CN110065522A - 一种钢轨应力趋势变化检测方法 - Google Patents

Abstract

一种钢轨应力趋势变化检测方法，包括如下步骤：(1)获取待测量钢轨在不同应力、不同温度的声波传播速度测试基值，与同种状况下的应变片测出的应力对应，建立钢轨在不同状况下的声波传播速度基值与应力的一一对应关系；(2)对钢轨进行多点快速检测；(3)将该系列数据进行数据处理形成以钢轨位置为横坐标，应力值为纵坐标的曲线，得到钢轨应力分布曲线；(4)得到钢轨在一段时间内的若干组应力分布曲线。本申请采用应力趋势变化而非单一的应力值作为检测对象，采用定性判断而不是定量判断的方法检测出一段钢轨的应力分布情况，指导现场进行钢轨应力放散，减少断轨、胀轨等事故的发生，对现场指导意义更大。

Description

一种钢轨应力趋势变化检测方法

技术领域

本申请涉及一种钢轨应力趋势变化检测方法。

背景技术

随着铁路向高速、重载方向发展,世界各国均广泛采用无缝线路。由于无缝线路钢轨不能自由伸缩,当钢轨温度发生变化时将产生很大的轴向温度力。过大的温度力会导致钢轨扭曲失稳、断裂，进而造成车辆脱轨,危及行车安全。因传统无缝线路应力检测方法和手段具有很大的局限性，所以尽管人们已经认识到对钢轨温度应力进行密切检测的必要性,但在实践中完成这项任务需要耗费大量的人力、物力。

目前，检测应力的方法主要分为物理检测法和机械法两大类。物理检测法有X射线衍射法、超声波法和磁测法等，这些方法均属于无损检测，对工件不会造成破坏，但成本较高。机械法一般是将具有残余应力的部分从构件中分离或切割出来，使应力释放，然后测量其应变的变化从而求出残余应力，该方法是一种间接测量手段。机械法会对工件造成一定的损伤和破坏，但由于其具有理论完善、技术成熟、测量精度较高等优点，目前在现场测试中应用较多。

CN105571751A提供了基于超声导波检测钢轨应力的装置和方法，所述钢轨是工字形结构且具有轨顶和轨底及位于所述轨顶与所述轨底之间的轨腰部分，所述方法包括以下步骤：(1)将导波激励源安装在所述钢轨的所述轨腰部分的表面上，将至少一个导波接收器安装在所述钢轨上且与所述导波激励源间隔开以接收所述导波激励源发出的导波；(2)使得所述导波激励源大致垂直于其安装位置所在的表面发出频率在20～60kHz范围内的导波；(3)测量所述导波在所述钢轨中的传播速度；(4)根据测得的所述传播速度确定所述导波的传播路径上的所述钢轨中的应力。有益技术效果是，通过实时在线检测无缝线路钢轨的温度应力，对应力超限区间实时预警，确保无缝线路的安全运营。

CN104614106A提供了一种高速铁路铁轨应力检测装置，包括：MCU、第一FPGA处理电路、超声波发送探头以及至少两个超声波接收探头；MCU用于向超声波发送探头发送控制指令；超声波发送探头用于根据控制指令向高速铁路铁轨发送超声波信号；两个超声波接收探头分别用于接收不同时刻的超声波信号并将超声波信号发送至第一FPGA处理电路；第一FPGA处理电路用于接收超声波信号并计算两次超声波信号的接收时差，并根据接收时差确定高速铁路铁轨的绝对应力值，其通过FPGA中的比频比相等相关性算法分析计算接收的超声波信号的时差，并将该时差与标准应力延时样本值表进行比对，得到对应的铁轨绝对应力值和应力变化值，使得测量结果准确。

申请内容

为了减少钢轨中不可预知的材质变化、残余应力、微小伤损及操作过程中耦合不好等影响因素对钢轨应力测量的影晌，本申请提出了一种钢轨应力趋势变化检测方法，包括如下步骤：(1)获取待测量钢轨在不同应力、不同温度的声波传播速度测试基值，与同种状况下的应变片测出的应力对应，建立钢轨在不同状况下的声波传播速度基值与应力的一一对应关系；(2)对钢轨进行多点快速检测，得到钢轨上声波传播速度的检测数据；将得到的检测数据和测试基值进行比较分析，确定钢轨各处对应的应力值；(3)将该系列数据进行数据处理形成以钢轨位置为横坐标，应力值为纵坐标的曲线，得到钢轨应力分布曲线，判断钢轨的应力趋势变化；(4)对该钢轨在一段时间内选择不同时间点测量若干次，得到钢轨在该一段时间内的若干组应力分布曲线，通过对比分析判断钢轨在这段时间内的各处应力趋势变化。本申请形成多组对比曲线，可以明确的看到各个位置处的应力变化趋势。

