的比例看，前西德比例最高達(dá) 65％，瑞士次之達(dá) 53％，意大利和丹麥也均在 20％以上。 696．世界高速客運鐵路的發(fā)展情況如何 ? 20世紀(jì) 60年代高速客運列車最高車速為 200km／ h； 70年代日本東海道新干線設(shè)計車速已達(dá) 260km／ h；法國在 80 年代初其高速鐵路車速已達(dá) 300km／ h，其實驗車速在 90 年代已達(dá)到 515km／ h。高速鐵路按速度劃分，車速在 200km／ h 以上的為第一代高速鐵路，車速在 250km／ h以上的為第二代高速鐵路，車速在 300km／ h以上的為第三代高速鐵路。 697．高速鐵路對鋼軌的質(zhì)量要求是什么 ? 高速客運鐵路對鋼軌的要求主要是： (1)關(guān)于鋼軌斷面，多數(shù)國家選擇 50kg／ m或 60kg／ m平底軌，其長度為 25m、 36m、50m或焊接長軌。為防止早期疲勞和剝離的產(chǎn)生，要求鋼軌鋼采用硅脫氧鎮(zhèn)靜鋼，鋼中最大鋁含量不大于 0． 005％。按 ASTME45／ 84 條款規(guī)定對氧化 物最壞的視場是B1，對硅酸鹽型夾雜的視場是 C1。 (3)對平直度的要求是： 1)軌端平直度：垂直上翹不大于 0． 2mm／ m，垂直下彎不大于 0． 1mm，水平彎曲不大于 0． 25mm／ m； 2)全長平直度：垂直方向不大于 0． 1mm／ m，水平方向不大于 0． 3mm／ m，垂直方向上翹最大 5mm，水平方向旁彎的彎曲半徑不小于 1000m。 (5)為保證在高速下行車平穩(wěn)，輪、軌接觸帶寬不應(yīng)超過 12～ 14mm，而且在這個接觸帶上不應(yīng)存在任何表面缺陷，為此必要時要對軌頭進(jìn)行打磨拋光。 698．鋼軌有哪些種類 ? 鋼軌自 1767年發(fā)明至今，已經(jīng)歷了 230 余年，隨著鐵路技術(shù)的發(fā)展，鋼軌的斷面也經(jīng)歷了從平板形到 T形又到 U形的過程，直到 1864年才最后固定為工字形。 (2)供客貨運鐵路用的重軌，中國鐵路使用的重軌主要有 38kg／ m、 43kg／ m、 50kg／ m、60kg／ m、 75kg／ m 五種，日本使用的重軌主要有 30kg／ m、 37kg／ m、 40kg／ m、 50kg／m、 60kg／ m五種。 (3)供工廠吊車用的吊車軌，中國主要有 70kg／ m、 80kg／ m、 100kg／ m、 120kg／ m四種規(guī)格。碳素軌主要以碳、錳兩元素來提高強(qiáng)度、改善韌性。合金軌則是以碳素軌為基礎(chǔ)，添加適量合金元素如釩、鈦、鉻、鉬等，從而提高鋼軌的強(qiáng)度和韌性。中國的合金鋼軌則是 Re— Nb軌和 V— Ti軌。 按鋼軌的力學(xué)性能，通常鋼軌分為三類：第一類普通軌，它是指抗張強(qiáng)度不小于 800MPa的鋼軌；第二類高強(qiáng)軌，它是指抗張強(qiáng)度不小于 900MPa的鋼軌；第三類為耐磨軌，它是指抗張強(qiáng)度不小于 1100MPa的鋼軌。 為使鋼軌具有足夠的剛度，可適當(dāng)增加鋼軌高度， 以