2.2　钢轨联结

钢轨联结是将标准长度的钢轨联结起来，使钢轨联结部分具有与钢轨一样的整体性，给列车提供连续的滚动表面，承受列车通过时作用于其上的动荷载，并满足钢轨伸缩的要求。

钢轨联结方式可分为钢轨接头联结、钢轨焊接两种。

2.2.1　钢轨接头联结

在轨道上用定长的钢轨联结成连续的轨线，在两根定长的钢轨之间，用夹板联结，称为钢轨接头。接头处轮轨动力作用大，相应的养护维修工作量大。因此，钢轨接头是轨道结构的薄弱环节之一。

（1）接头布置

钢轨接头相对于轨枕的承垫形式可分为两种：悬空式和承垫式，如图2-11所示。单枕承垫式因车轮通过时使轨枕左右摇摆而稳定性较差，故目前很少采用；双枕承垫式在正线绝缘接头使用较多；我国铁路采用悬空式钢轨接头。

按两股钢轨接头的位置可分为相对式和相错式，如图2-12所示。相错式的缺点是车轮轮流冲击接头，如轨道状态不良，加剧了车辆的摇晃。在轨道铺设时，也不能采用单根钢轨长度的轨排铺设，不利于机械化施工。美国铁路多采用相错式钢轨接头，我国铁路采用相对式钢轨接头。

（2）接头类型

按钢轨接头的功能可分普通接头、异型接头、导电接头、绝缘胶接接头、伸缩接头和焊接接头。

①普通接头是由夹板、螺栓、螺母、弹簧垫圈组成。接头夹板的作用是夹紧钢轨。夹板以双头对称式（对称度在10％以内）为最常用。接头夹板分斜坡支承型和圆弧支承型两种，如图2-13所示。我国目前标准钢轨接头用斜坡支承型双头对称式夹板。这种夹板的优点在竖直荷载作用下，具有较大的抵抗弯曲和横向位移的能力。夹板上下两面的斜坡，能楔入轨腰空间，但不贴住轨腰。这样，当夹板稍有磨耗，以致联结松弛时，仍可重新旋紧螺栓，保持接头联结的牢固。接头夹板有4孔和6孔，我国铁路使用的夹板上有6个螺栓孔，圆形与长圆形孔相间布置。圆形螺栓孔的直径较螺栓直径略大，长圆形螺栓孔的长径较螺栓头下长圆形短柱体的长径略大，当夹板就位后，螺栓的长圆形柱体部分与夹板的长圆孔配合，拧螺母时螺栓就不会转动。依靠钢轨圆形螺栓孔直径与螺栓直径之差，以及夹板圆形螺栓孔直径与螺栓直径之差，就可以得到所需要预留的轨缝。夹板的6个螺栓头部交替布置，以免列车脱轨时，车轮轮缘将所有的螺栓剪断。我国铁路使用的接头夹板如图2-14所示。

螺栓需要有一定的直径，螺栓直径愈大，紧固力愈强。但加大螺栓直径势必加大钢轨及夹板上的螺栓孔直径，这将削弱轨端与夹板的强度，因此宜用高强度的碳素钢制成的螺栓，并加以热处理，以提高螺栓的紧固力和耐磨、耐腐蚀的性能。

接头螺栓按其机械性能划分等级。为按照国际标准划分，分成10.9级和8.8级两种高强度螺栓，抗拉强度分别相当于1090MPa和880MPa。

在普通的有缝线路上，为防止螺栓松动，要加弹簧垫圈（单圈），有圆形和矩形两种。在无缝线路伸缩区的钢轨接头加设高强度平垫圈。材料为55Si2Mn、60Si2Mn或55SiMn、60SiMn。

②钢轨异型接头是用于联结两种不同型号的钢轨，如75kg/m轨与60kg/m轨联结，60kg/m轨与50kg/m轨联结，但不能60kg/m轨与45kg/m或43kg/m轨联结，也要相邻等级钢轨之间可用异型接头联结。由于不同等级的钢轨高度，轨腰高度都不一致，所以夹板也随两种钢轨的变化而变化，如图2-15所示。

由于钢轨表面和夹板表面生锈，导接头电阻较大，为了减少轨道电路的电流损失，在轨端钻孔连接导电线。由于在轨头钻孔影响钢轨的疲劳强度，现在的导电接头一般用喷焊连接导电线，如图2-16所示。