优选的，所述测试基值是指将检测钢轨进行分类，对其进行自然状态下零应力处理，并保持趋势的一致性，经处理后作为系统的测试基值。确认测试基础，提高各个钢轨应力分布曲线可比性。

优选的，所述应力分布曲线按照如下方法测定：测量采用测量小车进行，所述测量小车在待测量钢轨上推动时，高频发出和接收超声波，采用一发射两接收的方式，记录从发射到两次接收到反射超声波的时间差，根据时间差算出声波传播速度，并与测试基值比较分析，得出钢轨不同位置处的应力数据，通过数据处理形成该段钢轨的应力分布曲线。

优选的，采用一发射两接收的方式，并记录从发射到两次接收到反射超声波的时间差，所述时间差记为传播时间。第一次接收是离发射端较近距离一端的接收，第二次接收是离发射端较远距离一端的接收，两个接收端都在发射端同一侧，且相距一定距离，两个接收端接收到的时间差即可表征在该段距离范围的钢轨内超声波传播时间的长短，该段距离除以传播时间即为声波传播速度，而此传播时间的长短与钢轨性能的变化有直接相关性。设置两个接收端是为了考虑超声波发射会有延时等不可确定因素，两个接收端就可消除这一影响，测量也就准确。

优选的，所述位置信息为GPS定位信息或与设定地点距离的钢轨位置。

优选的，钢轨上同一位置不同时间内测量若干次，得到钢轨的若干条应力分布曲线，并进行对比分析，判断钢轨在这段时间内各位置的应力趋势变化。

优选的，所述测试基值包括轨温，从而修正应力，对于不同轨温、不同应力下钢轨所得的声波传播速度会不一样，因此要获取钢轨在不同轨温、不同应力下的声波传播速度测试基值，并与同种状况下的应变片测出的应力对应，建立钢轨在不同状况下的声波传播速度基值与应力的一一对应关系。

优选的，所述测试基值还包括钢轨材质，对于不同材质的钢轨所得的测试基值会不一样，因此要求出多种材质的钢轨在不同轨温及不同应力时的测试基值，然后检测对比时选用同种材质类型的钢轨。

本申请能够带来如下有益效果：

1、本申请采用应力趋势变化而非单一的应力值作为检测对象，采用定性判断而不是定量判断的方法检测出一段钢轨的应力分布情况，指导现场进行钢轨应力放散，减少断轨、胀轨等事故的发生，对现场指导意义更大。

2、本申请采用大量数据对钢轨应力进行描述，减少材质变化、残余应力、微小伤损及操作过程中耦合不好等影响因素对钢轨应力测量的影响。

3、本申请通过引入位置信息，形成二维曲线，二维曲线比较较为容易，也较容易变换，变化趋势明显。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请的钢轨上不同位置的应力分布曲线示意图；

图2为本申请的不同时间对钢轨进行测量得到钢轨的应力变化示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本申请进行详细阐述。

如图中所示，为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

本申请的出发点在于利用一表征参数来表征钢轨本身状态，当然该状态主要但是不限于应力，若发生内部结构的其他变化，利用超声波的传播时间依然可以体现出来，但其仍然是应力的一个函数，因此最终以应力的形式表征。

首先对检测钢轨进行分类，对其进行自然状态下零应力处理，并保持趋势的一致性，经处理获取待测量钢轨的声波传播速度基值，与同种状况下的应变片测出的应力对应，建立钢轨在不同状况下的声波传播速度基值与应力的一一对应关系；然后对钢轨进行多点快速检测，得到钢轨上间隔很小的若干点的检测数据；将得到的检测数据和测试基值进行比较分析，确定钢轨各处相对应的应力值。

在第一个实施例中，如图1所示，得到钢轨各处相对应的应力值后，将该系列数据进行数据处理形成以钢轨位置为横坐标，应力值为纵坐标的曲线，得到钢轨应力分布曲线；钢轨上的多个点直接连接起来会是折线，为了消除材质变化、残余应力、微小伤损及操作过程中耦合不好等因素对应力测量的影响且钢轨应力变化应为连续变化，故对系列数据进行处理后采用拟合曲线。图中1,3处应力较大，2处应力较小，施工作业时可对1,3处进行应力调整。

