鋼軌摩阻力對無縫線路鎖定軌溫影響的研究

2012-08-02 08:42:42徐德強

鐵道標準設計 2012年4期

徐德強

(津濱城際鐵路有限責任公司，天津 300450)

隨著列車高速、重載的發展，對軌道結構提出了更高的要求，首先要減少鋼軌接頭，因此有條件的正線鋼軌已基本上焊聯為區間無縫線路或跨區間無縫線路。隨著軌溫的變化無縫鋼軌內將產生溫度力，鋼軌溫度力是誘發軌道結構變形的原因。度量無縫線路溫度力的大小，是以無縫線路鎖定時測得的鋼軌溫度為基準，此時無縫線路的溫度應力為零，因此無縫線路處于零應力狀態測得的鋼軌溫度定義為鎖定軌溫[1－2]。長軌條既長又重，整根長軌條很難做到處于自由伸縮狀態，且施工中鎖定鋼軌需要一定的時間，因此，長鋼軌施工鎖定時軌條內已經存在了初始縱向力[3]。無縫線路施工鎖定軌溫應盡可能與零應力狀態的軌溫接近，養護維修中應加強鎖定，并經常監視實際鎖定軌溫的變化，使實際鎖定軌溫保持在設計鎖定軌溫范圍內，這些是無縫線路安全應用的保證。

1 鋼軌摩阻力測試內容和方法

1.1 測試內容

(1)鋼軌在鋼筋棍(直徑2 cm)上縱向移動阻力。

(2)鋼軌在支架滾筒(直徑4 cm)上縱向移動阻力。

(3)鋼軌在膠墊上縱向移動阻力。

(4)鋼軌在道床頂面上縱向移動阻力。

1.2 測試方法

(1)拉力測試法:將短鋼軌放在上述4種條件的界面上，通過縱向拉動鋼軌，測得不同界面上鋼軌移動摩阻力。

(2)推力測試法:在軌道試驗室7.98 m長的軌道上進行，將一股鋼軌扣件松開，在鋼軌一端安裝千斤頂和壓力傳感器來加力，在鋼軌另一端安裝百分表記錄不同推力下的鋼軌縱向位移。分別做了鋼筋棍阻力試驗、支架滾筒阻力試驗及膠墊阻力試驗;為了試驗數據可靠，每種試驗測試3次，取平均值。

2 阻力測試結果

2.1 拉力法測試結果

不同的試件當砝碼加到一定的拉力時鋼軌突然移動，記錄此時拉力P值，即為阻力值。將鋼軌重力N與P之比，即為摩擦系數f

式中P——阻力;

N——短鋼軌重。鋼軌底面粗糙程度不同，不同的鋼筋棍粗糙程度也不同，滾筒轉動靈活程度也不同，也就是說它們之間的摩擦系數都不一樣。取3根0.6 m長的60 kg/m短鋼軌，3根鋼筋棍，3個滾筒，2組(每組3塊)新舊膠墊做阻力試驗;每組測試3次，取平均值。測試結果如表1～表3所示。

表1 鋼軌放在鋼筋棍上摩阻力

表2 鋼軌放在滾筒上摩阻力

表3 鋼軌放在膠墊及道床上摩阻力

2.2 推力法測試結果

隨著千斤頂加力，鋼軌位移增大直至加力增加到一定P值時，位移突然加大，此時千斤頂再也加不上力去，將此時的P作為阻力。不同工況的阻力和摩擦系數如表4所示。摩擦系數由公式(1)求得，式中的N為606.4 N/m×7.98 m=4 839.1 N。

表4 推力法測試的阻力

3 阻力測試結果分析

3.1 測試結論

由公式⑴可知，阻力大小與測試用的鋼軌重N有關，拉力法和推力法由于所用的N不同，不能用阻力大小來比較，但是它們相對應的f是N和P的比值。N增加，則P值也增大，P/N不變，f與兩界面粗糙程度等因素有關。因此，比較各種工況時的阻力大小，應當用摩擦系數f。從表1～表4可以看出:

(1)用2種方法測得的各種工況摩擦系數很接近，用2種方法測得的鋼筋棍在膠墊上的阻力很接近;滾筒上的阻力，用拉力法測得的大一些;

(2)鋼筋棍測得的阻力只有滾筒阻力的25%～33%，且鋼筋棍結構簡單便于攜帶，安裝方便，是一種放散應力用的好工具;

(3)新膠墊上的阻力要比舊膠墊上的阻力大14%;

(4)綜合2種測試結果，建議各種工況的摩擦系數f如表5所示。

表5 各種界面的摩擦系數

3.2 摩阻力對鎖定軌溫的影響

對于60、75 kg/m鋼軌而言，根據表5的摩擦系數，可以求得當放散應力時每米摩阻力p為表6所示(p=nf，其中n為每米鋼軌重)。摩阻力影響鎖定軌溫大小可用下式表示

式中p——每米鋼軌摩擦阻力;

L——被放散應力的鋼軌長度;

F——鋼軌斷面積;

α——鋼軌膨脹系數，α=11.8 ×10－6/℃;

E——鋼軌彈性模量，取2.1 ×105MPa。

對于L=1 000 m的長鋼軌在不同工況下放散應力時，摩擦阻力影響鎖定軌溫如表6所示。

表6 每千米長鋼軌摩阻力及軌溫

由表6可知，用鋼筋棍放散應力時，每1 000 m鋼軌的摩阻力對鎖定軌溫的影響不到1℃。無縫線路由若干單元軌節組成，單元軌節是指軌道施工時一次鋪設鎖定的軌條。單元軌節的布置應根據線路條件、工點情況、施工工藝及養護維修等因素綜合研究確定[4]。單元軌節長度一般為1 000 ～ 2 000 m[5]。鋼軌既長且重，每單元軌節鎖定需要一定時間，并且還有曲線線路。因此，長鋼軌鎖定前鋼軌不能處于零應力狀態。用鋼筋棍放散應力時每單元軌節影響鎖定軌溫約為2～3℃。