鐵路鋼軌動應力隨速度增加變化試驗

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

測試方法及儀器

采用電阻應變法進行現場測試，在鋼軌上粘貼應變片，連成惠斯通電橋，電阻應變片感應鋼軌在列車動荷載作用下的應變，使電橋失去平衡，輸出電壓到動態(tài)電阻應變儀；不平衡電壓經過動態(tài)電阻應變儀的放大處理，輸入到數據采集儀中；在采集儀中實現A/D轉換，將電壓信號轉換成數值信號；然后計算機通過采集軟件將數值信號的數據記錄下來，完成測試工作。*后再通過對數據進行分析處理，得出結論。

所用的儀器為JHDY-32動態(tài)電阻應變儀，*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據的采集及分析處理。

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

測試結果及分析

1.實測波形

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

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

本次試驗中一共測得50組數據，列車經過測站時的實際速度在155km/h~310km/h之間。

2.動力系數與速度關系

單個測點的動力系數與速度的關系顯得較離散，但是觀察速度與該速度下各測點平均動力系數的關系散點圖，就可以發(fā)現明顯的規(guī)律性。整體上看，在實測的速度范圍內，行車速度從155km/h開始增加時，鋼軌的動力系數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，動力系數會達到一個峰值，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。

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

當150<V<250時；K=1.059+3.437*10^-3*V（1）

當250<V<320時；K=4.491-1.029*10^-2*V（2）

式中：K——動力系數；V——行車速度（km/h）.

3.線路縱向鋼軌動應力

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、列車運行平穩(wěn)性的重要指標。圖中的各個速度區(qū)域內，五個鋼軌測點的*大動應力平均值相差不大，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，鋼軌動力系數是隨速度增加而變小的，可按式2計算。

速度*大時，鋼軌動應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的行車要求。