CN111637991A - 钢轨温度应力检测方法及终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明适用于钢轨检测技术领域，提供了一种钢轨温度应力检测方法及终端设备，包括：将实验获取的多个预设轨温下的温度应力及各个温度应力分别对应的轨道电路的电流拟合，得到轨道电路的电流与温度应力的对应关系式中的未知参数的值；获取目标钢轨的轨道电路的电流，根据轨道电路的电流与温度应力的对应关系式及未知参数的值，确定目标钢轨的温度应力。由于轨道电路电流与温度应力理论上存在对应关系，本发明根据实验数据拟合得到对应关系式中的未知参数从而得到轨道电路的电流与温度应力的对应关系，通过既有的轨道电路得到轨道电路的电流即可求得目标钢轨的温度应力，无需额外设置传感器，不会对轨道线路造成干扰，检测方法简单快捷有效。

Description

钢轨温度应力检测方法及终端设备

技术领域

本发明属于钢轨检测技术领域，尤其涉及一种钢轨温度应力检测方法及终端设备。

背景技术

随着铁路高速化、重载化的发展，无缝线路被广泛应用。普通线路钢轨长度会随着轨温的变化而变化，而无缝线路钢轨不能自由伸缩，因此当轨温发生变化时，钢轨内部会积聚很大的温度力。过大的温度力会导致轨道横向失稳或钢轨断裂，引发列车脱轨事故，危及行车安全。

在铁路日常养护维修中，需定期对无缝线路钢轨进行观测和定期应力放散，确保无缝线路中的温度应力处于安全范围内，保证行车安全。应力放散位置也需要根据钢轨的温度应力确定。

现有技术中，通常在钢轨上设置传感器，通过测试钢轨的应变等实现对钢轨的温度应力的检测。但安装于钢轨上的传感器对于铁路系统而言为外来侵入物，对铁路系统本身的安全会构成威胁。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种钢轨温度应力检测方法及终端设备，以解决现有技术中采用传感器对钢轨温度应力进行测试，对铁路系统本身的安全构成威胁的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种钢轨温度应力检测方法，包括：

获取实验钢轨在多个预设轨温下的温度应力及各个温度应力分别对应的轨道电路的电流；

基于轨道电路的电流与温度应力的对应关系式，将多个预设轨温下的温度应力及各个温度应力分别对应的轨道电路的电流拟合，得到轨道电路的电流与温度应力的对应关系式中的未知参数的值；

获取目标钢轨的轨道电路的电流，根据轨道电路的电流与温度应力的对应关系式及未知参数的值，确定目标钢轨的温度应力；

其中，实验钢轨与目标钢轨位于同一轨道线路中。

本发明实施例的第二方面提供了一种钢轨温度应力检测装置，包括：

数据获取模块，用于获取实验钢轨在多个预设轨温下的温度应力及各个温度应力分别对应的轨道电路的电流；

拟合模块，用于基于轨道电路的电流与温度应力的对应关系式，将多个预设轨温下的温度应力及各个温度应力分别对应的轨道电路的电流拟合，得到轨道电路的电流与温度应力的对应关系式中的未知参数的值；

应力确定模块，用于获取目标钢轨的轨道电路的电流，根据轨道电路的电流与温度应力的对应关系式及未知参数的值，确定目标钢轨的温度应力；其中，实验钢轨与目标钢轨位于同一轨道线路中。

本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现如本发明实施例第一方面提供的钢轨温度应力检测方法的步骤。

本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例第一方面提供的钢轨温度应力检测方法的步骤。

本发明实施例提供了一种钢轨温度应力检测方法，包括：获取实验钢轨在多个预设轨温下的温度应力及各个温度应力分别对应的轨道电路的电流；基于轨道电路的电流与温度应力的对应关系式，将多个预设轨温下的温度应力及各个温度应力分别对应的轨道电路的电流拟合，得到轨道电路的电流与温度应力的对应关系式中的未知参数的值；获取目标钢轨的轨道电路的电流，根据轨道电路的电流与温度应力的对应关系式及未知参数的值，确定目标钢轨的温度应力。由于轨道电路的电流与温度应力理论上存在对应关系，但由于随着时间的变化，钢轨的参数也在发生变化，轨道电路电流与温度应力的对应关系式中一些参数为未知量。本发明实施例根据实验数据拟合得到对应关系式中的未知参数从而得到轨道电路的电流与温度应力之间的对应关系，只需通过既有的轨道电路得到轨道电路的电流即可求得目标钢轨的温度应力，无需额外设置传感器，大大降低了检测成本，同时不会对轨道线路造成干扰，检测方法简单快捷有效，可及时掌握无缝钢轨线路状态，保障列车运行的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种钢轨温度应力检测方法的实现流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种60kg/m钢轨的截面图；