③绝缘接头用于自动闭塞区段闭塞分区两端的钢轨接头上，隔断电流。以往是在夹板与轨腰之间用尼龙绝缘板，在轨缝中也用一块与钢轨截面形状相同绝缘板，接头螺栓也用尼龙套管绝缘，但这种结构形式的钢轨接头由于尼龙绝缘层的存在，在列车冲击轮载作用下，接头螺栓容易松动。近年来，由于高分子胶接技术的发展和铺设跨区间无缝线路的需要，胶接绝缘接头应用越来越广泛。如道岔区域内的绝缘接头采用胶接接头，取得了较好的效果。胶接接头具有较高的强度，在强大的作用下也能保证钢轨与夹板不发生相对移动，所以胶接接头区的轨道养护条件也与无缝线路的养护条件相同。胶接接头的夹板与普通接头夹板不同，胶接接头夹板内侧与轨腰形状一致，夹板与轨腰之间用尼龙条隔开，螺栓拧紧后注入合成胶，如图2-17所示。

④伸缩接头又称温度调节器，可以有150～1200mm的伸缩量，伸缩量的大小可以根据需要设计。我国一般在跨度大于100m的桥上使用伸缩接头，原因是普通钢轨接头的伸缩量难以满足钢轨伸缩的要求；另外是我国在铺设跨区间无缝线路时，在桥梁的活动端也铺设温度调节器。日本、法国的高速铁路上也使用钢轨伸缩接头。

钢轨伸缩接头分基本轨和尖轨，尖轨固定不动，基本轨向轨道外侧伸缩，这样保证了基本伸缩时轨距保持不变，如图2-18所示。由于伸缩接头结构复杂，基本轨的伸缩影响到轨道几何形位的变化，也影响到运行平稳性，我国在设计高速客运专线时考虑尽量不用伸缩接头。

温度应力无缝线路长钢轨使用钢轨焊接接头，焊接接头有接触焊、气压焊和铝热焊。

此外，还有用于线路钢轨出现重伤时，临时加固所采用的钢轨急救保护器和臌包夹板等。

2.2.2　钢轨焊接

钢轨焊接是指将标准长度的钢轨在工厂或现场用焊接方法焊接成所需长度的长钢轨，铺设于无缝线路的一种钢轨连接方式。发展无缝线路技术，消灭钢轨接头，不仅可以提高行车平稳性，降低牵引阻力，减少养护维修工作量，而且大大减少了钢轨接头破损，是合理使用钢轨的有效措施之一。

钢轨焊接的主要方法有闪光接触焊、气压焊、铝热焊3种。

（1）闪光接触焊

根据电流的热效应原理，把被焊接的钢轨安放在相对的两个夹具内，端部通以强大的电流，由于对接钢轨之间存在着较大的电阻，因而产生大量的热量把轨端加热，当钢轨被加热到塑性状态，然后以极快的速度予以挤压，这种在对焊机上进行的焊接方法叫闪光接触焊。

（2）气压焊

气压焊是用气体（乙炔-氧）燃烧的火焰加热钢轨端头，使其温度达到1200℃左右，轨端成为塑性状态，在预施的压力挤压下，使两根钢轨挤压在一起，从而把钢轨焊接起来。

（3）铝热焊

铝热焊是利用铝热焊剂的剧烈化学反应，铁的氧化物被铝还原成铁水，同时产生大量热量，把高温铁水浇铸于固定在两轨轨缝处的砂型内，将两根钢轨铸焊在一起。

三种焊接方法中，闪光接触焊焊接速度快，焊接质量稳定，但焊机投资大，所需电源功率也较大；气压焊的一次性投资小，无需大功率电源，焊接时间短，焊接质量好，缺点是在焊接时对接头断面的处理要求十分严格，并且在焊接时需要钢轨有一定的纵向移动，因此对超长钢轨的焊接有一定难度，特别是无法进行跨区间无缝线路的线上焊接；铝热焊的焊接方法较为简单，对操作人员的要求相对较低，焊接时间短，可在钢轨固定的情况下进行焊接，但焊接质量不如闪光接触焊和气压焊。

