長鋼軌普通平車運輸裝載加固方案試驗與測試

殷 濤，丁文贏

（中國鐵道科學(xué)研究院 運輸及經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100081）

為解決高速鐵路和客運專線建設(shè)的軌道平順性問題，鋼廠生產(chǎn)100 m長鋼軌運輸至焊軌基地，焊接成500 m長鋼軌后鋪設(shè)到路基上。由于專用車運輸成本相對較高，且國內(nèi)T11專用車資源有限，不能充分適應(yīng)我國高速鐵路建設(shè)的鋼軌運輸需要。2003年以來，鐵道部組織100 m和500 m長鋼軌普通平車運輸裝載加固方案理論研究、技術(shù)攻關(guān)和科學(xué)試驗。本文對長鋼軌普通平車運輸中的試驗部分進(jìn)行介紹：長鋼軌普通平車運輸方案試驗分為三大部分，包括裝載加固性能試驗、鋼軌運輸車組動力學(xué)試驗、小半徑曲線及道岔動力響應(yīng)試驗。

1 裝載加固性能試驗

裝載加固性能試驗的目的主要是驗證長鋼軌普通平車運輸方案中，新研制的裝載加固裝置是否滿足鐵路運輸長鋼軌的安全需要。試驗主要包括樣品靜態(tài)結(jié)構(gòu)強度測試、沖擊試驗、動態(tài)測試和制動試驗。

1.1 靜態(tài)結(jié)構(gòu)強度測試

裝載加固裝置靜態(tài)結(jié)構(gòu)強度測試的主要目的，是檢驗座架強度是否滿足相關(guān)規(guī)定和設(shè)計要求。從試制樣品中隨機(jī)抽取2臺座架，至少1臺為鎖定座架。將2臺座架分別置于2輛普通平車上，如圖1所示。根據(jù)強度計算結(jié)果，在座架各危險部位 (底梁中部、立板及立板底部) 粘貼電阻應(yīng)變片，連接應(yīng)變儀調(diào)零后，逐層正向加載60 kg/m的25 m鋼軌，記錄各測點應(yīng)力變化情況。加載完成后保持載荷10 min后卸載，目測檢查所有隔梁、座架是否存在永久性變形。

圖1 鋼軌靜態(tài)加載示意圖

1.2 沖擊試驗

用機(jī)車推動1輛滿載、標(biāo)記載重為70 t敞車，達(dá)到一定速度后將其溜放，沖擊停在平直線路上的長鋼軌車組 (靠近鎖定車的車組端部為沖擊端)，用鐵鞋限制沖擊后長鋼軌車組的移動距離，見圖2。試驗開始前，在座架立柱根部及其他危險部位粘貼應(yīng)變片。先以2 km/h速度試沖擊1次，檢查設(shè)備的連接情況，再分別以3 km/h、4 km/h、5 km/h、6 km/h速度級沖擊，每個速度級沖擊2次，使用應(yīng)變儀記錄各測點應(yīng)力變化情況。沖擊試驗結(jié)束后，檢查座架及緊固裝置狀態(tài)，測量長鋼軌相對緊固裝置的縱向位移，檢查座架的加固狀態(tài)。

圖2 沖擊試驗工況示意圖

1.3 動態(tài)測試

動態(tài)測試的主要目的，是檢驗長鋼軌普通平車運輸方案實際運用效果是否滿足相關(guān)規(guī)定和安全的要求。動態(tài)測試內(nèi)容包括：主要座架結(jié)構(gòu)動應(yīng)力、車輛和鋼軌縱向加速度、鋼軌縱向和橫向位移、座架縱向和橫向位移，以及長鋼軌、專用座架與加固材料的裝載加固狀態(tài)。

座架結(jié)構(gòu)動應(yīng)力測試方法是在整組長鋼軌裝車前，根據(jù)強度計算結(jié)果，在運輸過程中受力 (橫向力、縱向力) 較大的座架危險部位 (如立柱根部、底梁中部、立板及立板底部) 粘貼電阻應(yīng)變片，連接應(yīng)變儀調(diào)零，然后按照裝載方案裝車，記錄各測試點在長鋼軌裝載、運輸過程中的應(yīng)力變化情況。

