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第五章

轨道交通

第一单元

铁路轨道

铁路有一条高架轨道，这些铁路车辆的发动机和车轮有内侧轮缘，以保持他们在这条轨道上。机车控制的工程师在铁路轨道上拖一列火车，而不是像一个公路机动车的司机必须做的那样去驾驶他的车辆。铁路列车在他们行驶道路上的任何一点不能相互相遇和通过。他们必须保持在他们的轨道上。

有些铁路用两条或更多的铁轨建造，而每一条轨道上的火车都在同一个方向行驶。多轨道简化相遇和通过的问题。如果铁路有一个单一的主轨道，相隔一定距离它必须有道岔或通过专用线，列车可能暂时离开主轨道，等待其他列车通过。

最常见的铁路轨道由两条平行的重型钢轨组成，牢固地系在岩石或碎石地层的木制十字架上。铁轨之间的距离称为铁路轨距。许多国家的铁路标准轨距是1.435米。

一个统一的铁路轨距使一个人可以在几条铁路上行驶而不换车辆，轨距不同时，在轨距变化的所有地点货运或乘客就必须被转移到另一辆车上。统一轨距的采用，使旅客和货物运输在时间和费用上都有很大的节省。

铁路钢轨是长重型钢棒的形状，或横钢轨的截面看起来像字母“T”。由于这种形状铁轨被称为T型轨。

汽车的发动机和车轮所运行的轨道上的沉重的顶部被称为轨头；靠在交叉节点上面的部分是轨底，而轨头和轨底之间的薄部分称为轨腰。根据轨道承运所必须支持的交通类型，铁轨在设计和重量上有很大的不同。现在制造的铁路大多数长25米，重33到60公斤不等。最大和最重的铁路在铁路的干线轨道上，它承载着最大的货运量和客运量。

铁路钢轨被用重型钢钉固定于交叉节点上。长钉最常见的类型是剪钉，用坚硬的钢制成，有一个允许被一个重道钉锤带进入节点的楔形点，并且有一个与铁路轨底契合的并使轨道紧紧地保持在节点的钩头。另一种类型的长钉是螺丝钉，不挫伤和撕裂节点的纤维而导致腐烂，它更像一个大螺丝，用螺帽套在钢轨轨底边缘。使用螺丝钉的地方，孔为纽带，用扳手把螺钉拧入洞内。螺丝钉，在第一次嵌入时，与普通的剪钉相比，使轨道更牢固的保持在适当的位置。一种比螺丝钉更为新的类型是一种可伸缩的或压缩弹簧长钉。它是由弹簧钢制成，类似于普通的剪钉，除了没有传统的钩头外，它有一个鹅颈头。当被带进入节点时，这个鹅颈头在轨道的轨底上施加一个弹簧压力，这个力将它和节点板牢牢地固定在一个位置上，这是剪钉和螺丝钉所没有的。

在铁路端点在轨道上相遇的地方，他们被用拼接棒或接头棒、紧密贴合节点和铁路两侧路基，并通过铁路网的洞与大型钢制螺栓固定在一起的重型钢板连接在一起。有几种类型的钢轨接头，所有的接头设计的强度和刚度，以支撑所通过列车的重量，并保持轨道的两端不断裂和磨损。

轨道的接头不能完全僵硬，即使是用最强大的接头，铁轨的两端留出一点给火车经过。当你站在一辆移动的火车上，甚至当你乘着一辆轿车时，你可以听到车轮经过轨道接头时发出的尖锐的，有规律的“咔嚓—咔嚓”声。车轮的冲击使钢轨的两端随着时间的流逝变得磨损和分裂。几乎所有的钢轨都首先在末端磨损，钢轨接头是轨道最薄弱的部分。

当铁轨被放置在轨道上时，它通常不会把相邻铁轨的两端紧密地结合在一起。像其他任何一块钢铁一样，一条铁路在变热时会延伸变长，在变冷时收缩变短。如果不是牢牢控制在适当的位置，温度每改变140度12米长的轨道会改变超过一厘米的长度。如果你在一个炎热的夏天看一条铁路轨道，你可能会看到铁轨的两端紧贴在一起。在一个寒冷的冬天里两端有一个小小的距离。铁路建设者们在铺设铁轨时有必要给铁轨的扩张和收缩留有余地，因为他们束缚得不够紧来防止轨道在冬天和夏天之间随着温度的变化而延长和缩短。

