保持火車(chē)正常行駛――在火車(chē)鐵軌上進(jìn)行溫度測(cè)試

不管是跨州運(yùn)送一整列散裝產(chǎn)品、通過(guò)長(zhǎng)長(zhǎng)的雙層集裝箱列車(chē)運(yùn)輸制成品，還是用鐵路罐車(chē)將有毒化學(xué)品運(yùn)送到工業(yè)園區(qū)，或通過(guò)繁忙進(jìn)出于都市的市郊列車(chē)來(lái)運(yùn)送旅客，都必須要保證火車(chē)按照時(shí)刻表在鐵軌上正常行駛。Fluke 68紅外溫度計(jì)正在幫助加拿大卡爾加里大學(xué) Schulich 工程學(xué)院的一名土木工程碩士研究生(MSc)進(jìn)行著一項(xiàng)意在提高鐵路運(yùn)輸安全性的研究。根據(jù)鋼軌表面的性質(zhì)，在測(cè)量鋼軌溫度時(shí)，需要使用不同的溫度測(cè)量?jī)x器。Jim Bertrand借助于Fluke 68 紅外 (IR)溫度計(jì)來(lái)測(cè)量粗糙、氧化側(cè)面上的鋼軌溫度，并使用一個(gè)外部電阻溫度檢測(cè)器(RTD)來(lái)測(cè)量光亮行駛表面的溫度。通過(guò)組合使用 RTD 和紅外儀器，可以計(jì)算出鋼軌不同表面的發(fā)射率。“只要是陽(yáng)光充足的天氣(無(wú)論是夏季或是冬季)，鋼軌的溫度通常都會(huì)比周?chē)h(huán)境溫度高出20 - 25攝氏度(36 – 45 華氏度)。冬季里，空氣的溫度可能為-5℃(23°F)，而鋼軌的溫度可能達(dá)到20℃ (68°F)。而夏季里，空氣的溫度可能為30℃(86°F)，而鋼軌的溫度可能達(dá)到55℃ (131°F)。”Bertrand說(shuō)。

“現(xiàn)代鐵路鋼軌都被焊接為連續(xù)的整段，沒(méi)有隨溫度變化進(jìn)行膨脹和收縮的容差。每當(dāng)鋼軌溫度超過(guò)45℃或113°F時(shí)，過(guò)大的軸向力就會(huì)使連續(xù)焊接鋼軌(CWR)的各段錯(cuò)開(kāi)，或在直形鋼軌上彎曲成‘S’形狀，在曲線鋼軌上彎曲成‘C’形狀。”他補(bǔ)充說(shuō)。鋼軌彎曲經(jīng)常發(fā)生在以正常速度行駛的列車(chē)，且常常會(huì)導(dǎo)致鋼軌變形和車(chē)輪脫軌。為保證鐵路的正常運(yùn)行，鐵路部門(mén)通常會(huì)在空氣溫度高于30℃或86°F時(shí)減緩所有列車(chē)的運(yùn)行速度。

“我的初步研究表明，在確定鋼軌是否將達(dá)到臨界鋼軌溫度時(shí)，鋼軌的方向是一個(gè)重要因素。不同方向的鋼軌溫度差經(jīng)常可高達(dá)15°F。這會(huì)導(dǎo)致在有些天內(nèi)某些鋼軌段可能會(huì)達(dá)到彎曲變形的溫度，但同時(shí)，其他方向上的鋼軌則完全無(wú)法吸收產(chǎn)生彎曲變形所需的能量。當(dāng)完全了解這一現(xiàn)象后，就有可能提高鋼軌安全性，并從總體上提高鐵路運(yùn)行效率。”Bertrand 自2004年6月開(kāi)始就一直進(jìn)行著這項(xiàng)研究工作，到現(xiàn)在為止，盡管他已了解到了很多東西，但大部分的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)都是從卡爾加里的一個(gè)郊區(qū)設(shè)施中收集的。在位于里賈納市南部和多倫多北部的大氣研究中心以及位于哥倫比亞省利頓市和紐布朗斯維克省弗雷德里克頓市的參考?xì)夂蛑行?，加拿大環(huán)境部安裝了眾多現(xiàn)場(chǎng)鐵路鋼軌溫度測(cè)量站。另外，美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局(NOAA)和國(guó)家氣候數(shù)據(jù)中心(NCDC)(EC 的美國(guó)對(duì)等機(jī)構(gòu))都已同意在美國(guó)安裝現(xiàn)場(chǎng)鐵路鋼軌溫度測(cè)量站，以對(duì)在低緯度高溫/干燥氣候條件下(亞利桑那州的尤馬)以及高溫/潮濕氣候條件下(田納西州的孟斐斯)的氣候加熱機(jī)制進(jìn)行量化。區(qū)分鋼軌表面發(fā)出的熱量，Bertrand需要的不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的溫度計(jì)。“Fluke 68儀器之所以能幫助我進(jìn)行研究，主要是因?yàn)樗哂休^高儀器質(zhì)量和可靠性，50:1的距離與光點(diǎn)之比，并且可以將80PR-60 RTD溫度探頭與Fluke 68的紅外測(cè)量功能結(jié)合使用，以幫助建立暴露的表面鋼軌在各種表面條件下的發(fā)射率。”Bertrand說(shuō)。

使用紅外溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)試

Jim的小型鋼軌測(cè)試裝置與一個(gè)氣象站相結(jié)合以進(jìn)行鋼軌溫度測(cè)量，并根據(jù)陽(yáng)光角度、環(huán)境溫度、風(fēng)速和相對(duì)濕度等對(duì)測(cè)量值進(jìn)行比較

在鋼軌測(cè)試之后，查看紅外溫度計(jì)讀數(shù)

去年一月，在渥太華市的加拿大自然資源部(NRCan)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室里，在各種鋼軌表面條件下，Bertrand測(cè)定了可見(jiàn)的、近紅外短波(波長(zhǎng) 300-2500 nm)輻射的鋼軌的吸收性質(zhì)。但是，該實(shí)驗(yàn)設(shè)備不能用于測(cè)量來(lái)自表面的波長(zhǎng)在8 - 15 um范圍內(nèi)的較低輻射能量。了解鋼軌鋼材的吸收和發(fā)射性質(zhì)，對(duì)于研究出完全理解暴露鋼軌的加熱所需的能量平衡公式非常重要。Bertrand在將來(lái)的研究中，使用更加精密的福祿克溫度測(cè)量?jī)x器來(lái)區(qū)分一側(cè)鋼軌與另一側(cè)鋼軌加熱差別的可能性，區(qū)分安裝在不同地形背景下鋼軌加熱差別的可能性，以及區(qū)分采用不同道碴、鋼軌尺寸和木枕、混凝土枕以及鋼枕配置所構(gòu)成的鋼軌的總體加熱環(huán)境差別的可能性正在調(diào)查中。