图3是本发明实施例提供的一种简化后的钢轨的截面图；

图4是本发明实施例提供的一种钢轨温度应力检测装置的示意图；

图5是本发明实施例提供的终端设备的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参考图1，本发明实施例提供了一种钢轨温度应力检测方法，包括：

步骤S101：获取实验钢轨在多个预设轨温下的温度应力及各个温度应力分别对应的轨道电路的电流；

步骤S102：基于轨道电路的电流与温度应力的对应关系式，将多个预设轨温下的温度应力及各个温度应力分别对应的轨道电路的电流拟合，得到轨道电路的电流与温度应力的对应关系式中的未知参数的值；

步骤S103：获取目标钢轨的轨道电路的电流，根据轨道电路的电流与温度应力的对应关系式及未知参数的值，确定目标钢轨的温度应力；

其中，实验钢轨与目标钢轨位于同一轨道线路中。

轨道电路是以一段轨道线路的钢轨为导体构成的电路，用于监督轨道线路占用情况及传输行车信息，以保证行车安全，是轨道交通系统的必不可少的组成部分。

随着轨温的升高，无缝线路钢轨纵向虽然由于线路阻力等被约束，但是竖向及横向均自由，因此可发生变形，从而导致钢轨截面尺寸发生变化；另一方面钢轨作为轨道电路的导体，其电阻率也会随着温度的变化而变化。钢轨截面形状及钢轨电阻率这两个因素会导致钢轨电阻的改变，从而影响轨道电路中电流的大小。

图2给出了60kg/m钢轨的截面的示意图。由图2可知，钢轨的截面较为复杂，为了方便理论公式推导，本发明实施例将钢轨的截面简化为图3所示的“工”字型截面。由图3可知，简化后的“工字型”截面由三个矩形组成，对应的尺寸分别为a₁、a₂、a₃、b₁、b₂、b₃。

当钢轨的轨温发生变化时，钢轨的横向和竖向均可自由伸缩，对应的自由伸缩应变为αΔt。同时，由于钢轨的纵向变形被约束，根据泊松效应，其纵向被约束的应变会在横向和纵向发生，对应的应变为μαΔt。则由以上可知，钢轨对应的横向和纵向的应变均为(1+μ)αΔt。

则此时的钢轨截面积F_T的计算公式为：

其中，μ为泊松比，α钢轨钢线膨胀系数，F_s为零应力轨温时对应的钢轨截面积，T为当前轨温，T_s为钢轨的零应力轨温，Δt为当前轨温相对于零应力轨温的温度变化量。

钢轨的电阻率ρ的计算公式为：

ρ＝ρ₀(1+aT) (2)

其中，ρ₀为零度时的钢轨电阻率，a为电阻率温度系数。

根据式1和式2可以得到，钢轨电阻R_T的计算公式为：

其中，L为轨道电路内的钢轨的长度。

假定，轨道电路的电压为U，则轨道电路电流I_t的计算公式为：

由于理论上钢轨的温度应力σ_t的计算公式为：

σ_t＝Eα(T-T_s) (5)

其中，E为钢轨弹性模量。

结合式4和式5可以得到轨道电路的电流与钢轨的温度应力之间对应关系式：

由以上可知，轨道电路的电流与钢轨的温度应力之间存在一定的对应关系。对于新建铁路来说，零应力轨温为已知量，但随着钢轨使用时间的变化，钢轨的零应力轨温发生变化，为未知量，因此无法直接根据轨道电路电流及式6计算得到钢轨的温度应力。

