專利名稱：：無縫線路鋼軌縱向力測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于鐵道工程
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：無縫線路鋼軌的受力情況比較復(fù)雜，除受列車動荷載、制動力的作用外，在軌溫變化幅度較大時，鋼軌會受到巨大的溫度力作用，橋上無縫線路還要受到橋梁的伸縮和撓曲變形引起的伸縮力和撓曲力的作用，在這些力的作用下，鋼軌在薄弱地段會產(chǎn)生瞬間變形，甚至引起脹軌跑道或斷軌，嚴(yán)重影響列車運行的安全。因此，及時準(zhǔn)確的測量無縫線路鋼軌內(nèi)的縱向力，保證無縫線路的穩(wěn)定和行車的安全，一直是鐵路工務(wù)部門的重要工作。為了能準(zhǔn)確地測量無縫線路的縱向力，近年來國外學(xué)者一直在從事這方面的研究。人們根據(jù)不同應(yīng)力下鋼材的變形規(guī)律、磁導(dǎo)率變化規(guī)律、振動特性規(guī)律等，試圖研究一種直接測量鋼軌溫度內(nèi)力的方法，如形變儀法、觀測樁法、測標(biāo)法、位移法、x射線法、超聲波法、磁彈性法、磁噪聲法等等。這些方法在理論上都有一定的依據(jù),但在實際工作中，由于受測量時間、測試工藝的影響，這些研究成果一直沒有達(dá)到普及實用的程度。如形變儀法由于儀器和測點的接觸無法準(zhǔn)確定位等原因，實際測量精度較低；觀測樁法雖然目前還廣泛應(yīng)用，但它依賴原鎖定軌溫的準(zhǔn)確與穩(wěn)定，且這種方法并不能給出實際的鎖定軌溫；而X射線法、超聲波法、磁彈性法和磁噪聲法等多受鋼軌局部的微觀結(jié)構(gòu)、殘余應(yīng)力和表面狀況等因素的影響，因此在實際應(yīng)用中并不理想。本發(fā)明通過建立無縫線路軌道模型來分析鋼軌內(nèi)縱向力變化時橫向力作用及相應(yīng)橫向位移的變化規(guī)律，最終通過對鋼軌橫向位移的測量實現(xiàn)對鋼軌縱向力的精確測試。
發(fā)明內(nèi)容首先建立無縫線路軌道的受力模型，解平衡微分方程，從而找到測點橫向位移少^與縱向力W的關(guān)系，對鋼軌施加橫向力，通過對鋼軌橫向位移的測量實現(xiàn)對鋼軌縱向力的精確測試。(一)考慮鋼軌中有縱向壓力的情況鋼軌受縱向壓力和橫向力作用計算模型見圖1，對AC段09《/2，列鋼軌撓曲微分方程血2令^！其中，E為鋼軌彈性模量，I為慣性矩。解上述微分方程，并考慮邊界條件，得(1)(2)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>當(dāng)x-〃2時，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中，/為鋼軌計算長度。(二)考慮鋼軌中有縱向拉力的情況鋼軌受縱向拉力和橫向力作用計算模型見圖2，對AC段0ScS//2,列鋼軌撓曲微分方程<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>解上述微分方程，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>并考慮邊界條件，得:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中，JW,為加載點的實測位移。(三)不計鋼軌縱向力的情況不計縱向力的鋼軌撓曲微分方程為:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>(8)式的解為:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>當(dāng)xW/2時，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中，yw為鋼軌撓度臨界值。表1為根據(jù)(10)式計算得到的不同橫向力作用下鋼軌撓度的臨界值乂wJ附W(其中取^^2^V,『=4&見『=6^V,『-l(M:iV,)。圖3為橫向力『-10M^，/=3.6w,p60鋼軌分別受拉、壓力作用時，不同軌溫對應(yīng)的鋼軌最大撓度。從圖中可看出，鋼軌受拉力時，鋼軌撓度均小于臨界值；反之，鋼軌受壓力時，鋼軌撓度均大于臨界值。表l不同橫向力作用下鋼軌撓度的臨界值<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。1、選擇待測無縫線路區(qū)段，松開一惻若干根軌枕上的鋼軌扣件螺栓，并用限位器固定其相鄰兩端的的鋼軌；2、反力架[5]固定在松開扣件螺栓的鋼軌的另一側(cè)的鋼軌扣件螺栓上，千斤頂[3]安裝在反力架[5]上，頂在松開扣件螺栓的鋼軌上，同時在千斤頂上安裝位移傳感器[l]和壓力傳感器[2];3、將千斤頂[3]橫向逐漸加力至表1所述的橫向力(如^^2/UV、『=10^V),同時測量加載點的位移，重復(fù)本步驟數(shù)次，取算術(shù)平均值作為最終的位移值;^/m—;4、根據(jù)施加的橫向力，查表l,得到對應(yīng)的撓度臨界值》w,—。(1)若JW々c,表明鋼軌受壓應(yīng)力作用，將^,代入(4)式，解方程得到&;(2)若細(xì)、"表明鋼軌受拉應(yīng)力作用，將細(xì)代入(7)式，解方程得到A;5、將步驟4所得k值代入(2)式，計算出縱向力l本發(fā)明原理簡單、測量精確，是鐵路工務(wù)部門判斷無縫線路穩(wěn)定性、確定鎖定軌溫的實用有效方法，本發(fā)明能為我國鐵路線路狀態(tài)評定、線路的養(yǎng)護(hù)與維修提供重要的技術(shù)支持。圖1為鋼軌受縱向壓力和橫向力作用計算模型?！?為單根鋼軌的抗彎剛度，/為鋼軌計算長度，『為作用在鋼軌上的橫向集中力，W為鋼軌中的縱向壓力。圖2為鋼軌受縱向拉力和橫向力作用計算模型。