一种加热融雪道岔临界运行策略试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种加热融雪道岔临界运行策略试验装置及方法，属于铁路融雪技术领域，包括用于构建试验环境的试验箱、道岔试验板、钢轨、加热管道、外部加热源以及设置于道岔试验板内的光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器；光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器平行接触设置，且沿加热管道的轴线方向和深度方向阵列设置，控制器用于控制外部加热源、光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器。本发明专利技术在道岔试验板内沿加热管道的轴线方向和深度方向阵列设置有光纤光栅应变传感器，并获得道岔试验板的温度应力，对比道岔试验板的最大温度应力与道岔试验板强度的关系，确定不同环境温度下加热融雪中所述道岔试验板的临界加热温度。临界加热温度。临界加热温度。

【技术实现步骤摘要】
一种加热融雪道岔临界运行策略试验装置及方法


[0001]本专利技术属于铁路融雪
，特别涉及一种加热融雪道岔临界运行策略试验装置及方法。

技术介绍

[0002]道岔区域尖轨与轨道板间积雪结冰，影响尖轨正常转换，威胁列车运行安全。近年来，随着传热领域的发展，研究人员通过在轨道板内部布置地源热泵加热管或电加热管等加热元件，依靠热量传导融化尖轨与轨道板间的冰雪，较传统的人工法和机械清除法均具有融雪效果好、效率高、可控性强等优点。例如技术专利CN201920003564.9“一种适用于普速铁路的道岔融雪加热装置”和技术专利CN201620870535.9“一种基于地源热泵的铁路道岔融雪装置”等技术公开了将电加热或地源热泵加热管道埋置在道床板内部，通过热量传递实现铁道道岔融雪化冰的目的。以上方法均实现了良好的融雪化冰目的，保障降雪过程中道岔尖轨正常转动。但是这些方法均未考虑温度对轨道造成的应力问题。
[0003]目前，研究人员分析了不同环境条件、不同加热管道布置下加热条件对道岔温度场和融雪化冰性能的影响，并建议采用较高的加热温度来保障融雪性能。然而，加热融雪道岔不仅需关注其融雪化冰功能，更重要的是其力学性能应满足安全需求。本专利技术通过前期试验发现在极端低温环境下采用较高的加热温度，混凝土板在温度应力作用下出现大量裂缝，严重影响道岔的耐久性和安全性。专利技术专利“一种多功能融冰雪路面试验装置及评价方法(CN201610133410.2)”公开了一种多功能融冰雪路面试验装置及评价方法，通过在混凝土预制构件内部埋置加热元件模拟电加热和流体加热，并在加热元件管壁粘贴应变片，获得加热系统融雪化冰性能和管壁附近混凝土的疲劳寿命。该专利技术存在的问题：一是该专利技术针对加热管壁处混凝土的温度应变，然而，道岔结构混凝土的破坏通常发生于表面位置，因此需要进行道岔不同位置的温度应力及破坏特性分析；二是采用电阻应变片监测混凝土内部应变存在困难，电阻应变片通常通过电阻值来反应试件表面在荷载作用下的应变变化，由于电阻应变片的电阻值会随温度发生变化，为保证数据真实性需要进行单独温度补偿应变片的设置，而在混凝土内部温度应变监测时难以设置仅发生温度变化而不产生应变的温度补偿电阻应变片；三是混凝土的温度应力与温度应变并不呈线性关系，因为有一部分混凝土的热膨胀变形为自由变形，并不产生温度应力。
[0004]因此，针对不同的环境条件和管道布置参数，分析加热融雪道岔的温度应力，确定温度应力与道岔混凝土强度匹配时所对应的临界加热参数，可为加热融雪道岔系统运行提供指导，具有较好的现实意义和理论价值。

