鐵路鋼軌動應(yīng)力隨速度增加變化試驗(yàn)

高速化、重載化一直是鐵路運(yùn)輸追求的目標(biāo)，列車不斷提高運(yùn)行速度，鋼軌在高速列車荷載作用下，動應(yīng)力的變化已成為很重要的問題。而本文就是通過現(xiàn)場測試和數(shù)據(jù)分析得出高速列車荷載作用下鋼軌動應(yīng)力隨行車速度增加的變化規(guī)律和鋼軌動力系數(shù)的計算公式，以及線路的平順性狀況。

測試方法及儀器

采用電阻應(yīng)變法進(jìn)行現(xiàn)場測試，在鋼軌上粘貼應(yīng)變片，連成惠斯通電橋，電阻應(yīng)變片感應(yīng)鋼軌在列車動荷載作用下的應(yīng)變，使電橋失去平衡，輸出電壓到動態(tài)電阻應(yīng)變儀；不平衡電壓經(jīng)過動態(tài)電阻應(yīng)變儀的放大處理，輸入到數(shù)據(jù)采集儀中；在采集儀中實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，將電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)值信號；然后計算機(jī)通過采集軟件將數(shù)值信號的數(shù)據(jù)記錄下來，完成測試工作。*后再通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得出結(jié)論。

所用的儀器為JHDY-32動態(tài)電阻應(yīng)變儀，*高能同時完成32個通道的動態(tài)采集工作，其配套的軟件可自動完成數(shù)據(jù)的采集及分析處理。

測點(diǎn)布置：本次試驗(yàn)共選五個鋼軌測點(diǎn)，沿線路縱向布置。每個測點(diǎn)有兩個應(yīng)變片對稱地貼在鋼軌橫斷面形心的兩側(cè)，和另外兩個溫度補(bǔ)償片一起組成全橋橋路。

測試結(jié)果及分析

1.實(shí)測波形

典型的鋼軌動應(yīng)力波形上的*值點(diǎn)即是了列車對經(jīng)過該測點(diǎn)的動應(yīng)力響應(yīng)。列車輪對*心經(jīng)過測點(diǎn)之后，測點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)馬上就恢復(fù)原狀，所以*值之間的波形往往近似直線，動應(yīng)力基本上是*，倘若在規(guī)則的*值點(diǎn)之間出現(xiàn)*值，必定是無效的干擾信號。

在實(shí)際測量中，列車的噪聲信號以及沿線高壓輸電線路產(chǎn)生的電場影響往往混入原始信號，給后期的數(shù)據(jù)處理是通過濾波處理，去趨勢等軟件功能可輕松分離出應(yīng)力波形。

本次試驗(yàn)中一共測得50組數(shù)據(jù)，列車經(jīng)過測站時的實(shí)際速度在155km/h~310km/h之間。

2.動力系數(shù)與速度關(guān)系

單個測點(diǎn)的動力系數(shù)與速度的關(guān)系顯得較離散，但是觀察速度與該速度下各測點(diǎn)平均動力系數(shù)的關(guān)系散點(diǎn)圖，就可以發(fā)現(xiàn)明顯的規(guī)律性。整體上看，在實(shí)測的速度范圍內(nèi)，行車速度從155km/h開始增加時，鋼軌的動力系數(shù)首先是隨著速度的增加而逐漸變大的，但是一旦行車速度增加到某一值后，動力系數(shù)會達(dá)到一個峰值，隨后隨著速度的增加而逐漸減小。這反映了在鐵路的提速過程中，鋼軌的抗沖擊能力并非總是限制性因素，只要能滿足產(chǎn)生沖擊峰值時的速度要求，就不再是繼續(xù)提速的障礙。

在實(shí)際測得的速度范圍內(nèi)，按線性變化統(tǒng)計分析，并取95%置信區(qū)間得到動力系數(shù)的外包絡(luò)線方程式。

當(dāng)150<V<250時；K=1.059+3.437*10^-3*V（1）

當(dāng)250<V<320時；K=4.491-1.029*10^-2*V（2）

式中：K——動力系數(shù)；V——行車速度（km/h）.

3.線路縱向鋼軌動應(yīng)力

高速鐵路對線路的平順性要求比較高，而列車與鋼軌之間的作用力是影響列車舒服度，反映線路平順性、列車運(yùn)行平穩(wěn)性的重要指標(biāo)。圖中的各個速度區(qū)域內(nèi)，五個鋼軌測點(diǎn)的*大動應(yīng)力平均值相差不大，用折線相連起伏不大，而且，速度較大時也并不比速度較小時的起伏更大?？梢?，線路的平順性較好，能夠滿足較高速度的行車要求。

結(jié)論

測試表明，列車行車速度在150km/h~250km/h之間時，鋼軌動力系數(shù)是隨速度增加而變大的，可按式1計算；行車速度在250km/h~350km/h之間時，鋼軌動力系數(shù)是隨速度增加而變小的，可按式2計算。

速度*大時，鋼軌動應(yīng)力沿線路縱向變化曲線的起伏并沒有明顯的*大，線路的平順性能夠滿足所測速度范圍內(nèi)的行車要求。