五/為單根鋼軌的抗彎剛度，/為鋼軌計算長度，『為作用在鋼軌上的橫向集中力，^為鋼軌中的縱向拉力。圖3為不同軌溫時鋼軌的最大撓度(『=10^V，/=3.6m,p60鋼軌)。圖4為無縫線路鋼軌縱向力測量裝置，其中l(wèi)為位移傳感器，2為壓力傳感器，3為千斤頂，4為限位器，5為反力架。具體實施例方式本發(fā)明將通過以下實施例作進(jìn)一步說明。實施例。在待測無縫線路區(qū)段(P60鋼軌)，松開一側(cè)5根軌枕上的鋼軌扣件螺栓，按圖4安裝加載設(shè)備、測力傳感器和位移傳感器，在測區(qū)兩端的軌枕上加裝限位器。用千斤頂逐漸加載橫向力到『=/欣見同時測量加載點的位移》e"mm,。若5次測量的結(jié)果分別為y咖,=1.439mw;y,M,2=1.438mm;ytes,3=1.436mw;yto,4=1.437wm;y,m5=1.440wot。其平均值y她=l.438wm。查表1，因為乂,^尺,=9.0046mm，表明鋼軌受拉應(yīng)力作用，將》'■代入,解方程得到:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>帶入方程尸=^得鋼軌中的縱向力iV=6.24iQV。權(quán)利要求1、一種無縫線路鋼軌縱向力測量方法，其特征是，按以下步驟(1)選擇待測無縫線路區(qū)段，松開一側(cè)若干根軌枕上的鋼軌扣件螺栓，并用限位器[4]固定其相鄰兩端的的鋼軌；(2)反力架[5]固定在松開扣件螺栓的鋼軌的另一側(cè)的鋼軌扣件螺栓上，千斤頂[3]安裝在反力架[5]上，頂在松開扣件螺栓的鋼軌上，同時在千斤頂上安裝位移傳感器[1]和壓力傳感器[2]；(3)將千斤頂[3]橫向逐漸加橫向力，同時測量加載點的位移，重復(fù)本步驟，取算術(shù)平均值作為最終的位移值ytest；(4)根據(jù)施加的橫向力對應(yīng)的撓度臨界值ycrit(i)若ytest＞ycrit，表明鋼軌受壓應(yīng)力作用，將ytest代入下式，解方程得到k；<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>y</mi><mi>max</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mi>W</mi><mrow><mn>2</mn><mi>EI</mi><msup><mi>k</mi><mn>3</mn></msup></mrow></mfrac><mo>[</mo><mi>tg</mi><mrow><mo>(</mo><mfrac><mi>kl</mi><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mfrac><mi>kl</mi><mn>2</mn></mfrac><mo>]</mo></mrow>]]></math></maths>(ii)若ytest≥ycrit，表明鋼軌受拉應(yīng)力作用，將ytest代入下式，解方程得到k；<mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>y</mi><mi>max</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mi>W</mi><mrow><mn>2</mn><mi>EI</mi><msup><mi>k</mi><mn>3</mn></msup></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><mfrac><mi>kl</mi><mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><msup><mi>e</mi><mrow><mo>-</mo><mi>kl</mi></mrow></msup></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msup><mi>e</mi><mrow><mo>-</mo><mi>kl</mi></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths>(5)將步驟(4)所得k值代入下式，計算出縱向力N<mathsid="math0003"num="0003"><math><![CDATA[<mrow><msup><mi>k</mi><mn>2</mn></msup><mo>=</mo><mfrac><mi>N</mi><mi>EI</mi></mfrac></mrow>]]></math></maths>其中，E為鋼軌的彈性模量，I為慣性矩，l為鋼軌的計算長度。全文摘要一種無縫線路鋼軌縱向力測量方法，屬于鐵道工程
技術(shù)領(lǐng)域：
，步驟為選擇待測無縫線路區(qū)段，松開一側(cè)若干根軌枕上的鋼軌扣件螺栓，并用限位器固定其相鄰兩端的鋼軌；反力架固定在松開扣件螺栓的鋼軌的另一側(cè)的鋼軌扣件螺栓上，千斤頂安裝在反力架上，頂在松開扣件螺栓的鋼軌上，同時在千斤頂上安裝位移傳感器和壓力傳感器；用千斤頂逐漸加載橫向力，同時測量加載點的位移，重復(fù)，取算術(shù)平均值作為最終的位移值y<sub>test</sub>；根據(jù)施加的橫向力對應(yīng)的撓度臨界值y<sub>crit</sub>，計算出縱向力N；本發(fā)明原理簡單、測量精確，是鐵路工務(wù)部門判斷無縫線路穩(wěn)定性、確定鎖定軌溫的實用有效方法，本發(fā)明能為我國鐵路線路狀態(tài)評定、線路的養(yǎng)護(hù)與維修提供重要的技術(shù)支持。文檔編號G01L1/00GK101660958SQ200910186080公開日2010年3月3日申請日期2009年9月22日優(yōu)先權(quán)日2009年9月22日發(fā)明者劉林芽,張鵬飛,雷曉燕申請人:華東交通大學(xué)