CN100523757C - 无缝线路轨道结构钢轨纵向力的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于交通技术领域，具体涉及一种无缝线路轨道结构钢轨纵向力的测试方法。本发明根据无缝线路钢轨横向振动阻尼将随其所受轴向载荷的加大和无缝线路钢轨横向振动自振频率随其所受轴向载荷的加大而减小的原理，通过测定某一瞬态激励下无缝线路钢轨振动响应的时间历程波形，测得其自振频率或振动阻尼系数，参照对应的标准关系曲线，求出被测点钢轨实际纵向力值；预测无缝线路轨道的稳定性。本发明方法可根据具体要求进行多点实测，不影响轨道结构和列车运行，可以在钢轨承受纵向拉力或承受纵向压力的状态下测试，不受钢轨锁定轨温的影响，容易实施，便于操作。

Description

无缝线路轨道结构钢轨纵向力的测试方法

技术领域

本发明属于交通技术领域，具体涉及一种无缝线路轨道结构钢轨纵向力的测试方法。

背景技术

无缝线路轨道消除了钢轨接头，使列车运行平稳，减少轨道与机车车辆损伤，提高列车舒适度，降低轮轨振动与噪声，已被广泛应用。然而，由于无缝线路钢轨不能自由伸缩，当轨道温度发生变化，无缝线路轨道中将会产生很高的纵向温度力，过大的温度力将导致钢轨胀曲或断裂，从而引发车辆脱轨，危及行车安全。因此，无缝线路轨道温度力长期以来一直是人们关注的问题。但是由于实际无缝线路钢轨温度力分布的非均匀性等复杂因素的影响，目前国内外还没一种能够在实际线路上有效确定无缝线路温度力的无损检测方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种无缝线路轨道结构钢轨纵向力的测试方法。

本发明提出的无缝线路轨道结构钢轨纵向力的测试方法，其具体步骤如下：

任选一段钢轨作为测试区段，在其上安置位移测量传感器，通过对该段钢轨施加一动力，激励其产生振动响应，位移测量传感器采集钢轨振动响应数据，测定钢轨的自振频率，将得到的钢轨自振频率与预先制定的振动频率-纵向力标准关系曲线对比，在振动频率标准曲线中找出对应的钢轨纵向力，即可求得所测试钢轨的实际纵向力。

本发明提出的无缝线路轨道结构钢轨纵向力的测试方法，其具体步骤如下：

任选一段钢轨作为测试区段，在其上安置位移测量传感器，通过对该段钢轨施加一动力，激励其产生振动响应，根据对位移测量传感器所测的波形进行计算，得到钢轨振动响应的阻尼系数，将得到阻尼系数与预先制定的阻尼系数-纵向力标准关系曲线对比，在标准关系曲线中找出对应的钢轨纵向力，即可求得所测试钢轨的实际纵向力。

本发明中，所述测试区段长度为3～20m。

本发明的基本原理为：根据结构动力学理论，在不同轴向力(以压为正)作用下，梁结构的横向振动阻尼将随其所受轴向载荷的加大而增加，在不同轴向力(以压为正)作用下，梁结构的横向振动自振频率将随其所受轴向载荷的加大而减小。无缝线路轨道结构钢轨可以视为连续弹性点支承基础上的无限长梁，本发明通过对钢轨施加某一动力，激励无缝线路钢轨产生振动响应，通过在钢轨上所设置的传感器，采集钢轨振动响应数据，计算其横向振动阻尼系数，测定钢轨的自振频率，参照事先给定标准关系曲线，通过测得阻尼系数和自振频率来求出钢轨中所对应的纵向力。两个参数比较可以提高测试结果的精度。

所述标准关系曲线，可以在实验室或现场用标定的方法来获得，具体可以是在无缝线路轨道上施加一定的纵向力，测定其振动响应的阻尼系数和自振频率，通过改变纵向力的大小，可以求得一系列的阻尼系数和自振频率，分别建立阻尼系数、自振频率与钢轨纵向力的标准关系曲线。

本发明中，标准关系曲线可以在实验室或现场通过标定的方法获取。即可选取一段无缝线路轨道，对钢轨进行应力放散，在钢轨一端设置加力装置，分别对轨道施加不同的载荷，使钢轨中产生所要求的纵向力，然后通过位移测量传感器，测定对应的阻尼系数和振动响应频率，这样就相应建立了钢轨纵向力-振动响应阻尼的关系曲线、钢轨纵向力-振动频率的关系曲线。在实际无缝线路轨道中，只要测得无缝线路轨道钢轨在某一状态下的阻尼系数或自振频率，就可以根据标准关系曲线推算出此时该区段无缝线路轨道钢轨中的纵向力，即可对不同类型的轨道结构建立对应的标准关系曲线。

本发明通过钢轨中的纵向力与钢轨振动响应时的阻尼系数存在对应关系，测定阻尼系数，求得钢轨中对应的纵向力；或者通过钢轨中的纵向力与钢轨振动响应时的自振频率存在对应关系，测定自振频率，求得钢轨中对应的纵向力。