得到钢轨应力分布曲线后，对其分析判断，若出现应力很大的部位可在施工作业中及时对该处进行应力放散调整，使整段钢轨应力分布尽量均匀。

在第二个实施例中，如图2所示，对该钢轨进行不同时间的若干次测量，得到若干组应力分布曲线，通过对比分析判断钢轨在这段时间内的各处应力趋势变化。图中1，2，3代表3次不同时间测量钢轨应力结果，反映该一段时间内钢轨各处的应力变化情况，其中2相比于1有前段钢轨应力增大，后段钢轨应力减小的趋势；3相比于2有整段钢轨应力均减小的趋势，施工作业时可根据具体情况对钢轨各处进行应力调整。

得到多组钢轨应力分布曲线后，检测出钢轨在该段时间内的应力趋势变化情况，得到应力变大的区段和应力变小的区段，在施工作业中进行应力调整。

此时得到了两组基础数据，一组是钢轨上不同位置的应力分布曲线示意图，第二组是不同时间对钢轨进行测量得到钢轨的应力变化示意图。

首先该测量数据通过数据处理形成以钢轨位置为横坐标，应力值为纵坐标的曲线，直观反映一段钢轨上的应力分布趋势；然后不同时间多次测量形成同一个坐标系里的多组曲线，准确反映这段时间内该钢轨上各处的应力趋势变化。

采用定性判断而不是定量判断的方法检测出一段钢轨的应力分布情况，及时对钢轨进行应力放散，减少断轨、胀轨等事故的发生，指导现场作业。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种钢轨应力趋势变化检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)获取待测量钢轨在不同应力、不同温度的声波传播速度测试基值，与同种状况下的应变片测出的应力对应，建立钢轨在不同状况下的声波传播速度基值与应力的一一对应关系；

(2)对钢轨进行多点快速检测，得到钢轨上声波传播速度的检测数据；将得到的检测数据和测试基值进行比较分析，确定钢轨各处对应的应力值；

(3)将该系列数据进行数据处理形成以钢轨位置为横坐标，应力值为纵坐标的曲线，得到钢轨应力分布曲线，判断钢轨的应力趋势变化；

(4)对钢轨在一段时间内选择不同时间点测量若干次，得到钢轨在该一段时间内的若干组应力分布曲线，通过对比分析判断钢轨在这段时间内的各处应力趋势变化。

2.根据权利要求1所述的一种钢轨应力趋势变化检测方法，其特征在于：所述测试基值是指将检测钢轨进行分类，对其进行自然状态下零应力处理，并保持趋势的一致性，经处理后作为系统的测试基值。

3.根据权利要求1所述的一种钢轨应力趋势变化检测方法，其特征在于：所述应力分布曲线按照如下方法测定：测量采用测量小车进行，所述测量小车在待测量钢轨上推动时，发出和接收超声波，采用一发射两接收的方式，根据两次接收的时间差算出声波传播速度，并与测试基值比较分析，得出钢轨不同位置处的应力数据，形成该段钢轨的应力分布曲线。

4.根据权利要求3所述的一种钢轨应力趋势变化检测方法，其特征在于：记录从发射到两次接收到反射超声波的时间差，所述时间差记为传播时间；第一次接收是离发射端较近距离一端的接收，第二次接收是离发射端较远距离一端的接收，两个接收端都在发射端同一侧，且相距一定距离，两个接收端接收到的时间差即可表征在该段距离范围的钢轨内超声波传播时间的长短，该段距离除以传播时间即为声波传播速度。

5.根据权利要求3所述的一种钢轨应力趋势检测方法，其特征在于：所述位置信息为GPS定位信息或与设定地点距离的钢轨位置。

6.根据权利要求1所述的一种钢轨应力趋势变化检测方法，其特征在于：钢轨上同一位置不同时间内测量若干次，得到钢轨的若干条应力分布曲线，并进行对比分析，判断钢轨在这段时间内各位置的应力趋势变化。

7.根据权利要求2所述的一种钢轨应力趋势监测方法，其特征在于：所述测试基值还包括轨温。

8.根据权利要求2所述的一种钢轨应力趋势监测方法，其特征在于：所述测试基值还包括钢轨材质。