[发明专利]无缝线路钢轨纵向力测量方法

说明书

技术领域

本发明属于铁道工程技术领域。

背景技术

无缝线路钢轨的受力情况比较复杂，除受列车动荷载、制动力的作用外，在轨温变化幅度较大时，钢轨会受到巨大的温度力作用，桥上无缝线路还要受到桥梁的伸缩和挠曲变形引起的伸缩力和挠曲力的作用，在这些力的作用下，钢轨在薄弱地段会产生瞬间变形，甚至引起胀轨跑道或断轨，严重影响列车运行的安全。因此，及时准确的测量无缝线路钢轨内的纵向力，保证无缝线路的稳定和行车的安全，一直是铁路工务部门的重要工作。

为了能准确地测量无缝线路的纵向力，近年来国外学者一直在从事这方面的研究。人们根据不同应力下钢材的变形规律、磁导率变化规律、振动特性规律等，试图研究一种直接测量钢轨温度内力的方法，如形变仪法、观测桩法、测标法、位移法、X射线法、超声波法、磁弹性法、磁噪声法等等。这些方法在理论上都有一定的依据，但在实际工作中，由于受测量时间、测试工艺的影响，这些研究成果一直没有达到普及实用的程度。如形变仪法由于仪器和测点的接触无法准确定位等原因，实际测量精度较低；观测桩法虽然目前还广泛应用，但它依赖原锁定轨温的准确与稳定，且这种方法并不能给出实际的锁定轨温；而X射线法、超声波法、磁弹性法和磁噪声法等多受钢轨局部的微观结构、残余应力和表面状况等因素的影响，因此在实际应用中并不理想。

本发明通过建立无缝线路轨道模型来分析钢轨内纵向力变化时横向力作用及相应横向位移的变化规律，最终通过对钢轨横向位移的测量实现对钢轨纵向力的精确测试。

发明内容

首先建立无缝线路轨道的受力模型，解平衡微分方程，从而找到测点横向位移ytest与纵向力N的关系，对钢轨施加横向力，通过对钢轨横向位移的测量实现对钢轨纵向力的精确测试。

(一)考虑钢轨中有纵向压力的情况

钢轨受纵向压力和横向力作用计算模型见图1，对AC段0≤x≤l/2，列钢轨挠曲微分方程：

EId2ydx2=-W2x-Ny---(1)]]>

令k2=NEI---(2)]]>

其中，E为钢轨弹性模量，I为惯性矩。

解上述微分方程，并考虑边界条件，得：

y=W2EIk3[sinkxcos(kl/2)-kx]---(3)]]>

当x＝l/2时，