小知识 | 钢轨发展史

钢轨是指用来铺设轨道的钢条，横断面形状像“工”字。它虽说只是窄窄的两根钢条，却是铁路轨道的主要组成部件，它是直接承受着机车车辆车轮的重复和冲击载荷，也是保证火车安全、平稳、快捷运输的基础。

那么，今天我们就来说一说钢轨发展的故事。

想了解钢轨，就必须先知道轨道的历史。世界上最早的轨道发现于西方国家。西方国家留存下来关于轨道的最早证据，是从罗马尼亚中部特兰西瓦尼亚16世纪煤矿遗址中找到的矿车和木轨。尽管它极其原始，但我们依然不难发现今天最先进铁路轨道系统的原理。

直到欧洲工业革命开始之前，轨道都是采用长的木材制成，这些木材宽约几英寸，在木轨道的下方，每隔两到三英尺会横向放置一段木头做枕木，枕木主要用来固定木轨，使其保持规定的宽度。其上方行驶的车轮也是木制的，那个时候人们还不能大规模地生产钢铁，铁是很贵的材料。

木质轨道很容易磨损，后来人们在它的表面贴上薄薄的长铁片，用钉子固定在轨道上，这样不仅能延长轨道使用寿命，还可以减少摩擦阻力，这便是最原始的铁轨。

铁轨的好处显而易见，但它同时也加快了木头车轮的磨损。18世纪中期人们将车轮换成铁轮子后又发现，木头的铁轨并不能很好地承重，它会被压弯，并且铁片会翘起来造成事故。加上炼铁技术的进步降低了铁的成本，于是在1767年木头轨道被换成了铸铁轨道。

上图1831年生产的铸铁轨道长约1.8米，呈鱼腹形，横断面是L形，这些设计都可以增加强度，轨道的两端可以固定在枕木上。用这种铸铁轨道铺成的铁路被称为“板式铁路”，它主要用于连接煤矿、铁矿和炼铁厂。

板式铁路比木头轨道进步了很多，但它的缺点也很明显：它的接头太多了，这些接头是最容易松脱的薄弱之处。随着铁冶炼技术的进步，人们需要一种更长的铁轨来取代板式铁路，于是在蒸汽机车出现后，由锻铁制造的带式铁轨开始取代老式的板式铁路。

1831年，英国人发明了“法兰T形铁轨”同时英国人还发明出一种双头铁轨，当一面磨损后，还可以反过来再用。当然，T形铁轨下端很小，需要用专门的金属底座才能固定，这无疑增加了成本。

1839年，用于连接英国伦敦和克罗伊登铁路的Vignoles铁轨是工字形的，它可以使用道钉很方便地固定在枕木上：

在1840年建设的伯明翰和格洛斯特铁路，Vignoles铁轨横截面变成了下图的样子。

1849年，威廉·亨利·巴洛发明了Barlow轨道，它很简洁，可以比较方便地固定在枕木上，缺点是强度不高。

比铁轨更坚硬的钢轨在1857年被制造出来，相比于铁而言，钢是一种更坚固的材料，它的寿命更长，并且可以被制成更长的轨道。

在上面这些轨道被陆续发明和使用之后，钢轨逐渐演变成今天我们熟悉的形状。它有宽大而平整的底面，可以很方便地固定在枕木上；它的上端面有优良的圆弧过渡，可以与车轮的斜面很好贴合，这继承了Barlow轨道的优点；它是T形铁轨和“工”字形铁轨的结合，拥有优秀的机械结构强度；同时受益于材料学的进步，它在用钢量上做到了最节省。