鐵路軌道剛度的確定方法探討

王斌

摘?要：“一帶一路”的發(fā)展，給中國(guó)制造走出國(guó)門(mén)，帶來(lái)了廣闊的國(guó)際舞臺(tái)。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)制度，中國(guó)技術(shù)在“一帶一路”沿線國(guó)家政府和人民中得到了充分的認(rèn)可和信賴(lài)。比如肯尼亞標(biāo)軌蒙內(nèi)鐵路建設(shè)過(guò)程主要應(yīng)用的是我國(guó)國(guó)產(chǎn)裝備和工業(yè)產(chǎn)品，這充分發(fā)揮了帶動(dòng)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)產(chǎn)裝備“走出去”的作用。本文圍繞鐵路軌道的確定方法進(jìn)行了探討。首先，對(duì)鐵路整體軌道的定義進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，并列舉出幾種測(cè)量軌道剛度的方法，最終敲定高速鐵路軌道剛度的確定方法，以保證鐵路軌道剛度測(cè)量的準(zhǔn)確性，維護(hù)建設(shè)所在國(guó)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，豎立中國(guó)制造品牌效應(yīng)，增強(qiáng)中國(guó)裝備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：鐵路軌道，軌道剛度，允許應(yīng)力法，允許變形法，臨界速度法

文章編號(hào)：2095-4085（2020）02-0021-02

測(cè)量鐵路軌道剛度，就是利用一定的測(cè)量方法，確定軌道的剛度，測(cè)量出的數(shù)據(jù)要具有極高的準(zhǔn)確性，這就要求測(cè)量的條件及環(huán)境均在正常范圍內(nèi)，也要確?；疖?chē)承載的貨物量在標(biāo)準(zhǔn)載荷范圍內(nèi)。從近些年我國(guó)鐵路運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展形式上看，此行業(yè)技術(shù)人員在技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)方面日漸成熟，相關(guān)技術(shù)人員研究出了多種鐵路軌道剛度的測(cè)量方法，并將測(cè)量方法用在了實(shí)踐工作之中，從而取得了較大的成效。但是，鐵路相關(guān)技術(shù)人員研究出的鐵路剛度計(jì)算方法仍存在很多弊端，雖然在理論推算上并不存在問(wèn)題，可一旦應(yīng)用到實(shí)際生活中，就會(huì)出現(xiàn)各種缺陷，難以保證測(cè)量工作的準(zhǔn)確性，本文就是站在客觀的角度對(duì)軌道剛度的測(cè)量方法進(jìn)行分析，并選出可行性最高的方法，作為測(cè)量軌道剛度最終的確定方法，以供參考。

1?軌道整體剛度的定義介紹

通常，相關(guān)技術(shù)人員計(jì)算軌道整體剛度的方式是，當(dāng)火車(chē)劃過(guò)鐵軌之時(shí)，會(huì)將自身所有重量集中起來(lái)，鐵軌在此時(shí)便承載了火車(chē)所有的重量，這種重量會(huì)將軌道壓彎，在軌道被壓下沉的那一刻，相關(guān)技術(shù)人員便用一定的方法測(cè)量出軌道所承載的負(fù)荷，而這一集中負(fù)荷P就是測(cè)量所得的數(shù)值，鋼軌的整體剛度測(cè)量公式為，K=P/Zmax，其中，Zmax表示的是鋼軌在集中負(fù)荷的施壓中下沉的最大值。

由力學(xué)及熱力學(xué)的知識(shí)可得，鐵軌受壓變形這一過(guò)程需要消耗很多能量，能量消耗的越多，證明鐵軌的剛度越弱。這代表著剛度越強(qiáng)的鐵軌彈性越大，而其承載力也強(qiáng)，所產(chǎn)生的其它力就小，消耗的能量也少。鐵軌剛度與車(chē)輛的質(zhì)量成正比，車(chē)輛在彈簧下的質(zhì)量越大，就代表鐵軌承載力越強(qiáng)，鐵軌的剛度越高?；疖?chē)在彈簧下質(zhì)量產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)壓力，軌道受壓耗能以及軌道剛度的變量，研究三者之間存在的正負(fù)比關(guān)系，將三者關(guān)系以更為直接具象的方式呈現(xiàn)在人們面前時(shí)可知，當(dāng)鐵軌的剛度越小時(shí)，彈簧下質(zhì)量產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)壓力就越小，鐵軌的耗能就越大，久而久之，鐵軌就會(huì)在長(zhǎng)期受壓下變形，這不僅會(huì)增加鐵路維修工人的工作負(fù)擔(dān)，還會(huì)使得人們的生命財(cái)產(chǎn)安全受威脅。而當(dāng)鐵路剛度變大時(shí)，彈簧下質(zhì)量產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)壓力就越大，在此時(shí)，雖然鐵軌耗能變小，鐵軌變形程度也變小，但是這種現(xiàn)象會(huì)造成鋼軌與軌枕受力發(fā)生斷裂。

2?測(cè)量軌道鋼度的方法

2.1?測(cè)量剛度的允許應(yīng)力法

此種方法是由彈簧下質(zhì)量產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)壓力計(jì)算出鐵軌的最適剛度值，鐵軌的最大彎曲力用σmax表示，而用Wg則是鐵軌的下部斷面系數(shù)，根據(jù)這幾者之間的變量關(guān)系可得出軌道剛度的最終確定結(jié)果。

