無(wú)縫線路溫度力及鎖定軌溫測(cè)試儀（WNS-Ⅱ）的應(yīng)用

王桂芳

（國(guó)能朔黃鐵路肅寧分公司，河北肅寧 062350）

1.無(wú)縫線路的幾個(gè)軌溫

1.1 設(shè)計(jì)鎖定軌溫

無(wú)縫線路必須有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。鋪設(shè)無(wú)縫線路應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)軌道機(jī)構(gòu)，根據(jù)當(dāng)?shù)剀墱胤?、允許溫升[?tu]和允許溫降[?td]計(jì)算設(shè)計(jì)鎖定軌溫。設(shè)計(jì)鎖定軌溫在鋪設(shè)施工中，很難在某一設(shè)計(jì)鎖定軌溫下同時(shí)將整段長(zhǎng)軌條鎖定，因此需要確定一個(gè)設(shè)計(jì)鎖定軌溫修正值?TK，滿足無(wú)縫線路的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，《普通鐵路修理規(guī)則》中規(guī)定了設(shè)計(jì)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(zhǎng)軌條入槽就位時(shí)的軌溫，施工中長(zhǎng)軌條的入槽和鎖定需要一定的時(shí)間，一般以長(zhǎng)軌條始終端入槽時(shí)的軌溫平均值作為施工鎖定軌溫，且必須在設(shè)計(jì)鎖定軌溫允許范圍之內(nèi)。

1.3 實(shí)際鎖定軌溫

實(shí)際鎖定軌溫是長(zhǎng)軌條經(jīng)過(guò)拉伸后，達(dá)到設(shè)計(jì)鎖定軌溫允許范圍內(nèi)時(shí)進(jìn)行鎖定的軌溫。在鎖定時(shí)為避免軌溫升高，采用隔二鎖一的方式先鎖定，待長(zhǎng)軌條的扣件全部齊全有效時(shí)，這時(shí)候長(zhǎng)軌條的實(shí)際鎖定軌溫左右股相差不得超過(guò)5℃，兩相鄰單元長(zhǎng)軌條的鎖定軌溫差不得超過(guò)5℃，同一區(qū)間單元軌條的最高、最低軌溫不得超過(guò)10℃。

2.溫度力與溫度應(yīng)力及關(guān)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(shí)產(chǎn)生的。溫度力看不見(jiàn)，摸不著。如果把鋼軌兩端固定起來(lái)，不讓它自由伸縮，當(dāng)軌溫變化時(shí)，鋼軌就受了力，就像憋了一股“勁”一樣，這個(gè)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(yīng)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(yīng)力。

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

溫度應(yīng)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(jì)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(yīng)力軌溫與自然軌溫差；a―鋼軌線膨脹系數(shù)0.0000118/℃；σt―溫度應(yīng)力=E×a×?t=2.1×105×0.0000118×?t≈ 250 ?t（MPa）。

根據(jù)溫度力計(jì)算公式得知：溫度力只與溫度變化、鋼軌的橫截面積有關(guān)而與鋼軌的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，這是無(wú)縫線路換鋪的基礎(chǔ)。

3.無(wú)縫線路溫度力及鎖定軌溫測(cè)試儀的測(cè)試

選擇一段10m左右的無(wú)縫線路，一般為18根軌枕，以立螺栓的中心線對(duì)應(yīng)的鋼軌位置為起點(diǎn)做標(biāo)記，并在中間位置鋼軌軌面上標(biāo)記上長(zhǎng)度，為保證支架傳感器作用點(diǎn)在枕盒中心，需選擇軌枕間距均勻的地段。測(cè)量直線地段無(wú)縫線路鎖定軌溫，每個(gè)單元軌條100m選擇一個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)量曲線地段無(wú)縫線路鎖定軌溫，在曲線頭、曲中、曲尾需要分別設(shè)置測(cè)點(diǎn)，利用加權(quán)平均數(shù)計(jì)算實(shí)際鎖定軌溫[2]。

3.1 測(cè)試安裝的流程和注意事項(xiàng)

無(wú)縫線路溫度力及鎖定軌溫測(cè)試儀由位移、加力2個(gè)支架，壓力、溫度、位移3個(gè)傳感器、電腦主機(jī)組成。復(fù)緊測(cè)量地段兩端10m的立螺栓，測(cè)量范圍第1#、第18#根軌枕不拆扣件、膠墊，2#-17#軌枕拆開(kāi)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(guò)寬或過(guò)窄。加力點(diǎn)、位移點(diǎn)安裝在中間枕盒軌腰上，受力點(diǎn)盡量在一個(gè)垂直線上。

