火车运行的一些铁路轨道,为什么要设计成灯泡形状?
作为主要陆运方式之一的铁路运输,在我们的日常生活中扮演着重要角色。在科学技术还不发达的过去,铁路就等同于火车行驶的轨道路线,钢轮行进也是列车在铁轨上运行的传统方式。如今,铁路运输这个词,已涵盖了大家日常出行所涉及到的索道、磁悬浮列车和缆车等非钢轮行进的方式。
当“高铁时代”到来,铁路等级也变得更加复杂,分级也出现了路网等级、客货等级、以及时速等级等不同类别。整体来说,国铁I级低于高铁级,虽然前者包含的一部分是快速铁路,但也存在不少的普通铁路。
而我国的铁路营业里程更是世界第一(共计超过13.9万公里),其中就包含了3.5万公里高铁。虽然,两个正在运行的同向列车,总是会保持相对安全的距离运行,但每辆被机车牵引的列车,都有其既定的行驶路线。比如,在一些地形比较特殊的地方,其铁轨的形状就像灯泡似的。
什么是展线?
从本质上来说,所谓的灯泡形状,其实就是展线的表现形态之一,通常是出现在一些地理位置比较特殊的地方。其主要目的是为了在这种形态的铁路线路上,列车能保持良好的状态运行。因为,列车运行的线路存在一个最大纵坡值,而当地面的自然纵坡比该值更大的时候,便需要通过合理的展线设置来减缓纵坡,比如灯泡线。
设计不同形态展线是减缓纵坡的主要手段
事实上,铁路修建的时候会受到地形的极大限制,当技术人员在设计铁路线路的时候,便需要从实际地形出发,而延长线路便成为了减缓纵坡的主要首手段,尤其是技术条件还相对比较落和的过去。
因为,不管是牵引条件的限制,还是大跨度桥梁和长隧道修建的困难,这都导致了只能通过展线的方式来克服高程障碍。所以,往往那些需要列车进行翻山越岭的地带,便是展线普遍存在的区域。而所谓的“灯泡线”,其实就是当展线长度较大时所使用的一种迂回展线,也被称为复杂展线。
像螺旋线,以及套线这样的方式,其实也属于复杂展线的主要表现形态之一。通常情况下,展线系数的值恒大于1,小于1.3是丘陵地区的展线系数,而小于1.1则是平原地区的展线系数。当然,随着铁路技术的进步,展线系数也因此变得越来越小。我国有多条比较著名的铁路展线,比如,青藏铁路的关角展线群、宝成铁路的观音山展线和马角坝展线。
关于铁路轨道的几何形位
轨道的基本尺寸、相对位置,以及几何形状都是轨道几何形位所包含的特征信息,而动态和静态两种状态下的轨道几何形位在管理上又有所不同。顾名思义,前者意指轨道上有列车运行时的状态,主要通过轨道检查车测量的方式来了解轨道状态;而后者则是没有列车运行时的情况,一般只需要通过道尺,又或是比较小的轨道检查车就可以进行测量。
在实际的工作中,关于铁路轨道几何形位的具体管理,总是会将动态管理和静态管理结合起来。有研究表明,不平顺的轨道是车辆在铁路轨道上出现振动的主要因素。即便只是微小的不平顺情况,也会让列车在时速达到千米的时候,导致实际的车体震动幅度超出被允许的范围。
由于列车运行主要通过铁路轨道的直接承载实现,而车辆车轮对的几何尺寸又必须和轨道的几何形位结合起来。所以,列车的安全运行在很大程度上都取决于轨道几何形位的控制。与此同时,轨道平顺情况,还会对轮轨的作用力加剧带来直接影响。
虽然,像焊接所导致的轨道不平顺、又或是波形磨耗的短波不平顺幅值都较小,但是,当列车处于高速运行的时候,便会导致轮轨的作用力和冲击所带来的振动幅度变得很大。如果这样的文字表述难以让人有直观感受,那么,我们可以一组具体的实例来具体体现:
不平顺情况:一个0.2mm的迎轮台阶形微小焊缝;
当列车时速达到千米的时候:轮轨的高频冲击作用动力和低频轮轨力分别可达到kN和kN,强烈的噪声也因为中长波不平顺而产生,而轮轨之间剧烈的相互作用甚至还能导致恶性脱轨事故的发生(本质上就是钢轨和轮轴发生断裂)。
简而言之,不管是展线的设计,还是铁路轨道几何形位的管理,本质上都是为了确保列车的运行顺畅而安全。虽然,科学技术的进步让各种形态的展线越来越少的在铁路修建中出现,但其背后所涉及的原理却值得我们花一些时间去了解。而铁路几何形位在实际管理中的重要性,则关乎我们的日常出行安全,这也体现了我们生活中很多司空见惯的现象,其实都蕴藏着莫大的智慧。