基于振動(dòng)理論的鐵路無(wú)縫線路溫度力檢測(cè)方式研究.pdf

1、無(wú)縫線路能極大程度的減少鋼軌接頭數(shù)量，這對(duì)提高列車運(yùn)行的安全性、舒適性、延長(zhǎng)車輛軌道部件使用壽命具有十分積極的意義，因而其被廣泛應(yīng)用于既有線提速改造、新建客運(yùn)專線及高速鐵路中。然而，當(dāng)鋼軌溫度發(fā)生變化時(shí)，無(wú)縫線路中的長(zhǎng)鋼軌由于受到道床阻力及扣件阻力作用而不能自由伸縮，此時(shí)會(huì)在長(zhǎng)鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生軸向溫度力。當(dāng)鋼軌內(nèi)部的溫度力達(dá)到一定程度時(shí)，加之軌道結(jié)構(gòu)自身存在一定缺陷，則極易造成無(wú)縫線路脹軌跑道或鋼軌折斷，為列車的安全運(yùn)行埋下隱患。因此，如何

2、快速準(zhǔn)、準(zhǔn)確識(shí)別無(wú)縫線路長(zhǎng)軌條內(nèi)部的溫度力是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外關(guān)于軌道運(yùn)營(yíng)安全監(jiān)測(cè)方面一個(gè)重要的研究課題。
　　本論文根據(jù) Timoshenko梁理論，推導(dǎo)得到了移動(dòng)諧荷載作用下周期支承鋼軌的豎向及橫向振動(dòng)微分方程。通過(guò)周期結(jié)構(gòu)波數(shù)有限元方法，分析得到了在分析頻率范圍（0~5000Hz）內(nèi)，周期離散支承鋼軌各階共振頻率與軸向溫度力之間的關(guān)系。同時(shí)，探討了軌下等效支承剛度、軌枕間距以及鋼軌類型等因素對(duì)上述各階共振頻率的影響。文章的主要結(jié)論如

3、下：
　　（1）軸向溫度力與周期離散支承鋼軌的各階共振頻率（包括豎向及橫向）之間存在一定的變化規(guī)律。具體表現(xiàn)為鋼軌的各階共振頻率均隨著軸向溫度拉力的增大而增大，隨軸向溫度壓力的增大而減小。因而，通過(guò)檢測(cè)鋼軌共振頻率的變化以分析得到無(wú)縫線路鋼軌內(nèi)部溫度力的檢測(cè)方式是可行的。
　?。?）在周期離散支承鋼軌的各階共振頻率中，共振頻率越高，其受軸向溫度力的影響越明顯。其中豎向振動(dòng)第3~5階共振頻率隨溫升幅度變化的平均變化率分別為0.

4、0978 Hz/℃，0.1437 Hz/℃以及0.2064 Hz/℃，橫向振動(dòng)第3~5階共振頻率的平均變化率分別為0.189Hz/℃，0.0015/℃以及0.2025/℃。
　?。?）考慮軌下墊板剛度及道床剛度變化的影響時(shí)，其主要影響周期離散支承鋼軌的第1，2，4階共振頻率，而對(duì)第3，5階共振頻率的影響較小。其主要是因?yàn)榈?階及第5階共振頻率分別為鋼軌的第1，2階pinned-pinned共振頻率，其基本不受軌下支承剛度變化的影響

5、。因此，結(jié)合結(jié)論（2），同時(shí)考慮到高頻范圍內(nèi)的共振頻率較難激發(fā)，因而采用周期離散支承鋼軌橫向振動(dòng)第3階共振頻率作為無(wú)縫線路溫度力的振動(dòng)評(píng)價(jià)指標(biāo)更為合適。
　?。?）通過(guò)分析軌枕間距變化對(duì)周期離散支承鋼軌各階共振頻率的影響，鋼軌各階共振頻率均隨著軌枕間距的增大而減小。然而對(duì)于較大的軌枕間距，鋼軌各階共振頻率對(duì)溫度力的變化更為敏感。
　　（5）周期離散支承鋼軌豎向振動(dòng)第一、二階共振頻率隨著鋼軌標(biāo)號(hào)的增大而減小，第三~五階共振頻率

6、則隨著鋼軌標(biāo)號(hào)的增大而增大。因而，采用振動(dòng)法檢測(cè)無(wú)縫線路鋼軌內(nèi)部溫度力時(shí)需提前對(duì)軌枕間距及鋼軌類型進(jìn)行標(biāo)定。
　　綜上，通過(guò)分析軸向溫度力變化以及軌下支承結(jié)構(gòu)剛度變化對(duì)周期離散支承鋼軌各階共振頻率的影響，可考慮將周期離散支承鋼軌豎向及橫向振動(dòng)的第三階共振頻率（分別為1080Hz，570Hz）作為振動(dòng)法測(cè)無(wú)縫線路溫度力的評(píng)價(jià)指標(biāo)。此外，通過(guò)軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性影響的分析，亦可將周期離散支承鋼軌豎向振動(dòng)第一階及第二階共振