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鋼軌

Rail

Updated 3,December 2000

鐵路軌道的主要組件

[A] 彈性扣件(Pandrol Clip): 用來把軌條緊扣在枕木上。

[B] 承托物(shoulder): 作用是把扣件固定於枕木上。

[C]、[D] 彈性墊板(rail pad): 使鋼軌與枕木之間互相絕緣 , 避免

鋼軌漏電 , 並且能夠增加軌道彈性。

[E] 軌條(rail): 給車輪在其行走之用。

各組件的原理

「工」字型斷面鋼軌 : 在最初發明工字型鋼軌時 , 是為了方便在

軌頭受到磨損時只需把鋼軌倒置後便可即時使用 , 但後來發覺當

軌頭磨損時 , 軌底已因為時常跟枕木磨擦而受損 , 後來鋼軌經過

多番改良 , 但仍保留「工」字型的設計 , 原因是工字型的設計能夠

承受重壓。

國際鐵路協會標準軌條 : 軌條型號凡以「UIC」開頭者 , 均為國

際鐵路協會 (International Railway Association) 所推薦的軌條 , 而他

們所推薦的標準軌條 , 計有 UIC 54 及 UIC 60 兩種 , 這兩種軌條 ,

其特性為軌頭厚以及軌底寬度適中。而且軌頭厚的軌條因為耐磨 ,

所以壽命也較長 , 適用於班次頻密的鐵路系統。另外 , 軌底寬的

軌條為軌枕或墊板提供足夠的承壓面積 , 並同時使軌條更加穩定。

Model	UIC 60	UIC 54	BS 90A
Unit Weight	60.34 kg/m	54.43 kg/m	90.76 lb/yd
Sectional Area	7686 mm(2)	6934 mm(2)	5735 mm(2)
Height	172 mm	159 mm	142.8 mm
Width (rail bottom)	150 mm	140 mm	127 mm
Width (rail head)	72 mm	70 mm	66.7 mm
Thickness of rail head	51 mm	49.4 mm	46.04 mm

各款型號軌條的規格表

各種型號軌條所使用的地方 :

UIC 60 : 機場鐵路、地鐵港島線、觀塘線東區海底隧道段、西鐵

UIC 54 : 東鐵、輕鐵

BS 90A : 地鐵市區線、各地鐵車廠

彈性扣件 : 因為扣件能藉本身之彈性令鋼軌時刻保持原位 , 使鋼

軌不易因大量列車運行導致移位 , 從而減少維修費用。另外 , 彈性

扣件不但能夠有效地防止鋼軌爬行及傾側 , 而且易於維修 , 並比一

般鋼軌扣件更為可靠和安全。

雖然香港鐵路的大部分路段均採用Pandrol Clip , 但是在機場鐵路和

輕鐵第二期及以後的路軌就改用了較新型的 Pandrol 'e' Clip。

Pandrol clip(左) 及 Pandrol 'e' clip(右)

實驗

「工」字型斷面鋼軌為何能承受重壓 ?

首先 , 我們在橡皮擦上畫上A , B , C三條線分別代表上、中、下

三部分(Fig.1)。

跟著我們把橡皮壓彎來模擬列車駛過時所產生的壓力(Fig.2) ,

現在 , 我們可以看到A線變短 , C線變長 , 而B線的長度則沒多大

改變。由此可知 , 當鋼軌受壓時 , 鋼軌的上部和下部受著最大的

力 , 所以在設計鋼軌時應將鋼料盡量集中在上下兩部分 , 而鋼軌

中部受力最少 , 所以用那裏的鋼料也就最少。鋼軌就是靠這設計

而能夠承受重壓的了(Fig.3)。

軌條斷面形狀的其他要求 :

軌條踏面(running surface)須有足夠寬度 , 並使車輪踏面與軌條踏面

成最有效之接觸 , 盡量減少踏面所受之壓力 ;

軌條腹部和底部須有足夠厚度 , 以便能夠負荷列車重量 , 並應有合

理盈餘 , 以備銹蝕 ;

軌條應有適當之橫向抗彎力矩 , 以抵抗橫向推力 ;

為平衡穩定起見 , 軌條的重心 , 應近於其高度之中心點。同理 , 軌

條高度與其底寬之差也不能太大 , 以防止軌條傾倒。

為使車輪容易滾動 , 並確保應力均勻分佈於軌條斷面 , 斷面上所有

轉角點應為圓角 , 並盡可能採用較大之半徑。

為何彈性扣件能把鋼軌保持原位?

把兩個彈弓裝在木方兩側 , 然後把它放在U形槽中 , 如下圖 :

木條代表鋼軌 , 彈弓代表扣件。用手把木條左右震動代表列車

行駛所產生之震動 , 「列車」駛過後 , 就算「鋼軌」移位 , 也會

依彈弓之彈性而回復原位。

鋼軌扣件在設計上的其他要求 :

應能夠有效防止軌條向兩側移動 , 並防止軌條傾倒 ;

能減低枕木所受的震動 ;

耐用不易銹蝕。

向內傾側的鋼軌

大家若有細心留意的話 , 會發現軌道上的兩邊軌條 , 是向內略作傾

側的 , 如下圖所示 :

我們都知道 , 火車的車輪踏面是傾斜的 , 向內傾側的軌條正好可以

使它的頂部踏面與輪緣互相垂直。其優點是車輪的向下壓力 , 能夠

垂直地傳播到軌條上 , 使軌條受壓時無向內傾側之趨向 ; 而且鋼軌

的受力位於軌條中心 , 使磨損不會集中於軌道一邊 , 從而增加軌條

之壽命。