火車在行駛時(shí)，為什么要不斷往鐵軌上噴灑沙子？原來這么重要

你坐火車出過門吧，有沒有留意過鐵軌縫隙里偶爾能看到的沙子？不少人覺得這就是修路留下的建筑垃圾，沒人會(huì)多瞧一眼。可你絕對(duì)想不到，這不起眼的小沙子，居然是保證幾千噸列車安全行駛的關(guān)鍵，甚至我們現(xiàn)在坐高鐵聽不到的老火車"噠噠聲"，也跟它脫不開關(guān)系。

上千噸的重載貨車，壓在幾十對(duì)車輪上，你知道每只車輪和鋼軌真正接觸的地方多大嗎？攤開了還沒一塊一元硬幣大。本來就是光溜溜的鋼碰鋼，下點(diǎn)雨落幾片樹葉，摩擦力直接掉一半，輪子原地空轉(zhuǎn)，車身半分都動(dòng)不了。

機(jī)車上早就備好了專門的砂箱，管口對(duì)準(zhǔn)車輪前的鋼軌，需要的時(shí)候就把烘干篩好的石英砂吹出來，墊在輪軌之間。它也不是一路不停瞎撒，只有起車?yán)刎洝⑸掀麓蚧⒂暄┨炀o急剎車這種關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)才會(huì)噴兩下。

砂子顆粒大小也有講究，太粗了墊不均勻，太細(xì)了成粉被風(fēng)吹走，受潮結(jié)塊還會(huì)堵住噴口，所以出庫前必須烘干過篩。撒多了也不行，砂子會(huì)隔開輪軌的電流，信號(hào)系統(tǒng)找不到列車位置，還會(huì)加快輪箍和軌面的磨損，得不償失。

干鋼軌上鋼和鋼的摩擦力本來就有限，遇上雨、霜、落葉，直接掉一大截，幾千噸的大家伙全靠這層砂子才能停得住、走得動(dòng)，換別的法子不管是成本還是可靠性，都過不了關(guān)。

其實(shí)沙子在鐵路上還有另一個(gè)更重要的作用，很多人都不知道。我們爸媽輩坐老火車，總能聽到窗外"噠噠噠"的節(jié)奏聲，現(xiàn)在坐高鐵根本聽不到，這變化其實(shí)就跟沙子有關(guān)系。

最早的鋼軌只有十來米長，運(yùn)到現(xiàn)場一段段拼起來，中間必須留小縫。這不光是為了留熱脹冷縮的空間，車輪軋過就會(huì)發(fā)出標(biāo)志性的噠噠聲。可這縫帶來的麻煩也不少，接縫處鋼軌會(huì)微微下沉，列車走起來晃，車輪磨損不均勻，振動(dòng)還會(huì)傳到道床，養(yǎng)路工人得沒完沒了緊螺栓換配件。

后來有學(xué)者發(fā)現(xiàn)了鋁熱反應(yīng)，常見的鐵銹和鋁粉碰到一起，能反應(yīng)生成純凈的液態(tài)金屬。一開始這個(gè)反應(yīng)只用來在野外修沒法運(yùn)回工廠的重型機(jī)械，沒人想到能用來焊鋼軌。

那個(gè)年代的鐵路管理者根本不覺得縫是問題，反而覺得縫是必須留的。露天鋼軌冬天縮夏天脹，全焊死的話溫度升高伸長了沒地方去，直接拱起來脫軌，誰敢提焊整根鋼軌那就是瞎搞。

后來城里的電車軌道先忍不住了，電車軌道嵌在街面上，噠噠聲太吵了，最先開始嘗試焊接鋼軌。

焊接鋼軌那講究可太多了，不是把兩頭往一起一拼就完事。焊接得選鋼軌的中性溫度，就是這段軌既不受拉也不受壓的溫度，德國夏天白天軌溫太高，工人都得等夜里降溫了才干活，一晚上能焊上百個(gè)焊點(diǎn)。

新鋪的鋼軌兩頭本來頂在一起，第一步反而要切開，鋸掉兩厘米多，騰出縫隙灌鋼水。接下來就是對(duì)軌，這步最磨人。

兩根軌都得朝著縫口微微翹起來一點(diǎn)，因?yàn)橐簯B(tài)鋼冷卻會(huì)收縮，會(huì)往里頭拽，提前翹好，冷卻完剛好齊平。垂直方向調(diào)完調(diào)水平，水平調(diào)完垂直又歪了，外行干一晚上都不一定調(diào)得好，熟練工人幾下就能擺平。