在車體中部和靠近鎖緊裝置的長鋼軌上安裝加速度傳感器，測量在運輸途中車輛和長鋼軌的縱向加速度值。在鋼軌端部、鋼軌層間、鎖定裝置及座架附近以標(biāo)畫檢查線方式，通過測量長鋼軌相對車輛的縱向位移、鋼軌各層間的縱向位移、各層長鋼軌相對于鎖緊裝置的縱向位移以及各層之間的橫向位移，來判斷鋼軌的加固狀態(tài)；同時，通過測量鎖定座架、滑動座架相對各車輛的縱向位移和橫向位移，來判斷座架的加固狀態(tài)。

為了實時監(jiān)測長鋼軌、專用座架及加固材料裝載加固狀態(tài)，在每組長鋼軌兩端安裝攝像頭，確保長鋼軌、專用座架及加固材料裝載加固狀態(tài)在運輸途中安全可靠。

1.4 制動試驗

制動試驗是檢查鋼軌在緊急制動條件下裝載加固的可靠性。試驗時應(yīng)在列車完全進(jìn)入直線線路時制動，制動初始速度分別為20 km/h和30 km/h。

1.5 裝載加固性能測試評價標(biāo)準(zhǔn)

（1）座架應(yīng)力測試值不大于規(guī)定許用應(yīng)力值。

（2）運行試驗時，鋼軌與鎖緊裝置無明顯相對位移；沖擊與制動試驗時，鋼軌與鎖緊裝置的相對位移滿足《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》相關(guān)規(guī)定。

（3）長鋼軌、座架加固狀態(tài)良好，無加固材料永久變形或損傷。

（4）長鋼軌裝載狀態(tài)良好，各層鋼軌擺放整齊，無相互擠爬現(xiàn)象。

2 鋼軌運輸車組動力學(xué)試驗

該項試驗是測試車輛在不同工況下的動力學(xué)性能指標(biāo)，對車輛運行安全性和平穩(wěn)性進(jìn)行評價。按照GB 5599-85《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗鑒定規(guī)范》要求，車輛動力學(xué)性能測試主要包括輪軌力測試、振動橫向和垂向加速度測試和搖枕彈簧位移測試。

2.1 測試內(nèi)容

（1）輪軌力測試。測試輪軌橫向力、垂向力，計算脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪軸橫向力。

（2）振動加速度及運行平穩(wěn)性測試。測試車體的橫向、垂向振動加速度，計算其橫向、垂向平穩(wěn)性指標(biāo)。

（3）搖枕彈簧位移測試。測試搖枕彈簧垂向位移，計算動靜撓度比。

2.2 測點布置

當(dāng)長鋼軌裝載加固方案車組的車輛總數(shù)少于10輛時，更換車組前進(jìn)方向第1、2車第1軸的測力輪對，測試輪軌力；在第1、2車的前心盤內(nèi)側(cè)、距心盤中心線小于1 000 mm的車底架中梁下蓋板上，布置加速度傳感器，測試橫向、垂向加速度；在1、2車的前搖枕左右側(cè)分別布置位移傳感器，測試搖枕彈簧垂向位移。

當(dāng)長鋼軌裝載加固方案車組的車輛總數(shù)大于10輛時，除在第1、2車布置上述測點外，還要每隔10輛車布置測力輪對、加速度傳感器和位移傳感器。

2.3 測試工況

（1）小半徑曲線及道岔試驗。測試通過半徑不大于300 m 的S形曲線及9號道岔、12號道岔的工況。

（2）運行試驗。測試直線、曲線、側(cè)向通過道岔的工況。

2.4 車輛動力學(xué)性能評價標(biāo)準(zhǔn)