现代轨道建筑的方法是这样的，轨道可以固定在适当的地方，内部扩张力和收缩力几乎完全被克服了。最近几年，许多铁路公司已经铺设了比标准的25米长得多的铁轨。标准长度的钢轨被焊接在一起，使钢轨有几百米长。在一些铁路上已铺设了每条连续长3600米的钢轨。焊接用电，通过氧乙炔过程或使用由氧化铁和铝混合成的铝热剂。它已被证明相当令人满意，将钢轨恰当的固定到节点上可以解决膨胀和收缩的问题，而且没有任何危险，因为如果轨道没又固定到位它可能会用搭扣扣紧。虽然仍在实验阶段，但连续钢轨可能成为常见的铁路。轨道接头的消除减少轨道维修和保养的成本，连续钢轨较短钢轨持续时间更长，并给它们给轨道提供更好的乘坐质量。

铁轨之间的节点不是铺在松软的路基上，而是铺在碎石或砾石路基上，这就是所谓的压载物。在下雨天，压载物让水迅速流失，而不削弱或冲刷任何轨道。在冬天的时候水不会在压载物里收集和冻结。任何排水不良的公路会在春天“隆起”，在冻结和融化中交替，铁路也不例外。排水良好是一条好的公路的首要条件；铁路上的压载物有助于提供所需的排水系统。在保持铁路在适当的水平线和正确的线路上这方面，压载物也是必要的。大家已经看到部分团伙在夏天堆焊轨道的时候，用铲子和镐制作压载物。碎石是最好的一种压载物，因为它持续时间长，它不是灰尘，它让水自由流失，它能为轨道提供最佳的支撑。仅次于碎石， 砾石是一种最常见的用做压载物的材料。

在下面的章节中，将详细地解释轨道的功能，以帮助了解本单元。

轨道功能

轨道有三个主要功能。它必须支撑负荷，提供了一个光滑的表面以便于运动，引导火车的车轮。

铁路线应该尽可能达到平直，因为阶级性和曲线增加了机车的负担和轨道上的磨损。每增加1%阶级牵引力要求增加在平直的轨道上所需要的五倍左右，1度弯曲需要增加12.5%到25%的牵引力。道路路基是铺设在压载物、节点和钢轨上的地基。

路基有两种类型——切除和填充。它应该是坚定的，排水良好的和有足够的尺寸。

钢轨支撑机车车辆在轨道上施加的负荷。

节点支撑钢轨，而压载物支撑节点。今天，在线路上使用每米重达60公斤或60公斤以上的铁路来处理交通拥挤。所谓的T型导轨（从它的形状）的一直使用是因为经验表明它是最实用和最经济的形式的轨道。

这些节点使轨道保持适当的距离，支撑着它们，并将负载传送到下面的压载物缓冲垫。随着现代化学处理方法，节点的使用寿命平均延长约两倍，从不足10年到超过20年。为了节省木材和其他原因，混凝土节点发展得很快，现在被认为是铁路节点的理想材料。

为了减少从通过轨道的载荷的冲击力带来的机械磨损，金属垫板被插入轨道和节点之间。垫板的主要作用是将来自铁轨的压力均匀地分散在轨枕上，以减小局部剪切力。由于每条线路上列车运行方向相同，轮的摩擦力使轨道发生纵向滑动现象，特别是在复线段。应用于铁路轴承对节点边缘的小锚或防爬器，是用来检查这个运动的。

压载物，通常是碎石，碎渣， 砾石或矿山废弃物，支持和缓冲节点，并有助于保持他们在适当的位置以在路基上分散轨道载荷。这也有利于排水，从而促进了轨道的牢固性和平稳性。