對(duì)好軌裝完夾具，就該用到沙子了，這個(gè)時(shí)候沙子要用來封縫。這里用的不是普通噴軌的石英砂，是含黏土多的砂子，工人要跪在軌枕邊，用手把沙子糊在接縫四周，再用腳踩實(shí)，一點(diǎn)空隙都不能留。

不然流動(dòng)性像水、密度是水八倍的液態(tài)鋼，直接就從縫隙漏出去了，這活就白干了。

接下來要預(yù)熱，這步幾乎決定成敗。一來要把模具里的水分和揮發(fā)物趕干凈，鋼水澆進(jìn)去才不會(huì)鼓氣泡，二來要把軌端燒到高溫，不然常溫鋼軌會(huì)瞬間把鋼水抽涼，直接報(bào)廢。

溫度夠了就點(diǎn)火引燃鋁熱劑，反應(yīng)生成熔融鋼水和熔融氧化鋁，氧化鋁密度小浮在上面，鋼水先流到模腔底部，不會(huì)混渣。

等個(gè)兩分多鐘就可以拆模具，多余的鋼用二十噸力的剪切機(jī)切掉，邊角敲掉之后再用砂輪打磨，先粗磨再細(xì)磨，磨到跟原軌面完全齊平才行，不然列車過來就會(huì)顛一下。

焊好的焊縫還要定期抽檢，每焊夠兩百個(gè)就抽一個(gè)做試驗(yàn)，切下來泡酸里看紋理，測硬度和強(qiáng)度。有意思的是，整條焊縫最薄弱的地方不是新澆的鋼水，而是被焊接烤過的老鋼軌熱影響區(qū)，哪怕工藝再成熟，這個(gè)規(guī)律都沒變。

現(xiàn)在全世界一年要做兩百萬次左右鋁熱焊接，每個(gè)焊縫補(bǔ)上兩厘米多的鋼軌，一年加起來就是幾十公里的新鐵路。每個(gè)熟練班組焊一個(gè)焊縫要忙半個(gè)多小時(shí)，工人一晚上重復(fù)上百遍同樣的動(dòng)作，沒有乘客會(huì)記得他們?cè)谀亩武撥壋鲞^力，可少一個(gè)合格焊縫都不行。

那大家肯定會(huì)好奇，把鋼軌全焊成一整根，夏天為什么不會(huì)拱起來呢？其實(shí)解決辦法說穿了也簡單，就是利用應(yīng)力抵消變形。溫度升高鋼軌想要伸長，軌枕扣住、道砟壓住，伸不出去就把應(yīng)力分散到軌頂兩側(cè)，那點(diǎn)余量根本不算事。

現(xiàn)在修鐵路還會(huì)把中性溫度定得偏高一點(diǎn)，畢竟冬天收縮拉裂比夏天膨脹拱彎好處理，裂了能直接測出來，拱彎得人一段段找，換誰都愿意選前者。

咱們國家的高鐵更是把這套工藝玩明白了，基地先焊成五百米一根，運(yùn)到現(xiàn)場再焊成整段長軌，鎖定軌溫按當(dāng)?shù)貧夂騿为?dú)定。所以我們坐高鐵才會(huì)感覺杯子里的水都不晃，能跑三百多公里還穩(wěn)得不行，養(yǎng)路工作量也降了一大截。

說來說去，沙子在鐵路上就干兩件事。一鍵噴在輪軌底下，讓鋼能咬得住鋼，解決摩擦力不夠的問題。一件被工人糊在接縫邊，封出空間焊鋼軌，解決熱脹冷縮躲不開的問題。

鐵路這行當(dāng)真沒什么玄乎的黑科技，都是對(duì)著物理規(guī)律一點(diǎn)點(diǎn)想辦法，一筆筆把賬算清楚，才有了我們現(xiàn)在安安穩(wěn)穩(wěn)的出行。原來那陪伴幾代人的噠噠聲，就是被這一點(diǎn)點(diǎn)沙子、一個(gè)個(gè)焊縫悄悄換掉的，很少有人會(huì)想到這里。

參考資料：中國鐵路 鐵軌上的砂子學(xué)問