本发明在测试前，将测试区段的钢轨扣件松开，轨下垫板取出，以便于对轨道钢轨纵向力的测试更加精确。

本发明中，位移测量传感器6对振动进行采集，所采集的信号通过放大，将信号输入到计算机，然后在计算机中通过FFT软件(快速幅里埃变换软件)对该信号进行谱分析，以确定钢轨的自振频率和阻尼系数。该数据可与已有标定数据曲线进行对比，判断所测试点钢轨中的纵向力大小，并预测无缝线路的稳定性。标定数据的获取可以通过实验室内对各种轨道结构类型(如不同的钢轨、不同的轨枕等)和在各种钢轨纵向力条件下进行标定后得到相应的标定曲线，该标定曲线可以储存于计算机中进行自动对比，在标定曲线中应注明钢轨的失稳区段。

本发明的有益效果：本发明所提供的方法可根据具体要求进行多点实测，不影响轨道结构和列车运行，可以在钢轨承受纵向拉力或承受纵向压力的状态下测试，不受钢轨锁定轨温的影响，容易实施，便于操作。

附图说明

图1为本发明的结构图示。

图2为实施例1预先标定的纵向力与振动频率标准关系曲线图。

图3为实施例2预先标定的纵向力与阻尼系数标准关系曲线图。

图中标号：1为测试区段，2为钢轨，3为扣件，4为橡胶垫板，5为轨枕，6为位移测量传感器，7为冲击力。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1：

在无缝线路钢轨纵向力测试时，先将所测试区段1的钢轨扣件3松开去掉，然后将扣件下的轨下橡胶垫板4取出，使测试区段的钢轨2腾空于轨枕5，扣件松开长度为10.4米。在测试段中部的钢轨上安设位移测量传感器6，然后用力锤敲击该处钢轨，对钢轨产生一冲击力7，使钢轨产生自由振动。通过数据采集系统记录由传感器6采集的钢轨的振动波形，测定振动的自振频率，并与标准关系曲线对比，在频率标准曲线中找出对应频率的钢轨纵向力，将两个结果进行比较，求得所测试钢轨的实际纵向力值，钢轨为60公斤/米，通过实验室标定的纵向力与振动频率标准关系曲线(如图2)，根据实际测试的振动响应频率对照图2，可以求得钢轨中的纵向力。测试结果如表1所示。

表1 钢轨纵向力测试结果示例(负数表示压力)

 

振动响应频率(Hz)	纵向力(kN)
		9.24	611.5
8.36	94.08
		8.20	0
7.96	-141.1
		7.80	-235.2

标准关系曲线可以在实验室或现场通过标定的方法预先获取。即可选取一段无缝线路轨道，钢轨为60公斤/米，扣件松开长度为10.4米，对钢轨进行应力放散，在钢轨一端设置加力装置，分别对轨道施加不同的载荷，使钢轨中产生所要求的纵向力，然后按照上述的方法测定对应的阻尼系数和自振频率，这样建立了钢轨纵向力与振动响应阻尼的关系曲线和钢轨纵向力与振动频率的关系曲线。

实施例2：

在无缝线路钢轨纵向力测试时，先将所测试区段1的钢轨扣件3松开去掉，然后将扣件下的轨下橡胶垫板4取出，使测试区段的钢轨2腾空于轨枕5，扣件松开长度为8.4米。在测试段中部的钢轨上安设位移测量传感器6，然后用力锤敲击该处钢轨，对钢轨产生—冲击力7，使钢轨产生自由振动。通过数据采集系统记录由传感器6采集的钢轨的振动波形，对所测的波形进行计算得到钢轨振动响应的阻尼系数，并与标准关系曲线对比，在阻尼标准曲线中找出对应阻尼值的钢轨纵向力，将结果进行比较，求得所测试钢轨的实际纵向力值，钢轨为60公斤/米，通过实验室标定纵向力与振动阻尼系数关系曲线如图3，根据实际测试的振动阻尼系数对照图3，可以求得钢轨中的纵向力。测试结果如表2所示。

表2 钢轨纵向力测试结果示例(负数表示压力)

 

阻尼系数	纵向力(kN)
		0.0421	323.36
0.0528	141
		0.0573	0
0.0592	-94
		0.0603	-188

本发明所提供的方法可根据具体要求进行多点实测，测试方法相同，这里不一一列举。

Claims (2)

1、一种无缝线路轨道结构钢轨纵向力的测试方法，其特征是具体步骤如下：

任选一段钢轨作为测试区段，在其上安置位移测量传感器，通过对该段钢轨施加一动力，激励其产生振动响应，根据对位移测量传感器所测的波形进行计算，得到钢轨振动响应的阻尼系数，将得到阻尼系数与预先制定的阻尼系数-纵向力标准关系曲线对比，在标准关系曲线中找出对应的钢轨纵向力，即可求得所测试钢轨的实际纵向力。

2、根据权利要求1所述的无缝线路轨道结构钢轨纵向力的测试方法，其特征是所述测试区段长度为3～20m。

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