技术实现思路

[0005]针对上述的问题，本专利技术提供一种加热融雪道岔临界运行策略试验装置及方法，该装置包括：
[0006]用于构建试验环境的试验箱；
[0007]设置于所述试验箱内的道岔试验板；
[0008]设置于所述道岔试验板表面上的钢轨；
[0009]设置于所述道岔试验板内部且位于所述钢轨下方的加热管道；
[0010]设置于所述试验箱外的控制器和用于供所述加热管道加热的外部加热源；
[0011]设置于所述道岔试验板内的光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器；
[0012]其中，所述光纤光栅温度传感器和所述光纤光栅应变传感器平行接触设置，且沿所述加热管道的轴线方向和深度方向阵列设置，所述控制器用于控制所述外部加热源、所述光纤光栅温度传感器和所述光纤光栅应变传感器。
[0013]优选的是，所述加热管道的埋置深度为5cm～20cm，所述加热管道的相邻间距为10cm～30cm，所述加热管道的直径为2cm～4cm。
[0014]优选的是，所述试验箱内设置有温度传感器和风速调节器，且所述控制器用于控制连接所述温度传感器和所述风速调节器。
[0015]本专利技术还提供一种加热融雪道岔临界运行策略试验方法，包括
[0016]根据加热管道设定的间距和埋深，在道岔试验板上对应置入所述加热管道；
[0017]根据光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器的阵列设置，在所述道岔试验板上对应置入所述光纤光栅温度传感器和所述光纤光栅应变传感器；
[0018]利用控制器控制风速调节器向试验箱内吹冷风和雪花，模拟成雪天天气的环境，且通过温度传感器测得所述试验箱内温度达到试验所需环境温度；
[0019]当所述试验箱内温度达到试验所需环境温度，所述控制器启动外部加热源加热加热管道；
[0020]记录光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器的实时数据，并根据公式计算获得不同位置处所述道岔试验板的应变；
[0021]X＝a
·
ΔT+b
·
ε；
[0022]Y＝c
·
ΔT；
[0023]式中：X为光纤光栅应变传感器的波长；Y为光纤光栅温度传感器的波长；T为温度；ε为应变；a，b，c为光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器的系数，通常为固定值；
[0024]根据获得的应变和热弹性力学公式计算获得应力，并根据所述道岔试验板的强度，确定不同温度下加热融雪中所述道岔试验板的临界加热温度。
[0025]优选的是，根据获得的应变和热弹性力学公式计算获得应力，并根据所述道岔试验板的强度，确定不同温度下加热融雪中所述道岔试验板的临界加热温度包括：
[0026]根据热弹性力学公式，所述道岔试验板温度应变受到约束产生温度应力为：
[0027][0028]式中：σ
x
，σ
y
为沿所述道岔试验板长度和高度方向的主应力；ε
x
，ε
y
为沿所述道岔试验板长度和高度方向的主应变；τ
xy
为剪应力；γ
xy
为剪应变；E为所述道岔试验板混凝土结构的杨氏模量；μ为所述道岔试验板混凝土结构的泊松比；α为所述道岔试验板混凝土结构
的热膨胀系数；G为所述道岔试验板混凝土结构的剪切弹性模量；
[0029]根据物理方程与热平衡微分方程公式和几何方程公式求解获得所述道岔试验板不同环境温度的温度应力：
[0030][0031][0032]式中：u，v为沿所述道岔试验板长度和高度方向的位移分量。
[0033]与原有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0034]本专利技术在道岔试验板内沿加热管道的轴线方向和深度方向阵列设置有光纤光栅应变传感器，这样可以实时监控道岔试验板不同位置处的应变，且为了消除温度变化引起的光纤光栅应变传感器波长值，在光纤光栅应变传感器的布设位置同时布设光纤光栅温度传感器进行温度补偿，使得数据更加准确并计算得到更加准确的应力，对比道岔试验板的最大温度应力与道岔试验板强度的关系，确定不同环境温度下加热融雪中所述道岔试验板的临界加热温度。
附图说明
[0035]图1为本专利技术加热融雪道岔临界运行策略试验装置的结构图；
[0036]图2为本专利技术加热融雪道岔临界运行策略试验装置中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加热融雪道岔临界运行策略试验装置，其特征在于，包括：用于构建试验环境的试验箱；设置于所述试验箱内的道岔试验板；设置于所述道岔试验板表面上的钢轨；设置于所述道岔试验板内部且位于所述钢轨下方的加热管道；设置于所述试验箱外的控制器和用于供所述加热管道加热的外部加热源；设置于所述道岔试验板内的光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器；其中，所述光纤光栅温度传感器和所述光纤光栅应变传感器平行接触设置，且沿所述加热管道的轴线方向和深度方向阵列设置，所述控制器用于控制所述外部加热源、所述光纤光栅温度传感器和所述光纤光栅应变传感器。2.如权利要求1所述的加热融雪道岔临界运行策略试验装置，其特征在于，所述加热管道的埋置深度为5cm～20cm，所述加热管道的相邻间距为10cm～30cm，所述加热管道的直径为2cm～4cm。3.如权利要求1所述的加热融雪道岔临界运行策略试验装置，其特征在于，所述试验箱内设置有温度传感器和风速调节器，且所述控制器用于控制连接所述温度传感器和所述风速调节器。4.一种加热融雪道岔临界运行策略试验方法，其特征在于，包括：根据加热管道设定的间距和埋深，在道岔试验板上对应置入所述加热管道；根据光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器的阵列设置，在所述道岔试验板上对应置入所述光纤光栅温度传感器和所述光纤光栅应变传感器；利用控制器控制风速调节器向试验箱内吹冷风和雪花，模拟成雪天天气的环境，且通过温度传感器测得所述试验箱内温度达到试验所需环境温度；当所述试验箱内温度达到试验所需环境温度，所述控制器启动外部加热源加热加热管道；记录光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器的实时...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑新国，张驰，刘竞，李书明，潘永健，赵彦旭，蔡德钩，姚建平，楼梁伟，李铁军，王财平，杲斐，陈向军，侯志刚，王成，胡振威，潘锋，付崇瑞，尚潍，吴湖，包国杰，洪剑，柴金川，赵康云，李铭，杨德军，刘相会，周骏，窦东斌，
申请(专利权)人：中铁二十一局集团有限公司中国铁路兰州局集团有限公司北京铁科特种工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：