本发明实施例中，获取实验钢轨在多个预设轨温下的温度应力及各个温度应力分别对应的轨道电路的电流，从而得到一系列轨道电路的电流与对应的温度应力的数据组合，基于轨道电路的电流与温度应力的对应关系式，将多个预设轨温下的温度应力及各个温度应力分别对应的轨道电路的电流拟合，得到轨道电路的电流与温度应力的对应关系式中的未知参数的值，从而得到轨道电路的电流与温度应力的明确的对应关系式。由于轨道电路的电流可直接由轨道交通系统获得，根据以上轨道电路的电流与温度应力的明确的对应关系式即可得到钢轨的温度应力的值。该检测方法无需额外设置传感器，降低了检测成本，同时不会因设置传感器而对轨道线路造成干扰，检测方法简单快捷有效，可及时掌握无缝线路状态，保障列车运行的安全性。

一些实施例中，轨道电路的电流与温度应力的对应关系式可以为：

其中，K为系数，a为电阻率温度系数，E为钢轨弹性模量，α为钢线膨胀系数，μ为泊松比，T_s为钢轨的零应力轨温，σ_t为钢轨的温度应力，I_t为轨道电路的电流。

一些实施例中，当目标钢轨位于新建线路时，目标钢轨的温度应力σ_tm的计算公式可以为：

σ_tm＝Eα(T-T_s0) (8)

其中，E为钢轨弹性模量，α为钢线膨胀系数，T为当前轨温，T_S0为目标钢轨位于新建线路时的零应力轨温。

由于新建铁路中钢轨的零应力轨温T_S0为已知量，钢轨弹性模量E及钢线膨胀系数α也为已知量，当前轨温也可以测量得到，因此，可直接通过式8计算得到目标钢轨的温度应力。

一些实施例中，钢轨温度应力检测方法，还可以包括：

步骤S104：根据目标钢轨的温度应力确定目标钢轨的温度力。

一些实施例中，目标钢轨的温度力P_t的计算公式可以为：

P_t＝σ_tmF_sm (9)

其中，σ_tm为目标钢轨的温度应力，F_sm为目标钢轨的截面积。

一些实施例中，多个预设轨温中，相邻轨温之间的温差均为1℃。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

参考图4，本发明实施例还提供了一种钢轨温度应力检测装置，包括：

数据获取模块21，用于获取实验钢轨在多个预设轨温下的温度应力及各个温度应力分别对应的轨道电路的电流；

拟合模块22，用于基于轨道电路的电流与温度应力的对应关系式，将多个预设轨温下的温度应力及各个温度应力分别对应的轨道电路的电流拟合，得到轨道电路的电流与温度应力的对应关系式中的未知参数的值；

应力确定模块23，用于获取目标钢轨的轨道电路的电流，根据轨道电路的电流与温度应力的对应关系式及未知参数的值，确定目标钢轨的温度应力；其中，实验钢轨与目标钢轨位于同一轨道线路中。

一些实施例中，当目标钢轨位于新建线路时，目标钢轨的温度应力σ_tm的计算公式可以为：

σ_tm＝Eα(T-T_s0)

其中，E为钢轨弹性模量，α为钢线膨胀系数，T为当前轨温，T_s0为目标钢轨位于新建线路时的零应力轨温。

一些实施例中，轨道电路的电流与温度应力的对应关系式可以为：

其中，K为系数，a为电阻率温度系数，E为钢轨弹性模量，α为钢线膨胀系数，μ为泊松比，T_s为钢轨的零应力轨温，σ_t为钢轨的温度应力，I_t为轨道电路的电流。

一些实施例中，多个预设轨温中，相邻轨温之间的温差可以均为1℃。

一些实施例中，钢轨温度应力检测装置还可以包括：

温度力确定模块24，用于根据目标钢轨的温度应力确定目标钢轨的温度力。

一些实施例中，目标钢轨的温度力P_t的计算公式可以为：

P_t＝σ_tmF_sm

其中，σ_tm为目标钢轨的温度应力，F_sm为目标钢轨的截面积。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将终端设备的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述装置中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

图5是本发明一实施例提供的终端设备的示意框图。如图5所示，该实施例的终端设备4包括：一个或多个处理器40、存储器41以及存储在存储器41中并可在处理器40上运行的计算机程序42。处理器40执行计算机程序42时实现上述各个钢轨温度应力检测方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至S103。或者，处理器40执行计算机程序42时实现上述钢轨温度应力检测装置实施例中各模块/单元的功能，例如图4所示模块21至23的功能。

