無縫線路溫度力及鎖定軌溫測試儀（WNS-Ⅱ）的應用

王桂芳

（國能朔黃鐵路肅寧分公司，河北肅寧 062350）

1.無縫線路的幾個軌溫

1.1 設計鎖定軌溫

無縫線路必須有足夠的強度和穩(wěn)定性。鋪設無縫線路應采用標準軌道機構，根據(jù)當?shù)剀墱胤取⒃试S溫升[?tu]和允許溫降[?td]計算設計鎖定軌溫。設計鎖定軌溫在鋪設施工中，很難在某一設計鎖定軌溫下同時將整段長軌條鎖定，因此需要確定一個設計鎖定軌溫修正值?TK，滿足無縫線路的強度和穩(wěn)定性，《普通鐵路修理規(guī)則》中規(guī)定了設計鎖定軌溫修正值?TK一般為0℃～5℃[1]。

1.2 施工鎖定軌溫

施工鎖定軌溫是長軌條入槽就位時的軌溫，施工中長軌條的入槽和鎖定需要一定的時間，一般以長軌條始終端入槽時的軌溫平均值作為施工鎖定軌溫，且必須在設計鎖定軌溫允許范圍之內。

1.3 實際鎖定軌溫

實際鎖定軌溫是長軌條經(jīng)過拉伸后，達到設計鎖定軌溫允許范圍內時進行鎖定的軌溫。在鎖定時為避免軌溫升高，采用隔二鎖一的方式先鎖定，待長軌條的扣件全部齊全有效時，這時候長軌條的實際鎖定軌溫左右股相差不得超過5℃，兩相鄰單元長軌條的鎖定軌溫差不得超過5℃，同一區(qū)間單元軌條的最高、最低軌溫不得超過10℃。

2.溫度力與溫度應力及關系

（1）溫度力是在鋼軌溫度發(fā)生變化的情況下，鋼軌不能自由伸縮時產(chǎn)生的。溫度力看不見，摸不著。如果把鋼軌兩端固定起來，不讓它自由伸縮，當軌溫變化時，鋼軌就受了力，就像憋了一股“勁”一樣，這個力是由溫度變化引起的，故叫溫度力。夏天軌溫升高，鋼軌受壓，冬天軌溫下降，鋼軌受拉。

（2）溫度應力是在鋼軌斷面上每單位面積，在其上面所受到的溫度力叫做溫度應力。

（3）溫度力和溫度應力的關系：溫度力Pt(N)=247.8×鋼軌斷面積（cm2）×?t；

溫度應力（MPa）=247.8×?t；軌溫變化度數(shù)：是指鋼軌兩端被固定后，軌溫升高或下降的度數(shù)。

溫度力Pt的計算：

Pt=F×σt

=F×(E×a×?t)

=F×(2.1×105×0.0000118×?t)

=247.8×F×?t

其中：F―鋼軌橫截面積（cm2）；E―鋼的彈性模量（2.1×105MPa）；?t―為釋放初始應力軌溫與自然軌溫差；a―鋼軌線膨脹系數(shù)0.0000118/℃；σt―溫度應力=E×a×?t=2.1×105×0.0000118×?t≈ 250 ?t（MPa）。

根據(jù)溫度力計算公式得知：溫度力只與溫度變化、鋼軌的橫截面積有關而與鋼軌的長度無關，這是無縫線路換鋪的基礎。

3.無縫線路溫度力及鎖定軌溫測試儀的測試

選擇一段10m左右的無縫線路，一般為18根軌枕，以立螺栓的中心線對應的鋼軌位置為起點做標記，并在中間位置鋼軌軌面上標記上長度，為保證支架傳感器作用點在枕盒中心，需選擇軌枕間距均勻的地段。測量直線地段無縫線路鎖定軌溫，每個單元軌條100m選擇一個測點，測量曲線地段無縫線路鎖定軌溫，在曲線頭、曲中、曲尾需要分別設置測點，利用加權平均數(shù)計算實際鎖定軌溫[2]。

