基于振動理論的鐵路無縫線路溫度力檢測方式研究.pdf

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

2、快速準、準確識別無縫線路長軌條內部的溫度力是當前國內外關于軌道運營安全監(jiān)測方面一個重要的研究課題。
　　本論文根據(jù) Timoshenko梁理論，推導得到了移動諧荷載作用下周期支承鋼軌的豎向及橫向振動微分方程。通過周期結構波數(shù)有限元方法，分析得到了在分析頻率范圍（0~5000Hz）內，周期離散支承鋼軌各階共振頻率與軸向溫度力之間的關系。同時，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上述各階共振頻率的影響。文章的主要結論如

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，通過檢測鋼軌共振頻率的變化以分析得到無縫線路鋼軌內部溫度力的檢測方式是可行的。
　?。?）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/℃。
　　（3）考慮軌下墊板剛度及道床剛度變化的影響時，其主要影響周期離散支承鋼軌的第1，2，4階共振頻率，而對第3，5階共振頻率的影響較小。其主要是因為第3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，結合結論（2），同時考慮到高頻范圍內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第3階共振頻率作為無縫線路溫度力的振動評價指標更為合適。
　　（4）通過分析軌枕間距變化對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。然而對于較大的軌枕間距，鋼軌各階共振頻率對溫度力的變化更為敏感。
　　（5）周期離散支承鋼軌豎向振動第一、二階共振頻率隨著鋼軌標號的增大而減小，第三~五階共振頻率

6、則隨著鋼軌標號的增大而增大。因而，采用振動法檢測無縫線路鋼軌內部溫度力時需提前對軌枕間距及鋼軌類型進行標定。
　　綜上，通過分析軸向溫度力變化以及軌下支承結構剛度變化對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的第三階共振頻率（分別為1080Hz，570Hz）作為振動法測無縫線路溫度力的評價指標。此外，通過軌道結構參數(shù)變化對軌道結構振動特性影響的分析，亦可將周期離散支承鋼軌豎向振動第一階及第二階共振