火車轟鳴 鐵路軌道的演進過程和未來發展

最早的軌道可追溯到羅馬時代 1767年出現了類似於槽缸的鑄鐵軌 九年後,馬拉車樣鐵路鑄鐵軌出現 它有垂直邊,提高了導向性 兩端支撐在石頭上 1789年,傑索普發明了鑄鐵梁軌和有輪緣的車輪 道路和鐵路開始分離 19世紀初,電鐵技術大發展 出現於富士段鐵軌 到了1830年,隨着鐵路的興建 羅伯特使弟芬森考察了英格蘭生產的鐵軌 他使用通長截面,並設計了鉤頭道釘 道釘頂端一側伸出,固定鐵軌非常方便 經過各種截面的實踐,演變成今天的形狀 它有寬大的底面,方便固定 優良的圓弧過渡,能與車輪很好貼合 節約用鋼,機械強度優秀 人們終於找到了鐵軌截面的最優化答案 鐵軌很多指標是矛盾的 它要有一定的粗糙度來保證摩擦力 但又應當光滑以減少阻力 它要有足夠的剛度,硬度高的同時還要有韌性 這與含碳量有關 而這兩點往往此消彼長,需要恰到好處 猛能提高韌性和彈性 要精確控制元素比例 只有冶金技術足夠成熟後,鐵路的推廣纔有可能 爲抵抗熱脹冷縮 在很長的時期,鐵軌連接處都有縫隙 車輪撞擊鐵軌,發出咣噹咣噹的撞擊聲 火車迷們很喜歡這種有節奏的響聲 它成了火車文化的一部分 但工程師並不喜歡 這意味着鐵軌的磨損 爲了這個縫隙,人們想盡了辦法 熱處理是首先容易想到的 加熱鐵軌的端頭,再噴水淬火,提高連接處的硬度 然後就是改進化學成分,瀝金鑄鐵,鍛鐵,鋼材,合金鋼,稀土元素等 隨着工藝的進步,鐵軌也越來越長 這樣就能減少接縫數量 從起初鑄造時的2米,到舊時的12.5米 現在有25米和50米兩種規格 當今高鐵軌道,出廠時就有100米長 最初鐵路要考慮火車和馬匹並用 爲了給馬流出通道,鐵軌架在方形石塊上 隨着鐵路發展,道牀形式逐漸定型 枕木下面是碎石,將列車重量平均分佈在路基上 施工簡單,彈性優良,它很容易排水,防止木材炮壞 更重要的是能夠吸收噪音和吸熱 這些石頭形狀不規則,可以通過碎裂來吸收火車通過產生的高熱 這種形式應用了百年之久 車輪滾滾,歲月如梭 濃煙滾滾的蒸汽機車變成了內燃機車,又進化成電力機車 技術發展日新月異,軌道的進化也相輔相成 2015年,一段高鐵視頻引起世人驚歎 在時速300公里的京滬高鐵中,一枚硬幣立了9分鐘都沒倒下 它的祕訣來自於無縫鋼軌 它採用高猛鋼,呈現出前所未有的硬度和韌性 頂部添加稀有元素銀,增加接觸面的彈性 還要精確控制碳的含量,對鋼軌的精煉提出極高要求 鋼軌焊接是尖端技術 五根一組,通過焊接機進入強電流融化 焊接成一體,連到500米長 接縫要進行各項檢查,保證焊接質量 還要進行落錘實驗,用自由落體的錘子砸 焊接點沒有裂口才算合格 再運到鋪設地點現場焊接,連成2公里長 由於鐵軌柔度的原因,加上韌性好 現場作業時,鐵軌竟然像繩子一樣柔軟 克服熱脹冷縮問題,需要新的倒牀 傳統的碎石倒牀容易變形磨損 高速火車會引起倒閘飛艦,很危險 現在換用了混凝土倒牀,枕木的材質也換成混凝土 這樣才能裝上高強度的彈性扣件 將無縫鋼軌緊緊地鎖死在軌枕上 鋼軌的溫度變形被限制在最小 同時定期維護,在溫差大的季節 將扣件鬆開釋放硬力 2公里的鋼軌被分成固定區、緩衝區和收縮區 通過精確計算,將變形壓縮到最小 縫隙還有,但它以毫米計算,基本看不見 也不影響列車通行 傳統的輪軌技術進化到這裏,達到了極致 但它不是終點 磁懸浮技術打開了新的科技樹 2003年,上海第一條磁懸浮示範線路開通 它利用電磁力實現列車懸浮 鐵軌消失了,代之以佈滿導線磁鐵的導軌 也不用考慮摩擦力和鐵軌磨損了 列車貼着導軌飛行,只考慮空氣阻力就行 速度達到400公里以上 2022年,中車集團發佈了時速600公里的磁懸浮系統 這是陸地上最快的交通工具 200多年前,隆隆作響的蒸汽機車完成了民族國家的整合 100多年前,美國理論家馬漢提出海權論 其爭奪海上主導權的觀點盛行百餘年而不衰 同時期,英國地理學家麥金德提出陸權論 雖然冷戰結束和蘇聯解體,使得陸權論受到質疑 但它仍具有重要的意義 高鐵給陸權論以全新的內涵 成了中國製造業的一張名片 也成爲一帶一路的強大助力