[发明专利]测量铁路钢轨断裂纵向力分布的实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁路安全检测技术领域，特别涉及一种铁路钢轨断裂纵向力分布规律测量的实验方法。

背景技术

铁路是我国陆上运输的主要方式，它具有运行平稳、运送量大、能源消耗低、环境污染轻的优势。钢轨是铁路结构的重要部件，其可靠性是保证铁路运行安全的关键。尤其是发展迅速的高速铁路均为无缝线路，这种线路的钢轨不能自由伸缩，随着轨温的变化，钢轨内部将产生巨大的纵向温度力，这种巨大的温度力可能引起钢轨焊缝、过渡段等薄弱点发生断裂，威胁行车安全。

应力法是检测钢轨断裂的重要手段，它是利用安装在钢轨上的传感器来测量钢轨的纵向力变化，并对其进行比较分析来判断是否出现断轨，实现钢轨的状态监测和故障报警。该方法的核心是通过分析钢轨纵向力的变化来检测是否发生断轨，因此研究钢轨断裂的纵向力分布规律尤其重要。目前，钢轨断裂的纵向力分布分析主要采用理论计算和建模仿真，理论计算需要对钢轨结构及约束条件进行一系列假设，这与钢轨实际受力情况相差较大；建模仿真虽然充分考虑了轨道结构及钢轨受力状态，但需要准确的实验手段进行验证。所以准确性高、可控性好、适用性强的钢轨断裂纵向力分布分析的实验方法对钢轨断裂的检测具有重要意义。

美国Samavedam等学者在研究钢轨断裂纵向力分布规律时采用低温锯断钢轨的实验方法，首先在约360米长的铁路无缝线路直线段的钢轨上按规律安装应变片，然后当温度最高时将钢轨锁定，等到温度最低时将钢轨锯断，通过研究钢轨各点锯断前后纵向应变的变化，分析钢轨断裂的纵向力分布规律。这种方法是在温度最高时锁定钢轨，在温度最低时锯断钢轨，以保证锯断前钢轨内部存在较大的纵向温度力，这种实验方法不仅受到时间的限制，同时也受自然温差的局限，钢轨内部存在温度力的大小难以掌控，再而，重复实验需要将钢轨反复锯断和焊接，这也增加了实验成本，不利于钢轨断裂纵向力分布规律的研究。

发明内容

本发明要解决的技术难题是克服上述实验方法的缺陷，采用对钢轨预加应力再释放的方法来模拟钢轨断裂时的状态变化，并通过测力传感器组测量钢轨预应力释放前后的钢轨纵向力分布，获得钢轨断裂纵向力分布规律。其中，钢轨预应力利用钢轨拉伸机施加。该方法通过调节钢轨拉伸机对钢轨施加预应力可以准确获得钢轨断裂前的应力值，并能重复进行不同轨温或拉应力下钢轨断裂纵向力分布的模拟实验研究，且该方法不受时间及自然温差的限制，可以缩短实验时间及降低实验成本。

本发明采用的技术方案是：一种铁路钢轨断裂纵向力分布规律测量的实验方法，其特征是：首先在符合铁路标准且具有一定长度轨道的长钢轨1上安装测力传感器组2，然后将长钢轨的扣件组3完全松开，并利用钢轨拉伸机4对长钢轨1施加一定的预应力，再将长钢轨的扣件组3锁定，最后释放预应力，通过传感节点组5和测力传感器组2采集钢轨的应力数据，并经过无线网关6将该数据发送到计算机7，进而获得钢轨断裂后纵向力分布规律，具体步骤如下：

1）安装测力传感器组2、传感节点组5、无线网关6和计算机7

先将符合铁路标准具有一定长度轨道的其中一根钢轨的左、右两个端头8、8′分别固定在左、右两钢筋混凝土水泥台11、11′上，在钢轨适当位置设置一定宽度的断缝9；然后沿着长钢轨1的纵向，选择适当间距，在钢轨的中性轴位置，布置安装测力传感器组2；传感节点组5安装在测力传感器组2中相应传感器两侧适当范围内，以减少导线长度带来的误差；无线网关6安装在传感节点组5周围适当范围内，负责接收传感节点组5通过测力传感器组2采集的数据，并将其发送给计算机7进行数据处理分析；

2）施加钢轨预应力

首先将短钢轨的扣件组10按照标准锁紧扭矩锁定，并将长钢轨的扣件组3完全松开，使其处于零应力状态，同时开始采集长钢轨1上各测点应力数据；然后根据轨温变化幅值换算的拉应力，在断缝9处，利用钢轨拉伸机4对长钢轨1施加拉应力，同时观测长钢轨1上各测点的应力数据，直到测得的应力大小等于预加应力值时，将长钢轨的扣件组3按照标准锁紧扭矩锁定，同时保持钢轨拉伸机4对钢轨预应力的施加状态；

3）获取钢轨断裂纵向力数据

首先开始采集长钢轨1上各测点应力数据；然后将钢轨拉伸机4停止拉伸，释放钢轨拉伸机4对长钢轨1施加的预应力；待预应力释放结束且钢轨状态稳定后，记录预应力释放后长钢轨1上各测点的应力数据，获得在一定轨温变化幅值下钢轨断裂的纵向力分布值。