无缝线路温度力及锁定轨温测试仪（WNS-Ⅱ）的应用

王桂芳

（国能朔黄铁路肃宁分公司，河北肃宁 062350）

1.无缝线路的几个轨温

1.1 设计锁定轨温

无缝线路必须有足够的强度和稳定性。铺设无缝线路应采用标准轨道机构，根据当地轨温幅度、允许温升[∆tu]和允许温降[∆td]计算设计锁定轨温。设计锁定轨温在铺设施工中，很难在某一设计锁定轨温下同时将整段长轨条锁定，因此需要确定一个设计锁定轨温修正值∆TK，满足无缝线路的强度和稳定性，《普通铁路修理规则》中规定了设计锁定轨温修正值∆TK一般为0℃～5℃[1]。

1.2 施工锁定轨温

施工锁定轨温是长轨条入槽就位时的轨温，施工中长轨条的入槽和锁定需要一定的时间，一般以长轨条始终端入槽时的轨温平均值作为施工锁定轨温，且必须在设计锁定轨温允许范围之内。

1.3 实际锁定轨温

实际锁定轨温是长轨条经过拉伸后，达到设计锁定轨温允许范围内时进行锁定的轨温。在锁定时为避免轨温升高，采用隔二锁一的方式先锁定，待长轨条的扣件全部齐全有效时，这时候长轨条的实际锁定轨温左右股相差不得超过5℃，两相邻单元长轨条的锁定轨温差不得超过5℃，同一区间单元轨条的最高、最低轨温不得超过10℃。

2.温度力与温度应力及关系

（1）温度力是在钢轨温度发生变化的情况下，钢轨不能自由伸缩时产生的。温度力看不见，摸不着。如果把钢轨两端固定起来，不让它自由伸缩，当轨温变化时，钢轨就受了力，就像憋了一股“劲”一样，这个力是由温度变化引起的，故叫温度力。夏天轨温升高，钢轨受压，冬天轨温下降，钢轨受拉。

（2）温度应力是在钢轨断面上每单位面积，在其上面所受到的温度力叫做温度应力。

（3）温度力和温度应力的关系：温度力Pt(N)=247.8×钢轨断面积（cm2）×∆t；

温度应力（MPa）=247.8×∆t；轨温变化度数：是指钢轨两端被固定后，轨温升高或下降的度数。

温度力Pt的计算：

Pt=F×σt

=F×(E×a×∆t)

=F×(2.1×105×0.0000118×∆t)

=247.8×F×∆t

其中：F―钢轨横截面积（cm2）；E―钢的弹性模量（2.1×105MPa）；∆t―为释放初始应力轨温与自然轨温差；a―钢轨线膨胀系数0.0000118/℃；σt―温度应力=E×a×∆t=2.1×105×0.0000118×∆t≈ 250 ∆t（MPa）。

根据温度力计算公式得知：温度力只与温度变化、钢轨的横截面积有关而与钢轨的长度无关，这是无缝线路换铺的基础。

3.无缝线路温度力及锁定轨温测试仪的测试

选择一段10m左右的无缝线路，一般为18根轨枕，以立螺栓的中心线对应的钢轨位置为起点做标记，并在中间位置钢轨轨面上标记上长度，为保证支架传感器作用点在枕盒中心，需选择轨枕间距均匀的地段。测量直线地段无缝线路锁定轨温，每个单元轨条100m选择一个测点，测量曲线地段无缝线路锁定轨温，在曲线头、曲中、曲尾需要分别设置测点，利用加权平均数计算实际锁定轨温[2]。

3.1 测试安装的流程和注意事项

无缝线路温度力及锁定轨温测试仪由位移、加力2个支架，压力、温度、位移3个传感器、电脑主机组成。复紧测量地段两端10m的立螺栓，测量范围第1#、第18#根轨枕不拆扣件、胶垫，2#-17#轨枕拆开扣件、拆除胶垫，使钢轨处于悬空状态，扒平枕盒里的石砟，石砟不得蹭着轨底。中间轨枕立螺栓孔距离适中，不宜过宽或过窄。加力点、位移点安装在中间枕盒轨腰上，受力点尽量在一个垂直线上。

3.2 实际锁定轨温测试仪与PXY-1位移观测仪数据的对比分析

肃宁北站上行线Ⅱ场1道为75kg/m跨区间无缝线路，由于施工、维修造成无缝线路实际锁定轨温不清、不准，为了掌握无缝线路实际锁定轨温的变化情况，对Ⅱ场1道单元轨条采用实际锁定轨温测试仪进行了测量，并与PXY-1位移观测数据进行了对比，见表1。

表1 锁定轨温测试仪测试法与位移观测仪观测法测算数据对比表

经过分析，Ⅱ场1道铺设时实际锁定轨温为31℃，由于施工维修的影响，单元轨条实际锁定轨温个别左右股相差超过5℃，同一区间单元轨条的最高、最低轨温超过10℃。需要进行无缝线路放散，调整实际锁定轨温。

4.无缝线路应力放散及实际锁定轨温测试仪的应用

5月份天气温度适宜，肃宁北工务工队进行了无缝线路应力放散，将单元轨条的扣件松开后，在拉伸点用锯轨机切开钢轨，在距离始端500m、1000m安放撞轨器，每隔15根轨枕安放一根滚杠，撞轨至轨条位移出现2mm反弹时读取始终端轨温，将其平均数作为基数，按设计锁定轨温计算拉伸量并配轨，撞轨拉伸到位后，撤除撞轨器、滚杠，检查轨距。扣件先隔二紧一，最后全部拧紧锁定线路，普通夹板连接接头并复紧。无缝线路应力放散后，利用实际锁定轨温测试仪进行了测试，实际锁定轨温测试仪测试法和PXY-1位移观测仪观测法对比分析，见表2。

表2 实际锁定轨温测试仪测试法和PXY-1位移观测仪观测法对比

经过无缝线路应力放散后，实际锁定轨温测试仪测试法和PXY-1位移观测仪观测法对比分析，两种测试方法的结果比较接近，误差值不大，能准确地反应出无缝线路的应力状态。

5.两种测量方式的局限性

PXY-1位移观测仪是比较细长的杆件，遇到风吹、震动都会造成杆件的红外线偏斜，稳定性不够，测量精确率不高，桥梁、路基观测仪不统一。实际锁定轨温测试仪很好的解决了这些问题，但是也存在局限性需要改进，主要表现在：（1）实际锁定轨温测试范围为10m左右，测试的是一段线路实际锁定轨温，不能代表整个单元轨条的实际锁定轨温，测试整个单元轨条的轨温只能加密测试。（2）实际锁定轨温测试只能在天窗点内进行，测试过程比较复杂，具有一定的局限性。（3）实际锁定轨温测试需要松懈扣件，扒空石砟，工作量比较大，测量效率较低。

6.结语

随着无缝线路铺设长度的增加，测量无缝线路位移的工作量越来越大，要想精确地了解钢轨中的应力及实际锁定轨温，实际锁定轨温测试仪和PXY-1位移观测仪两种测试方法都有需要改进的地方，我们将迫切需要创新，实际锁定轨温自动观测装置是我们以后的主要研究方向，提高测量数据的精确性，减少人员用工，降低人员上道作业的风险。