（1）運行穩(wěn)定性。脫軌系數(shù)：Q/P ≤ 1.2，當(dāng)Q/P＞1.2時，停止提速；輪重減載率：△P/P—≤ 0.65，當(dāng)△P /P—＞0.8 (連續(xù)兩個峰值減載) 時，停止提速；輪軸橫向力：H≤0.85(15+(Pst1+Pst2)/2)。其中：Q為輪軌橫向力，kN；H為輪軸橫向力，kN；P為輪軌垂向力，kN；Pst1、Pst2為1、2位輪的靜載荷，kN；△P為輪重減載量，kN；為1、2位輪的平均輪重，kN。

（2）運行平穩(wěn)性。橫向加速度不大于0.5 g，垂向加速度不大于0.7 g。每100 km試驗區(qū)段內(nèi)超限個數(shù)不大于3個為合格。垂直、橫向平穩(wěn)性指標(biāo)W為：W＜3.5時為優(yōu)，3.5≤W＜4.0時為良，4.0≤W＜4.25為合格。

（3）轉(zhuǎn)向架彈簧動靜撓度比。Kf=fd/fst≤0.7，其中：fd為彈簧動撓度，mm；fst為彈簧靜撓度，mm。

3 小半徑曲線及道岔動力響應(yīng)試驗

測試長鋼軌列車通過道岔尖軌尖端和導(dǎo)曲線時，輪軌間的動力響應(yīng)和軌道結(jié)構(gòu)的橫向變形，以對列車運行的安全性和軌道橫向穩(wěn)定性進(jìn)行評價。

3.1 試驗內(nèi)容

（1）輪軌力測試。測量輪軌橫向力及垂向力，并計算脫軌系數(shù)、輪重減載率、輪軸橫向力。

（2）鋼軌橫向位移和動態(tài)軌距擴(kuò)大量測試。在曲線軌道的上、下股鋼軌上安裝位移計，測試鋼軌軌頭相對于基樁的橫向位移，計算動態(tài)軌距擴(kuò)大量。

（3）軌枕橫向位移測試。在曲線軌道的上股一側(cè)軌枕上安裝位移計，對軌枕相對于基樁的橫向位移進(jìn)行測試。

3.2 測點布置

對小半徑曲線，在1組連續(xù)反向小半徑曲線 (曲線半徑不大于300 m，夾直線長度≤20 m，緩和曲線超高順坡率不大于 1/ (8 Vmax)，其中Vmax為線路容許速度，km/h) 的圓曲線地段各布置1個輪軌力測試斷面，對應(yīng)布置鋼軌橫向位移1個斷面和相鄰2根軌枕的橫向位移測點，總共布置16個測點。

在9號和12號單開道岔的尖軌尖端和導(dǎo)曲線地段各布置1個輪軌力測試斷面，對應(yīng)布置鋼軌橫向位移1個斷面和相鄰2根軌枕的橫向位移測點。

3.3 試驗工況

對于小半徑曲線，試驗速度及試驗次數(shù)為：5 km/h時1次，35 km/h時2次，50 km/h、60km/h、70 km/h時各3次。

對于9號側(cè)岔：5 km/h時1次，10 km/h、20 km/h時各2個往返，30 km/h時3個往返。

對于12號側(cè)岔：5 km/h時1次，25 km/h、35 km/h時各2個往返，45 km/h時3個往返。

以上各工況試驗次數(shù)為最少試驗次數(shù)，可根據(jù)實際試驗情況進(jìn)行調(diào)整。

3.4 評價標(biāo)準(zhǔn)

參考GB 5599-85《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗鑒定規(guī)范》和TB/T 2489-94 《輪軌水平力、垂直力地面測試方法》，對列車運行安全性和軌道橫向穩(wěn)定性提出表1評定標(biāo)準(zhǔn)。

表1 評定標(biāo)準(zhǔn)

長鋼軌普通平車運輸方案研究由裝載50 m道岔軌、100 m定尺鋼軌到500 m定尺鋼軌，由梯形方案發(fā)展到矩形方案，先后進(jìn)行了多次科學(xué)試驗。試驗測試數(shù)據(jù)為方案完善提供了理論依據(jù)，同時也驗證了方案設(shè)計的正確性，確保了長鋼軌通過普通平車運輸?shù)陌踩煽俊?/p>