铁路轨道刚度的确定方法探讨
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摘 要：“一带一路”的发展，给中国制造走出国门，带来了广阔的国际舞台。中国标准，中国制度，中国技术在“一带一路”沿线国家政府和人民中得到了充分的认可和信赖。比如肯尼亚标轨蒙内铁路建设过程主要应用的是我国国产装备和工业产品，这充分发挥了带动中国标准和国产装备“走出去”的作用。本文围绕铁路轨道的确定方法进行了探讨。首先，对铁路整体轨道的定义进行简单的介绍，并列举出几种测量轨道刚度的方法，最终敲定高速铁路轨道刚度的确定方法，以保证铁路轨道刚度测量的准确性，维护建设所在国人们的生命财产安全，竖立中国制造品牌效应，增强中国装备国际竞争力。
关键词：铁路轨道，轨道刚度，允许应力法，允许变形法，临界速度法
文章编号：2095-4085（2020）02-0021-02
测量铁路轨道刚度，就是利用一定的测量方法，确定轨道的刚度，测量出的数据要具有极高的准确性，这就要求测量的条件及环境均在正常范围内，也要确保火车承载的货物量在标准载荷范围内。从近些年我国铁路运输行业的发展形式上看，此行业技术人员在技术研究与开发方面日渐成熟，相关技术人员研究出了多种铁路轨道刚度的测量方法，并将测量方法用在了实践工作之中，从而取得了较大的成效。但是，铁路相关技术人员研究出的铁路刚度计算方法仍存在很多弊端，虽然在理论推算上并不存在问题，可一旦应用到实际生活中，就会出现各种缺陷，难以保证测量工作的准确性，本文就是站在客观的角度对轨道刚度的测量方法进行分析，并选出可行性最高的方法，作为测量轨道刚度最终的确定方法，以供参考。
1 轨道整体刚度的定义介绍
通常，相关技术人员计算轨道整体刚度的方式是，当火车划过铁轨之时，会将自身所有重量集中起来，铁轨在此时便承载了火车所有的重量，这种重量会将轨道压弯，在轨道被压下沉的那一刻，相关技术人员便用一定的方法测量出轨道所承载的负荷，而这一集中负荷P就是测量所得的数值，钢轨的整体刚度测量公式为，K=P/Zmax，其中，Zmax表示的是钢轨在集中负荷的施压中下沉的最大值。
由力学及热力学的知识可得，铁轨受压变形这一过程需要消耗很多能量，能量消耗的越多，证明铁轨的刚度越弱。这代表着刚度越强的铁轨弹性越大，而其承载力也强，所产生的其它力就小，消耗的能量也少。铁轨刚度与车辆的质量成正比，车辆在弹簧下的质量越大，就代表铁轨承载力越强，铁轨的刚度越高。火车在弹簧下质量产生的动态压力，轨道受压耗能以及轨道刚度的变量，研究三者之间存在的正负比关系，将三者关系以更为直接具象的方式呈现在人们面前时可知，当铁轨的刚度越小时，弹簧下质量产生的动态压力就越小，铁轨的耗能就越大，久而久之，铁轨就会在长期受压下变形，这不仅会增加铁路维修工人的工作负担，还会使得人们的生命财产安全受威胁。而当铁路刚度变大时，弹簧下质量产生的动态压力就越大，在此时，虽然铁轨耗能变小，铁轨变形程度也变小，但是这种现象会造成钢轨与轨枕受力发生断裂。
2 测量轨道钢度的方法
2.1 測量刚度的允许应力法
此种方法是由弹簧下质量产生的动态压力计算出铁轨的最适刚度值，铁轨的最大弯曲力用σmax表示，而用Wg则是铁轨的下部断面系数，根据这几者之间的变量关系可得出轨道刚度的最终确定结果。
2.2 计算轨道刚度的允许变形法
轨道会在火车质量的挤压下变形，这时会给轨道产生一定的力，这些力可以将火车轨道产生的一些热量吸收，这样一来，将不会给轨道带来太大的损伤，然而，轨道变形程度要控制在一定的范围之内，国内外也细分出了变形标准，以为相关技术人员做考量，法国铁路局规定，铁轨的变形程度要控制在1mm之内，其他国家的标准制定各不相同，但也均与法国制定的变形标准相近。而铁轨硬度的计算结果是受到轨道变形程度控制的，可以说，铁轨的变形标准是确定标准铁轨刚度的不变参数[1]。
2.3 用临界速度法计算轨道硬度
临界速度法与允许变形法略有不同，但是测量方法相似，均是以铁轨的变形程度为主要的度量参数。然而，临界速度法需要的数值是铁轨在速度达到最大时，对铁轨产生的压力导致的变形值。后者是在正常运行或是静止时测得的铁轨变形值，二者测量本质相同，均需要变形程度维持在一定的范围内，铁轨变形的程度一旦超出正常标准，就会造成严重的运行事故。用临界速度法计算轨道硬度是有具体的公式的，公式计算结果为，U=m2v4cr/4EI，m表示单位程度内测得的总质量，经过这一公式测量出的铁轨刚度的准确性极高，这一测量方法使用起来也较为简单，计算所需要的变量因素又少，能够很轻易的将结果计算出来，然而，这种计算方法需要在特定的环境中进行，用这种方式测量的轨道土基较为松软，稀疏，所测得数值也更有实际性意义。
3 高速铁路轨道刚度的确定方法
高速铁路的建设是运输行业新型的技术改革，高速铁路的性能比较稳定，结构搭配的也较为科学，合理，其以运输的安全性为前提，进而不断提升自身技术，使得乘客有了较为特别的乘坐感受，乘客在坐高速铁路出行时，能明显的感觉此车更为舒适，运行速度也更快。高速铁路作为一种渐进性的高端技术，其轨道的结构均是以传统的铁路结构为基础，在其中融入各种高新科技，使得此车轨有了质的飞跃，高速铁路的铁路结构刚度值也比传统的铁轨刚度值大。
对于高速铁路而言，保证此车轨结构构建合理，性能安全的主要方式便是增大铁轨的刚度，高速铁路铁轨分为两个主要结构，高速铁轨建设人员为了增大道床路基的刚度，减小高速列车质量对铁轨的变形损伤，就运用了技术降低了基板的刚度，法国将轨道刚度设定在了100kN/mm-1以内，我国高速铁轨的刚度也是借鉴了此标准进行建设的。
4 结 语
综上所述，确定铁路轨道刚度的测量计算方法对我国铁路运输业而言，具有重要意义，国外有很多的有碴轨道铺设案例，其在铁轨的刚度测量方面有着丰富的经验，我国铁路行业虽然有着丰富的理论测量方法，可在进行实际测量工程时却存在很多的弊端，我国技术人员应该借鉴国外的铁轨刚度测量经验，制定出各种铁轨铺设方案，以确保列车铁轨结构的科学性，增强铁轨性能的稳定性，保障乘客的生命财产安全。
参考文献：
[1]徐金辉.高速车辆——轨道耦合系统随机振动分析及轨道不平顺评价方法研究[D].成都：西南交通大学，2016.
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