 1825年9月27日，英国工程师G·斯蒂芬森发明的蒸汽机车在英国斯特克顿——达灵顿铁路上的行驶成功，揭开了铁路运输的序幕。从此，火车成了一种很好的远距离交通运输的工具。 火车自诞生之日起就行驶在钢轨上，这样不仅能保证火车顺着钢轨的方向平稳行驶，而且还能节约能量、提高效率。钢轨都是固定在枕木上，而枕木又是铺设在道砟上的。钢轨铺设为什么有这么多讲究？ 我们先来看看钢轨是怎样发明的。 自从有了轮子，人们就制成了带轮子的车子。车子使用一段时间后，人们发现，车轮和路面越坚硬，车轮运动起来就越省力。所以，在很早的时候，人们就知道用坚硬的石头铺路了。 也许是受古罗马和希腊人用坚硬石头铺设城市街道的启示，人们在铺设道路时，只在车轮经过的地方铺设石头，于是就有了轨道的雏形。为了克服轨道的凹凸不平，古希腊人就在石铺的街面上凿出错车道来。 后来，把石铺的轨道改为硬木架横木（相当于现在的枕木）做成的轨道，并将马车的车轮挖成凹形，使它正好嵌在木轨上，以免脱轨。为了弥补木轨容易磨损的缺陷，人们就用铁轨代替木轨，铁轨便产生了，并把火车行驶的轨道叫做铁路，尽管后来用钢轨代替了铁轨。 于是，世界上第一条铁路出现了。它就是英国在1825年修建的斯特克顿——达令顿铁路。 说到了钢轨，请大家注意了，铁路上的两条钢轨之间的垂直距离，也就是轨距，是固定的。现在国际上通用的标准轨距离为1435mm，这是国际铁路协会于1937年作出的规定。原因之一是为了纪念“铁路之父斯”斯蒂芬森。他发明的蒸汽机车第一次行驶的铁路的轨距是1435mm。 当时铁路的轨距为什么设计成1435mm呢？原来，英国早期的铁路是由制造有轨电车的人设计的，英国有轨电车的车距就是1435mm。而设计有轨电车的人原来是造马车的，这个尺寸和马车的车轮距离是一样的。马车为什么要用1435mm作为轮距的标准呢？这是古罗马人定的。在罗马，牵引一辆战车的两匹马的屁股的宽度就是这个数值。 很有趣吧。今天世界上最先进的运输系统的设计，在2000多年前已经由两匹马的屁股宽度决定了。 更有趣的是在美国航天飞机燃料箱的两旁，有两个火箭推进器，工程师们总想把它们做的胖一些，使它们的容量大一些，但是不行！因为这些推进器造好后，要用火车从工厂运到发射点，路上要通过一些隧道，而这些隧道的宽度只比火车轨道宽了一点。 火车是沿着两条平行的钢轨行驶的，由于铁路的轨距是固定的，所以火车左右两边同轴的两个有轮缘的火车轮间的距离也是固定的。同时，铁路的轨距和火车的轮距正好相互吻合，只是在铁路转弯处，轨距才稍微加宽，以免火车出轨。这样，在火车行驶的过程中，它的轮子在钢轨上滚动，并且贴的非常紧，它会随着铁轨的起伏而起伏。如果钢轨不平，火车的车厢就会出现较大的颠簸和摇晃，甚至有可能出现脱轨现象。 钢轨为什么不铺在地面上？ 火车的载重量是非常大的。火车车身很笨重，加上很大的载重量，火车的重力是很大的，火车车轮对支持面的压力就是很大的。如果把钢轨直接铺在路面上，火车轮与地面相接触面积是非常小的，火车对地面的压强是非常大的，这个压强远远超过了路基表面所能承受的最大压强，地面会沉陷下去，钢轨也会因此而变得不平整。 有了枕木，就可以将钢轨钉在枕木上，增大了钢轨与地基面的接触面积，从而减小了地面受到火车对它的压强，但由于火车和它所承载的货物太过沉重，把枕木直接铺在地基上，火车对地面的压强仍会超过地面承受的最大压力，地面沉陷的现象时有发生。同时还出了一个新的问题，枕木不容易固定，钢轨很容易在上面倾斜。 经过一段时间的研究，人们使用道砟——铺设在路基上的碎石子解决了上面的两个问题。 在路基面上铺设道砟后，枕木就不再直接铺在地面上了。这时，把钢轨钉在枕木上后，火车在上面行驶的时候，通过钢轨、枕木、道砟对地面施加压力时，尽管地面受到的压力不变，但受力面积却增大了许多。从而使地面受到的压强明显减小了，地面将不会再出现塌陷的现象了。 道砟还使钢轨的弹性更强，这在一定程度上减缓了火车对钢轨的冲击。而组成道砟的碎石子，在枕木随钢轨运动的时候，由于重力作用自动落在枕木下，填充到枕木下方的最低点。在枕木向下运动的时候，被枕木挤到它的两旁。这样，道砟在铁轨的一上一下的运动中，不断的进行填充和被挤出去，保证了枕木具有一定的高度，确保铁轨的平整。同时，枕木周围布满这些碎石子，还能防止枕木因火车经过带来的震动使前后左右移动。 另外，碎石子的渗水性强。它在下面的时候，道砟会很快的将枕木周围的水排走。即使有积水，由于枕木在道砟的上面，位置较高，水不会浸泡到枕木，枕木也就不容易腐烂。 总而言之，在铺设火车路时，既要把钢轨钉在枕木上，又必须把枕木铺设在道砟上。看起来既废料又繁琐，花费了更多的人力和更大的财力，但这样能保证钢轨因此而平整，使火车安全，平稳，高速的行驶。 这就是钢轨不直接铺设在地面上的道理。（作者：牛云景） |
