钢轨摩阻力对无缝线路锁定轨温影响的研究

2012-08-02徐德强

铁道标准设计 2012年4期

徐德强

(津滨城际铁路有限责任公司，天津 300450)

随着列车高速、重载的发展，对轨道结构提出了更高的要求，首先要减少钢轨接头，因此有条件的正线钢轨已基本上焊联为区间无缝线路或跨区间无缝线路。随着轨温的变化无缝钢轨内将产生温度力，钢轨温度力是诱发轨道结构变形的原因。度量无缝线路温度力的大小，是以无缝线路锁定时测得的钢轨温度为基准，此时无缝线路的温度应力为零，因此无缝线路处于零应力状态测得的钢轨温度定义为锁定轨温[1－2]。长轨条既长又重，整根长轨条很难做到处于自由伸缩状态，且施工中锁定钢轨需要一定的时间，因此，长钢轨施工锁定时轨条内已经存在了初始纵向力[3]。无缝线路施工锁定轨温应尽可能与零应力状态的轨温接近，养护维修中应加强锁定，并经常监视实际锁定轨温的变化，使实际锁定轨温保持在设计锁定轨温范围内，这些是无缝线路安全应用的保证。

1 钢轨摩阻力测试内容和方法

1.1 测试内容

(1)钢轨在钢筋棍(直径2 cm)上纵向移动阻力。

(2)钢轨在支架滚筒(直径4 cm)上纵向移动阻力。

(3)钢轨在胶垫上纵向移动阻力。

(4)钢轨在道床顶面上纵向移动阻力。

1.2 测试方法

(1)拉力测试法:将短钢轨放在上述4种条件的界面上，通过纵向拉动钢轨，测得不同界面上钢轨移动摩阻力。

(2)推力测试法:在轨道试验室7.98 m长的轨道上进行，将一股钢轨扣件松开，在钢轨一端安装千斤顶和压力传感器来加力，在钢轨另一端安装百分表记录不同推力下的钢轨纵向位移。分别做了钢筋棍阻力试验、支架滚筒阻力试验及胶垫阻力试验;为了试验数据可靠，每种试验测试3次，取平均值。

2 阻力测试结果

2.1 拉力法测试结果

不同的试件当砝码加到一定的拉力时钢轨突然移动，记录此时拉力P值，即为阻力值。将钢轨重力N与P之比，即为摩擦系数f

式中P——阻力;

N——短钢轨重。钢轨底面粗糙程度不同，不同的钢筋棍粗糙程度也不同，滚筒转动灵活程度也不同，也就是说它们之间的摩擦系数都不一样。取3根0.6 m长的60 kg/m短钢轨，3根钢筋棍，3个滚筒，2组(每组3块)新旧胶垫做阻力试验;每组测试3次，取平均值。测试结果如表1～表3所示。

表1 钢轨放在钢筋棍上摩阻力

表2 钢轨放在滚筒上摩阻力

表3 钢轨放在胶垫及道床上摩阻力

2.2 推力法测试结果

随着千斤顶加力，钢轨位移增大直至加力增加到一定P值时，位移突然加大，此时千斤顶再也加不上力去，将此时的P作为阻力。不同工况的阻力和摩擦系数如表4所示。摩擦系数由公式(1)求得，式中的N为606.4 N/m×7.98 m=4 839.1 N。

表4 推力法测试的阻力

3 阻力测试结果分析

3.1 测试结论

由公式⑴可知，阻力大小与测试用的钢轨重N有关，拉力法和推力法由于所用的N不同，不能用阻力大小来比较，但是它们相对应的f是N和P的比值。N增加，则P值也增大，P/N不变，f与两界面粗糙程度等因素有关。因此，比较各种工况时的阻力大小，应当用摩擦系数f。从表1～表4可以看出:

(1)用2种方法测得的各种工况摩擦系数很接近，用2种方法测得的钢筋棍在胶垫上的阻力很接近;滚筒上的阻力，用拉力法测得的大一些;

(2)钢筋棍测得的阻力只有滚筒阻力的25%～33%，且钢筋棍结构简单便于携带，安装方便，是一种放散应力用的好工具;

(3)新胶垫上的阻力要比旧胶垫上的阻力大14%;

(4)综合2种测试结果，建议各种工况的摩擦系数f如表5所示。

表5 各种界面的摩擦系数

3.2 摩阻力对锁定轨温的影响

对于60、75 kg/m钢轨而言，根据表5的摩擦系数，可以求得当放散应力时每米摩阻力p为表6所示(p=nf，其中n为每米钢轨重)。摩阻力影响锁定轨温大小可用下式表示

式中p——每米钢轨摩擦阻力;

L——被放散应力的钢轨长度;

F——钢轨断面积;

α——钢轨膨胀系数，α=11.8 ×10－6/℃;

E——钢轨弹性模量，取2.1 ×105MPa。

对于L=1 000 m的长钢轨在不同工况下放散应力时，摩擦阻力影响锁定轨温如表6所示。

表6 每千米长钢轨摩阻力及轨温

由表6可知，用钢筋棍放散应力时，每1 000 m钢轨的摩阻力对锁定轨温的影响不到1℃。无缝线路由若干单元轨节组成，单元轨节是指轨道施工时一次铺设锁定的轨条。单元轨节的布置应根据线路条件、工点情况、施工工艺及养护维修等因素综合研究确定[4]。单元轨节长度一般为1 000 ～ 2 000 m[5]。钢轨既长且重，每单元轨节锁定需要一定时间，并且还有曲线线路。因此，长钢轨锁定前钢轨不能处于零应力状态。用钢筋棍放散应力时每单元轨节影响锁定轨温约为2～3℃。