2.2?計(jì)算軌道剛度的允許變形法

軌道會(huì)在火車(chē)質(zhì)量的擠壓下變形，這時(shí)會(huì)給軌道產(chǎn)生一定的力，這些力可以將火車(chē)軌道產(chǎn)生的一些熱量吸收，這樣一來(lái)，將不會(huì)給軌道帶來(lái)太大的損傷，然而，軌道變形程度要控制在一定的范圍之內(nèi)，國(guó)內(nèi)外也細(xì)分出了變形標(biāo)準(zhǔn)，以為相關(guān)技術(shù)人員做考量，法國(guó)鐵路局規(guī)定，鐵軌的變形程度要控制在1mm之內(nèi)，其他國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)制定各不相同，但也均與法國(guó)制定的變形標(biāo)準(zhǔn)相近。而鐵軌硬度的計(jì)算結(jié)果是受到軌道變形程度控制的，可以說(shuō)，鐵軌的變形標(biāo)準(zhǔn)是確定標(biāo)準(zhǔn)鐵軌剛度的不變參數(shù)[1]。

2.3?用臨界速度法計(jì)算軌道硬度

臨界速度法與允許變形法略有不同，但是測(cè)量方法相似，均是以鐵軌的變形程度為主要的度量參數(shù)。然而，臨界速度法需要的數(shù)值是鐵軌在速度達(dá)到最大時(shí)，對(duì)鐵軌產(chǎn)生的壓力導(dǎo)致的變形值。后者是在正常運(yùn)行或是靜止時(shí)測(cè)得的鐵軌變形值，二者測(cè)量本質(zhì)相同，均需要變形程度維持在一定的范圍內(nèi)，鐵軌變形的程度一旦超出正常標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)造成嚴(yán)重的運(yùn)行事故。用臨界速度法計(jì)算軌道硬度是有具體的公式的，公式計(jì)算結(jié)果為，U=m2v4cr/4EI，m表示單位程度內(nèi)測(cè)得的總質(zhì)量，經(jīng)過(guò)這一公式測(cè)量出的鐵軌剛度的準(zhǔn)確性極高，這一測(cè)量方法使用起來(lái)也較為簡(jiǎn)單，計(jì)算所需要的變量因素又少，能夠很輕易的將結(jié)果計(jì)算出來(lái)，然而，這種計(jì)算方法需要在特定的環(huán)境中進(jìn)行，用這種方式測(cè)量的軌道土基較為松軟，稀疏，所測(cè)得數(shù)值也更有實(shí)際性意義。

3?高速鐵路軌道剛度的確定方法

高速鐵路的建設(shè)是運(yùn)輸行業(yè)新型的技術(shù)改革，高速鐵路的性能比較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)搭配的也較為科學(xué)，合理，其以運(yùn)輸?shù)陌踩詾榍疤幔M(jìn)而不斷提升自身技術(shù)，使得乘客有了較為特別的乘坐感受，乘客在坐高速鐵路出行時(shí)，能明顯的感覺(jué)此車(chē)更為舒適，運(yùn)行速度也更快。高速鐵路作為一種漸進(jìn)性的高端技術(shù)，其軌道的結(jié)構(gòu)均是以傳統(tǒng)的鐵路結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，在其中融入各種高新科技，使得此車(chē)軌有了質(zhì)的飛躍，高速鐵路的鐵路結(jié)構(gòu)剛度值也比傳統(tǒng)的鐵軌剛度值大。

對(duì)于高速鐵路而言，保證此車(chē)軌結(jié)構(gòu)構(gòu)建合理，性能安全的主要方式便是增大鐵軌的剛度，高速鐵路鐵軌分為兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)，高速鐵軌建設(shè)人員為了增大道床路基的剛度，減小高速列車(chē)質(zhì)量對(duì)鐵軌的變形損傷，就運(yùn)用了技術(shù)降低了基板的剛度，法國(guó)將軌道剛度設(shè)定在了100kN/mm-1以?xún)?nèi)，我國(guó)高速鐵軌的剛度也是借鑒了此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)的。

4?結(jié)?語(yǔ)

綜上所述，確定鐵路軌道剛度的測(cè)量計(jì)算方法對(duì)我國(guó)鐵路運(yùn)輸業(yè)而言，具有重要意義，國(guó)外有很多的有碴軌道鋪設(shè)案例，其在鐵軌的剛度測(cè)量方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)鐵路行業(yè)雖然有著豐富的理論測(cè)量方法，可在進(jìn)行實(shí)際測(cè)量工程時(shí)卻存在很多的弊端，我國(guó)技術(shù)人員應(yīng)該借鑒國(guó)外的鐵軌剛度測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，制定出各種鐵軌鋪設(shè)方案，以確保列車(chē)鐵軌結(jié)構(gòu)的科學(xué)性，增強(qiáng)鐵軌性能的穩(wěn)定性，保障乘客的生命財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐金輝.高速車(chē)輛——軌道耦合系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)分析及軌道不平順評(píng)價(jià)方法研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2016.