3.1 測試安裝的流程和注意事項

無縫線路溫度力及鎖定軌溫測試儀由位移、加力2個支架，壓力、溫度、位移3個傳感器、電腦主機組成。復緊測量地段兩端10m的立螺栓，測量范圍第1#、第18#根軌枕不拆扣件、膠墊，2#-17#軌枕拆開扣件、拆除膠墊，使鋼軌處于懸空狀態(tài)，扒平枕盒里的石砟，石砟不得蹭著軌底。中間軌枕立螺栓孔距離適中，不宜過寬或過窄。加力點、位移點安裝在中間枕盒軌腰上，受力點盡量在一個垂直線上。

3.2 實際鎖定軌溫測試儀與PXY-1位移觀測儀數(shù)據(jù)的對比分析

肅寧北站上行線Ⅱ場1道為75kg/m跨區(qū)間無縫線路，由于施工、維修造成無縫線路實際鎖定軌溫不清、不準，為了掌握無縫線路實際鎖定軌溫的變化情況，對Ⅱ場1道單元軌條采用實際鎖定軌溫測試儀進行了測量，并與PXY-1位移觀測數(shù)據(jù)進行了對比，見表1。

表1 鎖定軌溫測試儀測試法與位移觀測儀觀測法測算數(shù)據(jù)對比表

經(jīng)過分析，Ⅱ場1道鋪設時實際鎖定軌溫為31℃，由于施工維修的影響，單元軌條實際鎖定軌溫個別左右股相差超過5℃，同一區(qū)間單元軌條的最高、最低軌溫超過10℃。需要進行無縫線路放散，調整實際鎖定軌溫。

4.無縫線路應力放散及實際鎖定軌溫測試儀的應用

5月份天氣溫度適宜，肅寧北工務工隊進行了無縫線路應力放散，將單元軌條的扣件松開后，在拉伸點用鋸軌機切開鋼軌，在距離始端500m、1000m安放撞軌器，每隔15根軌枕安放一根滾杠，撞軌至軌條位移出現(xiàn)2mm反彈時讀取始終端軌溫，將其平均數(shù)作為基數(shù)，按設計鎖定軌溫計算拉伸量并配軌，撞軌拉伸到位后，撤除撞軌器、滾杠，檢查軌距。扣件先隔二緊一，最后全部擰緊鎖定線路，普通夾板連接接頭并復緊。無縫線路應力放散后，利用實際鎖定軌溫測試儀進行了測試，實際鎖定軌溫測試儀測試法和PXY-1位移觀測儀觀測法對比分析，見表2。

表2 實際鎖定軌溫測試儀測試法和PXY-1位移觀測儀觀測法對比

經(jīng)過無縫線路應力放散后，實際鎖定軌溫測試儀測試法和PXY-1位移觀測儀觀測法對比分析，兩種測試方法的結果比較接近，誤差值不大，能準確地反應出無縫線路的應力狀態(tài)。

5.兩種測量方式的局限性

PXY-1位移觀測儀是比較細長的桿件，遇到風吹、震動都會造成桿件的紅外線偏斜，穩(wěn)定性不夠，測量精確率不高，橋梁、路基觀測儀不統(tǒng)一。實際鎖定軌溫測試儀很好的解決了這些問題，但是也存在局限性需要改進，主要表現(xiàn)在：（1）實際鎖定軌溫測試范圍為10m左右，測試的是一段線路實際鎖定軌溫，不能代表整個單元軌條的實際鎖定軌溫，測試整個單元軌條的軌溫只能加密測試。（2）實際鎖定軌溫測試只能在天窗點內進行，測試過程比較復雜，具有一定的局限性。（3）實際鎖定軌溫測試需要松懈扣件，扒空石砟，工作量比較大，測量效率較低。

6.結語

隨著無縫線路鋪設長度的增加，測量無縫線路位移的工作量越來越大，要想精確地了解鋼軌中的應力及實際鎖定軌溫，實際鎖定軌溫測試儀和PXY-1位移觀測儀兩種測試方法都有需要改進的地方，我們將迫切需要創(chuàng)新，實際鎖定軌溫自動觀測裝置是我們以后的主要研究方向，提高測量數(shù)據(jù)的精確性，減少人員用工，降低人員上道作業(yè)的風險。