低頻橫向磁通感應加熱系統(tǒng)在無縫線路鎖定軌溫控制技術中的應用性研究.pdf

1、隨著我國高速、重載鐵路的大面積推廣，無縫線路乃至超長無縫線路被人們接受并得到實際應用，是世界鐵路軌道結構的發(fā)展方向。為了保證無縫線路軌道的使用壽命及確保行車安全，對于無縫線路技術的研究顯得越發(fā)重要。 自然環(huán)境條件下的溫度變化會在鋼軌內部產(chǎn)生拉伸應力，影響無縫線路軌道的穩(wěn)定性。因此在鋪設無縫線路時，鋼軌溫度需要保持在一定的范圍內，以避免惡劣氣候條件下鋼軌內部產(chǎn)生的拉伸應力對其產(chǎn)生的損害。鎖定軌溫即在鋼軌內部沒有應力時，對鋼軌進行鎖

2、定時的軌溫，也叫零應力軌溫。對于我國北部寒冷地區(qū)，一年內有較長時間環(huán)境溫度低于鎖定軌溫(25～30℃)，在此種情況下鋪設無縫線路軌道時若不進行鎖定軌溫的控制，鋼軌在日后會由于溫度變化過大積蓄過量的溫度應力，從而影響軌道壽命、危及行車安全，因此對于無縫線路軌道鋪設作業(yè)過程中的鎖定軌溫控制技術是我國無縫線路軌道發(fā)展亟需解決的課題之一。 目前，歐洲通常采用溫度控制法進行無縫線路軌道鎖定軌溫的控制。該方法利用丙烷-丁烷混合氣體火焰加熱無

3、縫線路軌道，該方法易于操作、工序簡單，但由于其是通過熱傳導方法加熱鋼軌，因此對鋼軌表面?zhèn)^大，且熱傳導方式易導致鋼軌內部應力不均的問題。 在我國最為常用的方法是利用拉伸機拉伸鋼軌以達到鎖定軌溫允許的長度范圍。拉伸法具有軌溫控制準確、受施工環(huán)境條件影響較小等特點；但存在操作工序相對復雜、施工時間較長、鋼軌內部應力分布不均勻等缺點。 本文采用低頻橫向磁通感應加熱技術在鋼軌內部通過渦流的熱效應加熱鋼軌以達到控制鋼軌鎖定軌溫的

4、目的，該方法解決了長期以來鎖定軌溫控制技術中鋼軌內部應力分布不均勻的問題。電磁感應加熱技術具有非接觸式加熱、高效、環(huán)保、節(jié)能等一系列優(yōu)點，且由于被加熱工件成為熱源對自身進行加熱，其熱量傳遞變得更加高速快捷。 本文主要對低頻橫向磁通感應加熱系統(tǒng)在無縫線路軌道控制鎖定軌溫技術上的實用性和可靠性進行了理論分析及實驗驗證，主要研究內容如下： 1.研究了低頻橫向磁通感應加熱系統(tǒng)的工作頻域范圍，利用集膚效應理論及透熱深度計算公式，結

5、合鋼軌材料磁飽和特性分析，確定了系統(tǒng)工作頻率范圍(50～600Hz)，使低頻橫向磁通感應加熱系統(tǒng)的加熱效率 及工作質量得到保證。 2.利用有限元軟件建立了低頻橫向磁通感應加熱系統(tǒng)模型，采用電磁-熱間接耦合方法分析被加熱工件(鋼軌)的渦流場、溫度場分布情況以及系統(tǒng)工作過程中的熱流走勢，并利用測溫實驗驗證、校正了有限元分析模型。根據(jù)有限元計算結果優(yōu)化了低頻橫向磁通感應加熱系統(tǒng)結構設計、加載激勵參數(shù)，提出了有效提高系統(tǒng)加熱效率

6、的可行性方案，為低頻橫向磁通感應加熱系統(tǒng)性能的進一步提高提供了經(jīng)驗指導。 3.利用內外力矩平衡理論建立了無縫線路軌道靜態(tài)穩(wěn)定性模型。結合壓桿穩(wěn)定性分析及溫度力公式計算鋼軌模型失穩(wěn)臨界邊界條件，通過計算分析，給出了鋼軌靜態(tài)穩(wěn)定性模型失穩(wěn)臨界溫升，用以限定、優(yōu)化低頻橫向磁通感應加熱系統(tǒng)在控制鎖定軌溫作業(yè)時的工作模式。 4.對低頻電磁感應加熱方法應用于無縫線路鋪設作業(yè)鎖定軌溫控制技術的可行性進行了評估，為低頻電磁感應加熱方法在