当火车进入弯道时，它的自然趋势是继续向前走。它转弯只是因为外轨道迫使它才这样做的。允许列车以安全性和更高的平滑度来穿越曲线，外轨是超高的，或是提升内轨的高度，以平衡列车通过弯曲的轨道以直线转向的运动。对于一个给定的曲线外轨较内轨高出的程度取决于列车的速度。

练习

1. 铁路的标准规范是什么？解释统一铁路测量规范的优点。
2. 这篇文章里有多少长钉？他们是如何工作的？
3. 说明压载物的功能。
4. 简要说明铁路轨道的结构。

第二单元

客运车辆

我们现在要考虑的是客运车辆的设计与施工的发展。最早的客运汽车都是四轮车，它的设计是基于道路的马车。较长车辆的期望度得到了认可，让六轮客运汽车得以使用，然后是八轮的。上述提到的较早的例子，像他们的前身，有刚性车轮基础；但在底盘设计上最伟大的进步是转向架客车的使用，这是现在世界各地采用的标准。和机车转向架一样，客车转向架是一个四轮或六轮卡车，通过一个枢轴支撑客车尾部，并且可以自由摆动。转向架不仅可以使车厢自行调节从而平稳、顺畅地通过曲线，而且借助于周密设计的弹簧装置，可以使由于线路上快速运行所产生的振动在传递到车体之前得到减弱。

在英国客车的长度继续稳步增加，相对于皮重目的是提供更多的便利，而现在这个目的在一定程度上通过给乘客增加空间被抵消。通道的规定，例如，在三等车厢中从五到四减少座位的数量，以及最近推出的在二等车厢中像一等车厢一样从四到三减少中间的栏杆。在每个车厢的走廊两端提供更宽敞的卫生间和为快速的进入和退出提供更宽敞的横向中心前厅，都将占用宝贵的空间。

在国有化之前，长度为54到60英尺，英国标准客车通道现在在车体长度增加到63英尺6英寸，在缓冲区增加到67英尺0英寸。几年前大西部铁路专用的70英尺车厢，其中，两端有厕所的三等车厢有十个隔间可以容纳80人；目前标准的二等车厢有八个隔间，由于扶手的采用，只坐48个乘客——相对于皮重，座舱的重量显著降低。在美国所有的现代化的车辆是85英尺长的。

一般来说，餐厅和卧铺车厢已建成长度大于普通通道车厢的车厢，虽然在英国通常限制在65英尺6英寸。为了分散他们更大的重量和提供平稳的驾驶，在过去用六轮转向架代替四轮转向架来安装这些车辆一直被认为是必要的。左转架设计和客车悬挂方而总的改进是如此之大，以致现在世界上几乎所有国家都认为二轴转向架足以承载最重的车辆，唯一例外是美国的某些极重双层客车。

最早的铁路客车几乎全部用木头、框架建造，但到了第十九世纪末，钢铁就开始在框架结构中应用，尽管在很多年以后，钢体结构才成为通用的框架。除了更大的强度和耐久性，由于对碰撞或出轨事件中的伸缩和火灾给予更大的保护，钢筋本身受到赞同。随着这些发展，为乘客提供越来越多的便利设施，旅客车厢的重量稳步增加，直到在美国一些最重的全钢十二轮汽车重为80多甚至90多吨每辆。在欧洲大陆对一个卧铺车厢来说55吨仍然是一个普遍的重量，而通道车厢是45吨，但在英国目前的限度是餐厅或厨房的车厢为46至48吨，卧铺车厢为42至44吨，通道车厢为33至35吨。

今天，在轻型钢和高强度的铝合金的指引下，工程师们认识到了牵引超重型车厢列车的相关动力的浪费，并在他们的现代设计中尽最大的努力将这些重量降低。在欧洲，瑞士在这方面树立了一个光辉的榜样。最新的轻量级的二等车厢，73英尺长，每节车厢可容纳80人左右，重量不超过25吨至27吨，与之前的34到36吨不宽敞的车厢相比，又有完善的行驶性能。在英国，减轻重量的进展还没有那么大，现代的63英尺6英寸标准的通道车厢每节转变33或34吨的规模。

