专利名称：无缝线路钢轨温度力及锁定轨温的测试方法
技术领域：
本发明涉及一种无缝线路钢轨温度力及锁定轨温的测试方法。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为无缝线路钢轨温度力及锁定轨温的测试方法，该方法包括以下步骤(a)、将被测试段钢轨扣件拆去或松开，撤去轨下胶垫，使该段钢轨悬空；(b)、标定被测试段钢轨长度，在钢轨一侧垂直于钢轨施加一个定量的水平作用力，且在钢轨另一侧测量其横向位移；(c)、区别不同轨型，将所测的横向力与横向位移数据，代入钢轨横向位移公式中，经计算即可得知钢轨此时的轴向力，再由轴向力与温度的函数关系，N＝E.αΔt.F得知钢轨的锁定温度，式中N-钢轨温度力，E-钢轨钢的弹性模量，α-钢轨的线膨胀系数，Δt-轨温变化度数，F-钢轨横截面积。
所述的钢轨横向位移公式为δ＝M(cosβ-1)/N+(P/2KN-M/KH)sinβ-PL/4N，式中δ-测点挠度，N-钢轨轴向力，P-测点水平侧向作用力，L-被测试段钢轨长度，H-支座抗弯刚度，M-在P和N作用下支座固端弯距，K2＝N/EI，EI-钢轨抗弯刚度，β＝KL/2；(a)步骤为将被测试段钢轨两端固定，并将两固定端间的钢轨扣件拆去或松开，撤去轨下胶垫，使该段钢轨悬空；同时所述的钢轨横向位移公式为δ＝P[2tg(KL/4)-KL/2]/2KN；式中δ-跨中挠度；P-跨中点水平侧向作用力；L-被测试段钢轨长度；N-钢轨轴向力；其中K2＝N/EI；EI-钢轨抗弯刚度；该方法还包括以下步骤(d)、将被测试段钢轨固定端两侧的各扣件复紧至符合无缝线路经常保养技术标准。
本发明的基本测试原理为当杆件的刚度较小，弯曲变形弹性较大时，杆件在分别受到轴向零作用力、轴向拉力和轴向压力时，其抗横向挠曲的能力明显不同。受轴向拉力时，抗横向挠曲的能力提高；受轴向压力时，抗横向挠曲的能力降低。杆件受轴向力、横向力和产生横向弯曲的函数关系可由下述公式表述δ＝M(cosβ-1)/N+(P/2KN-M/KH)sinβ-PL/4N式中δ-测点挠度，N-钢轨轴向力，P-测点水平侧向作用力，L-被测试段钢轨长度，H-支座抗弯刚度，M-在P和N作用下支座固端弯距，K2＝N/EI，EI-钢轨抗弯刚度，β＝KL/2，根据无缝线路钢轨锁定时的实际情况，将被测试段钢轨简化为一中间自由，两端约束，刚度很大，接近于两端固定的钢构梁，即设梁的两端为固定支座，则上述公式可表述为δ＝P[2tg(KL/4)-KL/2]/2KN；式中δ-跨中挠度；P-跨中点水平侧向作用力；L-被测试段钢轨长度；N-钢轨轴向力；其中K2＝N/EI；EI-钢轨抗弯刚度，近似式为δ＝2PL3/л2(4EIл2-NL2)通过对解的讨论分析，得出在P、L一定的情况下δ与N是密切相关的同时可通过上式计算出梁的失稳条件。我们在梁不失稳的前提下，选取合理的参数，即可用来进行无缝线路的内应力测量。在无缝线路应用上述原理测试，可松动一根钢轨一定长度的扣件，在两端做成固定端，中间加力，并测量矢度变化。通过计算和现场调查，我们选取60kg/m钢轨无缝线路的测量参数如下(1)、测量内应力的范围拉应力331.2KN、压应力量331.2KN，相当于轨温相对于锁定轨温变化-18℃-+18℃所产生温度力，可满足现场春季、秋季和冬季使用，(2)、横向力P取1KN，(3)、长度L取为10m，(4)测量得出钢轨中部的矢度变化范围为2.6-19.6毫米，满足钢轨与螺栓间最小距离的限制。经计算，钢轨内应力N(KN)相对于锁定轨温的变化值Δt(℃)、矢度δ(mm)三者间的关系如下表
测量结果与计算结果基本一致，同时计算表明，Δt由-18℃变为-16℃时，δ变化量Δδmin为0.13mm；而在Δt由16℃变为18℃时，δ变化量Δδmax为5.16mm。即使Δδ为最小值时，每度的变化量Δδ/Δt≈0.065mm，我们取位移计精确为0.01mm，就足够精确了。其精度误差最大值为1℃。
本发明的有益效果是，提供了一种可在实际中应用的比较精确的无缝线路内应力的测量方法，这种方法克服了无缝线路钢轨塑性变形对测量结果的较大影响，它不需要很高精度的测量仪器，造价低廉，操作方法简便易行。可避免断轨、胀轨的发生，保证行车安全，减少事故损失，并可减少不必要的无缝线路应力放散或调整，从而减少大量的工费和材料费消耗，同时可应用于无缝线路内应力变化规律，并据此修改观测分析制度，可节省大量的观测费用，适应提速的客观需要。