示例性地，计算机程序42可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器41中，并由处理器40执行，以完成本申请。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序42在终端设备4中的执行过程。例如，计算机程序42可以被分成数据获取模块21、拟合模块22及应力确定模块23。

数据获取模块21，用于获取实验钢轨在多个预设轨温下的温度应力及各个温度应力分别对应的轨道电路的电流；

拟合模块22，用于基于轨道电路的电流与温度应力的对应关系式，将多个预设轨温下的温度应力及各个温度应力分别对应的轨道电路的电流拟合，得到轨道电路的电流与温度应力的对应关系式中的未知参数的值；

应力确定模块23，用于获取目标钢轨的轨道电路的电流，根据轨道电路的电流与温度应力的对应关系式及未知参数的值，确定目标钢轨的温度应力；其中，实验钢轨与目标钢轨位于同一轨道线路中。

其它模块或者单元在此不再赘述。

终端设备4包括但不仅限于处理器40、存储器41。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是终端设备的一个示例，并不构成对终端设备4的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如终端设备4还可以包括输入设备、输出设备、网络接入设备、总线等。

处理器40可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器41可以是终端设备的内部存储单元，例如终端设备的硬盘或内存。存储器41也可以是终端设备的外部存储设备，例如终端设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器41还可以既包括终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器41用于存储计算机程序42以及终端设备所需的其他程序和数据。存储器41还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢轨温度应力检测方法，其特征在于，包括：

获取实验钢轨在多个预设轨温下的温度应力及各个温度应力分别对应的轨道电路的电流；

基于轨道电路的电流与温度应力的对应关系式，将所述多个预设轨温下的温度应力及所述各个温度应力分别对应的轨道电路的电流拟合，得到所述轨道电路的电流与温度应力的对应关系式中的未知参数的值；

获取目标钢轨的轨道电路的电流，根据所述轨道电路的电流与温度应力的对应关系式及所述未知参数的值，确定所述目标钢轨的温度应力；

其中，所述实验钢轨与所述目标钢轨位于同一轨道线路中。

2.如权利要求1所述的钢轨温度应力检测方法，其特征在于，当所述目标钢轨位于新建线路时，所述目标钢轨的温度应力σ_tm的计算公式为：

σ_tm＝Eα(T-T_s0)

其中，E为钢轨弹性模量，α为钢线膨胀系数，T为当前轨温，T_s0为所述目标钢轨位于新建线路时的零应力轨温。

3.如权利要求1所述的钢轨温度应力检测方法，其特征在于，所述轨道电路的电流与温度应力的对应关系式为：

其中，K为系数，a为电阻率温度系数，E为钢轨弹性模量，α为钢线膨胀系数，μ为泊松比，T_s为钢轨的零应力轨温，σ_t为钢轨的温度应力，I_t为轨道电路的电流。

4.如权利要求1所述的钢轨温度应力检测方法，其特征在于，还包括：

根据所述目标钢轨的温度应力确定所述目标钢轨的温度力。

5.如权利要求4所述的钢轨温度应力检测方法，其特征在于，所述目标钢轨的温度力P_t的计算公式为：

P_t＝σ_tmF_sm

其中，σ_tm为所述目标钢轨的温度应力，F_sm为所述目标钢轨的截面积。

6.如权利要求1所述的钢轨温度应力检测方法，其特征在于，所述多个预设轨温中，相邻轨温之间的温差均为1℃。

7.一种钢轨温度应力检测装置，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取实验钢轨在多个预设轨温下的温度应力及各个温度应力分别对应的轨道电路的电流；

拟合模块，用于基于轨道电路的电流与温度应力的对应关系式，将所述多个预设轨温下的温度应力及所述各个温度应力分别对应的轨道电路的电流拟合，得到所述轨道电路的电流与温度应力的对应关系式中的未知参数的值；

应力确定模块，用于获取目标钢轨的轨道电路的电流，根据所述轨道电路的电流与温度应力的对应关系式及所述未知参数的值，确定所述目标钢轨的温度应力；其中，所述实验钢轨与所述目标钢轨位于同一轨道线路中。

8.如权利要求7所述的钢轨温度应力检测装置，其特征在于，还包括：

温度力确定模块，用于根据所述目标钢轨的温度应力确定所述目标钢轨的温度力。

9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述钢轨温度应力检测方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述钢轨温度应力检测方法的步骤。

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