就是这些不起眼的扣件,牢牢地把铁轨固定住

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就是这些不起眼的扣件,牢牢地把铁轨固定住

图片:FergieFam007 / CC BY-SA

方寸之间的风采——轨道上的扣件们

lei xi,搞轨为生

上次说到轨道系统的几个大件,钢轨、轨枕、道床、连接零件,其他几样都很好理解,名字简单直接,这个连接零件的内容就很宽泛,包含了一大堆零零碎碎的接头夹板螺栓啊、扣件啊、连杆啊、防爬啥的,今天咱们就单独说说轨道扣件。

这就是扣件

扣件,一般就是指两个部件之间的连接件,那轨道扣件就是指钢轨和轨枕之间的连接零件,说白了就是把钢轨扣在轨枕上固定住的家伙,这里就说到了扣件的主要作用——固定、约束

当然了,我说的是地铁上的,地铁和货运铁路、高铁的扣件区别很大,那些我不太懂。我们先拿一个普通的扣件做例子,看一下这个玩意到底起什么作用,如何起作用(渣渣标注勿怪啊)

这是一个的弹条式 - 分开型 - 无螺栓 - 无挡肩扣件,别看这么拗口,其实就是一普通扣件,现在咱们解剖这个麻雀来看看扣件究竟什么。

扣件是约束,对钢轨的三个方向也就是上下(竖向)、左右(横向)、前后(纵向)进行约束,保证钢轨呆在自己该呆的位置上。

同时,现在地铁都是电气化线路,而且基本都是直流牵引系统,对绝缘有很高的要求,所以在扣件上所有和钢轨接触的位置都是绝缘材料(尼龙材料的轨距块、橡胶材质的轨下垫片),可以称之为绝缘约束

还有,钢轨的三个方向的约束实现的方式是不同的,竖向的约束是都是通过弹性部件(弹簧、橡胶)实现的,横向约束是通过刚性部件(刚度相对大,尼龙、刚才)实现的,纵向约束是通过摩擦(钢轨底部和橡胶垫、钢轨侧和轨距块)实现的,所以钢轨的横向约束大、竖向约束相对较小,纵向的约束是一个很复杂的问题,大家有兴趣的话可以看看我写的关于无缝线路的文章。

吁,最不好理解的地方写完了,现在来看看扣件分多少种吧

扣件的分类方式有不少,有混合式\分开式之分、有螺栓\无螺栓之分、弹片式\弹条式之分、有挡肩\无挡肩之分等等,今天这些都不讲,咱们今天按照地铁的特点来讲,就是分成普通扣件、减震扣件、特殊扣件。

—普通扣件,就是最常见、完全纯粹的完成约束、固定任务的扣件,比较常见也就是几种.

——扣板式扣件。就是一个底座固定在轨枕上,然后一个扣板扣压在钢轨的底部和底板连接在一起,拧紧顶部的螺栓就可以扣住钢轨,一目了然。

——道钉垫板混合式扣件。这是今天讲到的扣件里唯一的混合式扣件,结构更加一目了然,就是钢轨放在铁垫板上,然后用道钉把垫板钉在轨枕上的同时也把钢轨底部扣住,是最早出现的扣件类型,目前已经慢慢淘汰了,淘汰到了我想去拍个照片都没有找到的程度。

——弹条Ⅰ型分开式扣件。结构和扣板式扣件类似,就是把扣板换成了弹条(欧米伽型弹条)或者说是在扣板上多压了一个弹条,主要是改善了纵向的弹性,也是通过螺栓拧紧。目前主要使用在车辆段内的线路上,之所以这样一方面是因为弹性匹配的问题,另一方面是因为它是有螺栓扣件(即拆掉弹条需要拆螺栓),养护、调整的作业量大。也分为碎石道床用和整体道床用两种,外形有一些小的差别,就不分开说了。

——单趾弹条分开式扣件。这是目前国内的轨道上使用的主力,结构就是铁垫板固定在轨枕上,然后弹条扣住钢轨底部安装在垫板上,结构简单可靠。大家可能会奇怪,向下的约束力是哪里来的呢?其实很简单,那个弹条可以看作是一个变形的弹簧,在安装上去的时候它会被拉伸,安装上去后也是处于一个拉伸状态,所以它有收缩的趋势,就是这个收缩的趋势提供把钢轨向下约束的扣压力。它是典型的无螺栓扣件,不用除锈涂油、养护量小、生产便利、部件少,是地铁的良配。

——弹条Ⅲ型分开式扣件。它和单趾弹条扣件很像,很多人区分不出来,还有人叫它“反弹条”,区别就是安装方向不一样,扣压力也比单趾弹条大一些,一般用在需要更大扣压力的地方(大坡道、小半径曲线等),看到下面的图大家可能会疑惑,蛤蛤