早期的客车只安装实心缓冲器，并通过铰链联接，使启动和停止对旅客来说是非常忽动忽停的的业务。这种情况随着弹簧缓冲器和螺杆联轴器的出现而改变。后者由用一个螺杆连接的两个环组成，使它可以精确地调整两节车厢之间的距离，缓冲区曲面必须带来刚刚好的接触，给平稳行驶以最大的援助。当最初引进螺杆联轴器时，为了安全起见，第一次认为必需用一对前链联轴器去补充他们，但后者自从被分配已经很长时间了。牵引拉杆的拉力通过弹簧的介质传递到车架，其中有一些保护，尽管不是一个完整的，反对突然的启动。

很多年前就在美国俄亥俄州自动车钩演化而来，这是现在整个美国北部的标准。现在也是英国铁路的标准。该车钩类似于一个有接缝的横向延伸的钢柄，当两者被推到一起时与紧邻的车厢自动接合，通过一个别针的退出来释放。因此一列这样连接的火车是一个连续的铰接装置，这一特点是有价值的，不仅在促进平稳上，而且在碰撞或出轨事件上、在帮助去保护可伸缩的在过去造成许多伤亡的车厢上。

一些以前的铁路采取了特别的措施来保护他们的车厢对抗伸缩的可能性。例如大中央铁路部门，用大量的铸件安装车厢的后端，在形式上像几行横向齿，旨在如果一个车厢的车身推离它的框架时把它吸引住，从而防止它通过下一个车厢的车身前端伸缩。然而，在这段时间中，相当大的关注是放在车厢的车身的设计上，以给予足够的阻力去抵抗破碎。这确实是一个困难的问题，因为这将有可能建造有这样力量的车厢，乘客可能会单独在剧烈的碰撞事件中被杀。目标是，如果可能的话，在造成严重的伤害之前这种危险的力量应该被吸收。在法国和美国的一些现代车厢设计中，一个管状结构结合了车厢的车身和框架，这使得车厢的重量得到了一些改进。

在下面的段落中，详细解释了货运车厢的概念，以帮助了解这一单元。

货运车厢

货车很少都是一样的，它们通常有很多种型号，而且或许有很多种颜色，而且不同种类的货物都有不同种类的车厢。

最常见的车厢是箱式货车，用来运输谷物、杂货、干品、家具、五金、汽车及各类普通商品。这个车厢的车身只不过是一个巨大的盒子，每边都有一个滑门。

箱式货车有各种尺寸。非常大的用于汽车和家具。运载大量散装谷物的车厢除了普通门外必须安装“谷物门”。

铁路运输马、牛、羊等其他活的动物的牲口车厢有厢顶，但两边有漏缝，供给充足的光线和空气。运输猪和羊的牲口车厢通常建有双层甲板，也就是他们在厢顶和车厢底板中间有一个额外的楼层。双层甲板车厢与单层车厢相比可以携带两倍的动物。用于运输鸡、鸭等家禽的牲口车厢覆盖着钢丝网。

液体运费，如石油、酸、葡萄酒或矿泉水，可用箱式车厢运输。大量的液体货物都是用木钢桶运输的，但是当运输大批量的货物时，箱式车厢更经济。箱式车厢是钢制的。在车厢的顶部开有一个圆形的开口，通过该口来加载和排空。车厢底部还有一个阀，通过该阀，车厢中所装的液体可以从中抽出来。

另一种类型的车厢是集装箱车厢。它是一种平板车厢，携带多个可移动的集装箱，集装箱可从车上抬起，然后放在板车或货运卡车上。货物在工厂或仓库被包装在一个集装箱里，集装箱由卡车运送到汽车火车上，由铁路运输，然后用卡车运输到最后的目的地。集装箱车减少了在货运站的装卸工作，减少他们所携带的货物损失和破坏的危险性。

任何一辆货车的重要组成部分是车身和支架。车身是所承载货物的其中一部分。支架由轮子和框架组成，车身安置在其上面。每一辆货车都有两个支架。一个支架有四个或六个轮子。

首辆

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