3.2 實(shí)際鎖定軌溫測(cè)試儀與PXY-1位移觀測(cè)儀數(shù)據(jù)的對(duì)比分析

肅寧北站上行線Ⅱ場(chǎng)1道為75kg/m跨區(qū)間無(wú)縫線路，由于施工、維修造成無(wú)縫線路實(shí)際鎖定軌溫不清、不準(zhǔn)，為了掌握無(wú)縫線路實(shí)際鎖定軌溫的變化情況，對(duì)Ⅱ場(chǎng)1道單元軌條采用實(shí)際鎖定軌溫測(cè)試儀進(jìn)行了測(cè)量，并與PXY-1位移觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，見(jiàn)表1。

表1 鎖定軌溫測(cè)試儀測(cè)試法與位移觀測(cè)儀觀測(cè)法測(cè)算數(shù)據(jù)對(duì)比表

經(jīng)過(guò)分析，Ⅱ場(chǎng)1道鋪設(shè)時(shí)實(shí)際鎖定軌溫為31℃，由于施工維修的影響，單元軌條實(shí)際鎖定軌溫個(gè)別左右股相差超過(guò)5℃，同一區(qū)間單元軌條的最高、最低軌溫超過(guò)10℃。需要進(jìn)行無(wú)縫線路放散，調(diào)整實(shí)際鎖定軌溫。

4.無(wú)縫線路應(yīng)力放散及實(shí)際鎖定軌溫測(cè)試儀的應(yīng)用

5月份天氣溫度適宜，肅寧北工務(wù)工隊(duì)進(jìn)行了無(wú)縫線路應(yīng)力放散，將單元軌條的扣件松開(kāi)后，在拉伸點(diǎn)用鋸軌機(jī)切開(kāi)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(shí)讀取始終端軌溫，將其平均數(shù)作為基數(shù)，按設(shè)計(jì)鎖定軌溫計(jì)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?？奂雀舳o一，最后全部擰緊鎖定線路，普通夾板連接接頭并復(fù)緊。無(wú)縫線路應(yīng)力放散后，利用實(shí)際鎖定軌溫測(cè)試儀進(jìn)行了測(cè)試，實(shí)際鎖定軌溫測(cè)試儀測(cè)試法和PXY-1位移觀測(cè)儀觀測(cè)法對(duì)比分析，見(jiàn)表2。

表2 實(shí)際鎖定軌溫測(cè)試儀測(cè)試法和PXY-1位移觀測(cè)儀觀測(cè)法對(duì)比

經(jīng)過(guò)無(wú)縫線路應(yīng)力放散后，實(shí)際鎖定軌溫測(cè)試儀測(cè)試法和PXY-1位移觀測(cè)儀觀測(cè)法對(duì)比分析，兩種測(cè)試方法的結(jié)果比較接近，誤差值不大，能準(zhǔn)確地反應(yīng)出無(wú)縫線路的應(yīng)力狀態(tài)。

5.兩種測(cè)量方式的局限性

PXY-1位移觀測(cè)儀是比較細(xì)長(zhǎng)的桿件，遇到風(fēng)吹、震動(dòng)都會(huì)造成桿件的紅外線偏斜，穩(wěn)定性不夠，測(cè)量精確率不高，橋梁、路基觀測(cè)儀不統(tǒng)一。實(shí)際鎖定軌溫測(cè)試儀很好的解決了這些問(wèn)題，但是也存在局限性需要改進(jìn)，主要表現(xiàn)在：（1）實(shí)際鎖定軌溫測(cè)試范圍為10m左右，測(cè)試的是一段線路實(shí)際鎖定軌溫，不能代表整個(gè)單元軌條的實(shí)際鎖定軌溫，測(cè)試整個(gè)單元軌條的軌溫只能加密測(cè)試。（2）實(shí)際鎖定軌溫測(cè)試只能在天窗點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行，測(cè)試過(guò)程比較復(fù)雜，具有一定的局限性。（3）實(shí)際鎖定軌溫測(cè)試需要松懈扣件，扒空石砟，工作量比較大，測(cè)量效率較低。

6.結(jié)語(yǔ)

隨著無(wú)縫線路鋪設(shè)長(zhǎng)度的增加，測(cè)量無(wú)縫線路位移的工作量越來(lái)越大，要想精確地了解鋼軌中的應(yīng)力及實(shí)際鎖定軌溫，實(shí)際鎖定軌溫測(cè)試儀和PXY-1位移觀測(cè)儀兩種測(cè)試方法都有需要改進(jìn)的地方，我們將迫切需要?jiǎng)?chuàng)新，實(shí)際鎖定軌溫自動(dòng)觀測(cè)裝置是我們以后的主要研究方向，提高測(cè)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(fēng)險(xiǎn)。