低頻橫向磁通感應(yīng)加熱系統(tǒng)在無縫線路鎖定軌溫控制技術(shù)中的應(yīng)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(yīng)用，是世界鐵路軌道結(jié)構(gòu)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(shù)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(nèi)部產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，影響無縫線路軌道的穩(wěn)定性。因此在鋪設(shè)無縫線路時，鋼軌溫度需要保持在一定的范圍內(nèi)，以避免惡劣氣候條件下鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力對其產(chǎn)生的損害。鎖定軌溫即在鋼軌內(nèi)部沒有應(yīng)力時，對鋼軌進(jìn)行鎖

2、定時的軌溫，也叫零應(yīng)力軌溫。對于我國北部寒冷地區(qū)，一年內(nèi)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(shè)無縫線路軌道時若不進(jìn)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(yīng)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(shè)作業(yè)過程中的鎖定軌溫控制技術(shù)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(jìn)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(dǎo)方法加熱鋼軌，因此對鋼軌表面?zhèn)^大，且熱傳導(dǎo)方式易導(dǎo)致鋼軌內(nèi)部應(yīng)力不均的問題。 在我國最為常用的方法是利用拉伸機(jī)拉伸鋼軌以達(dá)到鎖定軌溫允許的長度范圍。拉伸法具有軌溫控制準(zhǔn)確、受施工環(huán)境條件影響較小等特點(diǎn)；但存在操作工序相對復(fù)雜、施工時間較長、鋼軌內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻等缺點(diǎn)。 本文采用低頻橫向磁通感應(yīng)加熱技術(shù)在鋼軌內(nèi)部通過渦流的熱效應(yīng)加熱鋼軌以達(dá)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(shù)中鋼軌內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻的問題。電磁感應(yīng)加熱技術(shù)具有非接觸式加熱、高效、環(huán)保、節(jié)能等一系列優(yōu)點(diǎn)，且由于被加熱工件成為熱源對自身進(jìn)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(yīng)加熱系統(tǒng)在無縫線路軌道控制鎖定軌溫技術(shù)上的實用性和可靠性進(jìn)行了理論分析及實驗驗證，主要研究內(nèi)容如下： 1.研究了低頻橫向磁通感應(yīng)加熱系統(tǒng)的工作頻域范圍，利用集膚效應(yīng)理論及透熱深度計算公式，結(jié)

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(yīng)加熱系統(tǒng)的加熱效率 及工作質(zhì)量得到保證。 2.利用有限元軟件建立了低頻橫向磁通感應(yīng)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(jié)果優(yōu)化了低頻橫向磁通感應(yīng)加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)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(yīng)加熱系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高提供了經(jīng)驗指導(dǎo)。 3.利用內(nèi)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(jié)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(yīng)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(yīng)加熱方法應(yīng)用于無縫線路鋪設(shè)作業(yè)鎖定軌溫控制技術(shù)的可行性進(jìn)行了評估，為低頻電磁感應(yīng)加熱方法在