上面这些就是地铁里常用的普通扣件,说它们普通,就是它们只是完成了扣件的基本功能,即约束、固定,和它们对应的是还额外完成其他要求的扣件。

—减震扣件。这是一类为地铁提供“特殊”服务的扣件,地铁的一大特点是穿越繁华市区,地面上建筑、道路密集,但是上面住人,下面挖洞跑车不可能不对地面造成影响,还有,万一上面是歌剧院你下面轰隆隆跑地铁也不合适,所以为了降低甚至消除这些影响,减震扣件就出现了。这是地铁的一大特色,也是留给我们这些搞轨的人的一大坑货,因为它们的减震原理无一例外都是降低对钢轨的纵向约束的刚度(就是给钢轨竖向更大的弹性,过车的时候钢轨上下震动的幅度更大),隔断车辆和隧道结构的联系(就是不把车辆的震动传递给隧道)来降低对地面的扰动。对,你没看错,减震是指减少对外面的震动,钢轨本身的震动反而变大了,能量守恒嘛。打个比方,你穿着铁鞋在家里地板上蹦和穿着气垫鞋在家里蹦,楼下的人的感受是不一样的。

——Vangurd扣件。这是比较早引进国内的减震扣件,是英国潘德路公司的专利产品,第一次看见它的时候我真是觉得开了眼界,当然这么多年看下来基本也觉得没啥了。上面我们讲到的所有的扣件都是压住轨底约束钢轨上下震动的,但是这个是夹住轨腰不让左右动就拉倒了,纵向约束很少就装个限位器,它的刚度只有一般扣件的十分之一。

——洛得(Lord)扣件。它的结构和单趾弹条扣件类似,就是底部的垫板整个用弹性较好的橡胶包裹起来。

——双层非线性减震扣件(GJ—Ⅲ扣件)。看它接地气的名字就知道这是国人自己研发的一种扣件,是最近几年才出现的,它就是把铁垫板分成了两层,中间再加进去了一层橡胶,分为上锁式和下锁式两种,那橡胶的性能是关键。据说研发这个扣件的厂家也生产潜艇的消声瓦。谁用谁知道

——谐振式浮轨扣件。它和 Vangurd 扣件类似,但是更加适合国情,所以现在有取而代之的趋势,啥国情呢?上面我们说到的所有扣件的垫板的螺栓孔位都基本是一致的,螺栓的尺寸也是一样的,但是 Vangurd 扣件的螺栓孔距大,螺栓尺寸也不一样,还是英制的,这不是扯淡么,嗯,这个浮轨扣件把这些毛病都改了

——轨道减震器扣件(科隆蛋)。别问我,我也不知道它为啥叫这个名字,我也不想猜。这货也是出现的比较早的减震扣件之一,也是通过加大橡胶层的厚度和性能来实现的,螺栓孔的位置也比较特别,当然,样子也特别。

减震扣件讲完了,有些是出现很久的现在已经慢慢淘汰的,有些是刚才出现的,以后肯定还会有更新的,但是它们的原理都是把要传到隧道外面去的震动放散到隧道里、钢轨上,所以这些地方的钢轨会有更多的伤损、磨耗,行车噪声也可能会更大,算是失之东隅收之桑榆吧。

—特殊扣件。除了有减震需求的,地铁上也会用到一些特殊的扣件,我目前碰到就一种,叫做弹性小阻力扣件,它长这样

可能很多人会问,这不是扯淡么,这不和单趾弹条扣件一样么,确实是,除了一个地方,就是钢轨底部的垫板,上面我们说到的所有扣件轨底的垫片都是橡胶的,但是它的垫片是橡胶板上面贴了一层不锈钢板,就是为了降低摩擦力,也就是说上面我们说到的纵向约束会小很多,就是为了无缝线路的长轨条能够更容易伸缩达到温度应力自放散的效果。前面拿一段话是我脸在键盘上滚出来的,要想详细了解请跳转至无缝线路,火车跑起来没有“哒哒”声的线路 - 知乎专栏

那块垫片长这样

最后,扣件不能要提供约束,也提供了调整钢轨位置的功能,通过调整轨底两侧的轨距块可以调整钢轨的左右位置(轨距),通过在钢轨轨底放置不同厚度的橡胶垫片可以调整上下位置(高低)。

综上,轨道扣件是对钢轨进行横向\竖向\纵向约束并提供调整空间的、满足电气化牵引绝缘要求的、弹性适中的、养护维修便利的、能够满足各种特殊要求的、能够把钢轨和轨枕连接在一起构成轨道框架的部件,它的结构多种多样,但是万变不离其宗。

终于写完了,都半夜了。本来以为扣件是一个很好写的小玩意,但是开始的时候半天打不出来一个字,竟然有提笔忘言的感觉,粗粗写了一下竟然有 3000 多字,感谢大家的耐心看到这里。真是一沙一世界,看来以后要多点研究它了,一个一个子敲出来,不觉中自己的理解也加深了一层,也不枉费我花了这么多时间。

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