2.2.3　钢轨联结零件常见病害及整治

（1）接头夹板伤损

接头夹板伤损往往出现折断；中央裂纹（中间两螺栓孔范围内）；正线有裂纹，其他线平直及异型夹板超过5mm，双头鱼尾夹板超过15mm；其他部位裂纹发展到螺栓孔。

（2）接头螺栓及垫圈伤损

接头螺栓出现折断、严重锈蚀、丝扣损坏或杆径磨耗超过3mm不能保持规定的扭矩；弹簧垫圈折断或失去弹性。

产生上述病害的原因主要有以下几方面：

首先，接头养护不良，加重车轮冲击。车轮行经钢轨接头处，因接头形成了折角，车轮从一根钢轨走上另一根钢轨时，有悬空跳过去的现象，发生了冲击，这个冲击力的一部分使钢轨顶面及夹板和联结零件发生磨耗。如有低接头，接头松动或轨缝过大，过车时接头处发生的折角会增大，车轮对接头的冲击也越严重，结果会造成钢轨、夹板和联结零件的严重磨损或折断。

其次，垫板和扣件养护不良，垫板位置歪斜，常造成轨底压在垫板边缘上，轨底局部负担重压，造成破裂或折断。如道钉浮起或扣件松动，则容易造成轨底、垫板、夹板底边之间严重磨损。

最后，列车通过捣固不良的线路时，钢轨上下反复挠曲，使钢轨内部组织连续发生拉张和压缩的反复应力，容易受到破坏。如遇到钢轨颗粒间带有微小空隙（白核）时，会使空隙迅速扩大，形成内部斑痕，以致折断。线路爬行，造成低接头、拉大轨缝或在接头附近发生小坑、三角坑时，一方面增大车轮对钢轨的冲击，另一方面又增大接头处的上下曲折，这样，就更容易造成钢轨、夹板及联结零件的磨损或折断。

因此，在日常养护维修中，需要加强对接头联结零件病害的检查及养护，具体措施有以下几点：

①注重日常检查和经常保养。联结零件是轨道线路上数量最多的构件，它为保证车辆安全运行提供良好的线路几何框架。长期、反复的车辆运行是破坏线路设备的基本因素，中间联结零件是最先和最容易受到破坏的轨道构件。因此，注重日常检查和经常保养是非常重要的：要随时随地进行小修小补，及时消除病害，防止病害的发展；对于重点区段应注意安排重点检查；检查及保养中除检查扣件状态外，还应注意检查轨下垫层及铁垫板下垫层状态，对易位或失效的垫层应及时复位或更换；应特别注意保持高架桥扣件扭矩符合设计标准，既不可过小，也不宜过大。

②加强钢轨和夹板的养护工作。加强钢轨的检查，发现重伤钢轨和夹板，应及时更换；及时矫直硬弯钢轨；及时焊补轨面擦伤；经常注意拧紧扣件，整修防爬设备，锁定钢轨，防止爬行，不使轨缝拉大。

③加强接头养护。加强接头捣固，保持道床丰满，并加以夯实。接头轨枕材质应尽可能一致，并使间距符合规定，在接头处更换木枕时，应将接头处相邻的两根枕木同时更换，以保持支承条件一致。

经常上紧夹板螺栓，保持接头紧固。由于列车的不断撞击，会引起螺栓松弛，接头松动。其结果是接头不能作为一个整体来抵抗外力，个别零件可能因负担过重而损坏。同时还会增加夹板和轨端的磨耗，加剧接头的不平顺。如果接缝处夹板因磨耗而与钢轨下颚之间存在1mm以上空隙时，应及时垫上符合规定的三角铁片。

及时清筛接头范围内的不洁道砟，以免结成硬壳，失去弹性，或引起翻浆冒泥，造成明显的不平顺。

及时消灭轨面高低错牙，接头轨面及轨距线内侧错牙不得超过1mm。

用上弯夹板整治低接头。上弯夹板是将夹板用弯轨器上弯，上弯量一般以1～1.5mm为宜。当换了上弯夹板后，钢轨接头处3～4根的轨枕轨面抬高，容易出现空吊板及螺栓松动，因此，必须加强捣固，拧紧螺栓。

及时调整轨缝。大轨缝是造成接头病害的重要原因。因此，轨缝必须均匀，并符合规定的要求，发现大轨缝应及时整正。