实施例1取60kg/m轨作为被测试段钢轨，将其两端固定，并将两固定端间的钢轨扣件拆去，撤去轨下胶垫，使该段钢轨悬空；(b)、将被测试段钢轨固定端两侧的各扣件复紧至符合无缝线路经常保养技术标准；(c)、标定被测试段钢轨长度为10m，测得当时的轨温为25℃，在其中间位置点的一侧垂直于钢轨用液压计施加一个1KN的水平作用力，且在钢轨该点的另一侧用位移计测量该点的横向位移22次，取平均值为4.714mm；(d)、将所测的横向力与横向位移数据，代入钢轨横向位移公式中δ＝P[2tg(KL/4)-KL/2]/2KN；式中δ-跨中挠度；P-跨中点水平侧向作用力；L-被测试段钢轨长度；N-钢轨轴向力；其中K2＝N/EI；EI-钢轨抗弯刚度，经计算可得知即钢轨此时的轴向力为0，再由轴向力与温度的函数关系，N＝19.2Δt得知钢轨的锁定轨温为25℃，式中N-60kg/m钢轨的温度力，Δt-轨温度变化度数。
实施例2与实施例1方法相同，选取钢轨长度为10m，测得当时轨温为25℃，施加侧向力为1KN，测量横向位移7次取平均值为7.22mm，将横向力与横向位移数值代入公式中，计算得出钢轨轴向力为压应力153.6KN，再由轴向力与温度的函数关系，N＝19.2Δt得知钢轨的锁定轨温为17℃。
实施例3与实施例1和2方法相同，选取钢轨长度为10m，测得当时轨温为25℃，施加侧向力为1KN，测量横向位移7次取平均值为9.98mm，将横向力与横向位移数值代入公式中，计算得出钢轨轴向力为压应力219.8KN，再由轴向力与温度的函数关系，N＝19.2Δt得知钢轨的锁定轨温13℃。
多次的试验结果与理论计算值相比较，得出的锁定轨温误差小于1℃，完全符合铁路无缝线路技术要求。
权利要求
1.无缝线路钢轨温度力及锁定轨温的测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤(a)、将被测试段钢轨扣件拆去或松开，撤去轨下胶垫，使该段钢轨悬空；(b)、标定被测试段钢轨长度，在钢轨一侧垂直于钢轨施加一个定量的水平作用力，且在钢轨另一侧测量其横向位移；(c)、区别不同轨型，将所测的横向力与横向位移数据，代入钢轨横向位移公式中，经计算即可得知钢轨此时的轴向力，再由轴向力与温度的函数关系，N＝E.αΔt.F得知钢轨的锁定温度，式中N-钢轨温度力，E-钢轨钢的弹性模量，α-钢轨的线膨胀系数，Δt-轨温变化度数，F-钢轨横截面积。
2.根据权利要求1所述的无缝线路钢轨温度力及锁定轨温的测试方法，其特征在于所述的钢轨横向位移公式为δ＝M(cosβ-1)/N+(P/2KN-M/KH)sinβ-PL/4N，式中δ-测点挠度，N-钢轨轴向力，P-测点水平侧向作用力，L-被测试段钢轨长度，H-支座抗弯刚度，M-在P和N作用下支座固端弯距，K2＝N/EI，EI-钢轨抗弯刚度，β＝KL/2
3.根据权利要求2所述的无缝线路钢轨温度力及锁定轨温的测试方法，其特征在于(a)步骤为将被测试段钢轨两端固定，并将两固定端间的钢轨扣件拆去或松开，撤去轨下胶垫，使该段钢轨悬空；同时所述的钢轨横向位移公式为δ＝P[2tg(KL/4)-KL/2]/2KN；式中δ-跨中挠度；P-跨中点水平侧向作用力；L-被测试段钢轨长度；N-钢轨轴向力；其中K2＝N/EI；EI-钢轨抗弯刚度。
4.根据权利要求1、2或3所述的无缝线路钢轨温度力及锁定轨温的测试方法，其特征在于该方法还包括以下步骤(d)、将被测试段钢轨固定端两侧的各扣件复紧至符合无缝线路经常保养技术标准。
全文摘要
本发明涉及一种无缝线路钢轨温度力及锁定轨温的测试方法，该方法将被测试段钢轨扣件拆去或松开后撤去轨下胶垫，使该段钢轨悬空，然后标定被测试段钢轨长度，在钢轨一侧垂直于钢轨施加一个定量的水平作用力，且在钢轨另一侧测量其横向位移，区别不同轨型，将所测的横向力与横向位移数据，代入钢轨横向位移公式中，计算得出钢轨此时的轴向力，再由轴向力与温度的函数关系，得出钢轨的锁定轨温。该方法克服了无缝线路钢轨塑性变形对测量结果的较大影响，可较精确地测量无缝线路内应力，且方法简单易行。
文档编号G01L1/00GK1442679SQ0210489
公开日2003年9月17日 申请日期2002年3月5日 优先权日2002年3月5日
发明者王建文, 张会银, 李绍明, 敦志增, 王树芝, 阎志强, 陈保生, 于浩, 张明聚 申请人:王建文