CN117508263A - 道岔尖轨断裂预警测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种道岔尖轨断裂预警测试方法，属于道岔尖轨监测技术领域。包括有以下步骤：步骤一：在尖轨的轨道底部安装多组传感器；步骤二：列车车轮在所述尖轨上运行，当所述列车车轮在t1时间运行到x1点时，通过传感器检测轨底应变值，x1点的动应变；步骤三：所述列车车轮在t2时间运行到x2点时，通过传感器检测轨底应变值，x2点的动应变。该方法可以实现对尖轨断裂的变化进行实时检测，及时发现尖轨裂纹的产生，在断裂前进行预警，在检测过程中可以实现自动检测及预警，摆脱传统的低效率、高成本的人工作业方式。

Description

道岔尖轨断裂预警测试方法

技术领域

本发明属于道岔尖轨监测技术领域，更具体地说，特别涉及道岔尖轨断裂预警测试方法。

背景技术

尖轨是道岔系统的核心部件，其作用是引导列车直向或侧向通过，尖轨的完整性是确保列车运行安全的基础，由于尖轨是一个活动部件，一旦尖轨在列车通过时发生断轨，后果将不堪设想，因此对于尖轨的安全要求，是不允许断裂发生以后列车的继续通行，对道岔尖轨断裂的防护必须是在尖轨发生断裂以前发现并处置。

在实际中，尖轨发生断裂的位置是随机的，测试尖轨的异常变化必须涵盖尖轨的全部断面，才能保证尖轨断裂损伤监测的无盲区。由于尖轨裂纹及钢轨裂纹发展是一个变化过程，早期比较缓慢，首先是从材料屈服开始，然后产生微小裂纹，进一步的裂纹扩展，直至断裂，产生裂纹到裂纹扩展都是发生在轨底部位，而且最后是首先贯穿轨底后向上发展产生尖轨断裂。道岔尖轨部件是有限长度的结构，一般是十几米到几十米之间，如果是对整个尖轨进行有效的裂纹检测，需要在尖轨轨底沿着整个长度轨底进行连续布置，才能无盲区的对尖轨断裂进行预警监测。

针对结构表面的应变测试，目前大多采用应变片技术，应变片是有一定的长度限制，对于在轨底使用的应变片长度为10mm左右，如果在轨底上连续布置，在十几米长的尖轨，相关数据测试采集传感器布置和采集通道达到了上千个，造成实际的测试装备庞大复杂，管理维护成本昂贵，没有实际应用价值。

目前对尖轨断裂的监测主要依赖超声波检测设备和人工巡视，一般情况下，尖轨由于各种原因产生损伤缺陷最后发生裂纹产生是最为常见的病害，在列车荷载作用下，裂纹产生会发展至尖轨完全断裂，其周期在1周左右，尤其是后期发展非常迅速，所以对于尖轨断裂的监测间隔控制在一周以内，才有可能在尖轨断裂前发现，避免断轨对列车运行产生不利影响，这就要求对道岔尖轨的日常检测保持一定的频率。随着轨道交通的不断发展，道岔的使用量也相应快速增加，对尖轨断裂检测的工作量也相应的增加。另一方面现有技术对尖轨断裂检测技术存在着一定的不确定性，目前对钢轨探伤大多采用超声波进行，在实际检测中，经常出现误检或漏检情况，导致钢轨，尤其是尖轨的伤损不能及时发现处置，造成巨大的事故隐患。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种道岔尖轨断裂预警测试方法，以解决现有技术中，传统的目视检查具有局限性，无法检测尖轨的低下部分，而超声波检测在实际检测中，经常会出现误检或漏检，导致其道岔尖轨系统的稳定性下降的技术问题。

本发明的道岔尖轨断裂预警测试方法目的与功效，由以下具体技术手段所达成：

包括有以下步骤：

步骤一：在尖轨的轨道底部安装多组传感器；

步骤二：列车车轮在所述尖轨上运行，当所述列车车轮在t1时间运行到x1点时，通过传感器检测轨底应变值，x1点的动应变；

步骤三：所述列车车轮在t2时间运行到x2点时，通过传感器检测轨底应变值，x2点的动应变。

根据一种优选方式，多组所述传感器均为光栅应变传感器。

根据一种优选方式，所述光栅变传感器设置多组，分布在尖轨的轨底，多组光栅应变传感器之间通过光纤串联。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.尖轨轨底的传感器，实现了对尖轨轨底应变值的全覆盖检测；多组传感器能够实时检测尖轨的应变变化情况，并将其转化为数字信号进行处理；无论列车车轮处于何种位置，都能够准确测量与列车车轮接触相关的应变变化，解决了传统目视检查无法检测尖轨的低下部分，以及超声波检测在实际检测中，经常会出现误检或漏检的问题，实现了对任一时刻列车车轮位置与尖轨里程的全面对应，确保了对尖轨轨底应变值的全覆盖检测，提高了稳定性。

2.传感器通过光纤串联，确保了传感器之间的有效通信和数据传输，提高了系统的可靠性和稳定性；光纤连接方式还具有抗干扰能力强、传输距离远等优点，能够有效地传输传感器所采集到的数据，确保数据的准确性和可靠性。

3.传感器在t1或t2时间对尖轨的检测，能实时监测到应力变化，可以及时预警尖轨的断裂情况，尖轨的其他部位由于没有承受列车车轮的荷载作用，形变和应变值相对较小，对整个尖轨区间的应变变化影响较小；因此，在任一时刻，列车车轮对整个尖轨区间轨底的应变值具有唯一影响；通过实时监测尖轨应力变化，可以及时发现尖轨的断裂情况，提前预警并采取相应的维修措施，确保道岔的安全运行。

附图说明

图1是本发明道岔尖轨断裂预警测试方法的检测示意图。

图中，部件名称与附图编号的对应关系为：

1、尖轨；2、光栅分布时应变传感器；3、列车车轮。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合附图与实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多组”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例：

请参阅如图1所示，尖轨1在列车荷载作用下，会产生弯曲变形，通常位于轨底部位的变形最大，这里也是产生断裂首先发生的部位，通过对实际尖轨断裂进行分析也证明了大部分的尖轨断裂都是从底部开始的。外力作用下产生裂纹的部位，在裂纹发生前，首先会产生屈服变形，此时应变会明显增大，当屈服应变达到一定程度，该处就会产生裂纹。如果能够对断裂发生的部位的应变变化进行测试，就可以在尖轨断裂纹产生前得到监测，提前发现尖轨断裂的发生。根据以上分析，只要对尖轨底部的应变进行监测，及时发现轨底应变的异常，对轨底产生裂纹进行预警。

该道岔尖轨断裂预警测试方法，包括有以下步骤：

步骤一：在尖轨1的轨道底部安装多组传感器；多组传感器可以精确地测量尖轨1所受到的应变，即尖轨1在列车车轮3通过时所产生的变形程度，以获得更全面、准确的应变数据，并能够更好地分析尖轨1的应变分布情况；这有助于及时发现尖轨1的应变异常，预警尖轨1断裂的风险，并采取相应的维护和修复措施，确保道岔的安全运行。

步骤二：尖轨1的主要作用是引导和导向列车车轮3的运行方向，当列车车轮3在尖轨1上运行时，在列车车轮3于特定时间t1运行到特定位置点x1时，而只有当列车车轮3通过尖轨1时，尖轨1才会承受来自列车的荷载，并产生动应变，所以，在尖轨1的其他部位，由于没有直接的荷载作用，尖轨1受到的力较小，就不会产生动应变；因此，多组传感器所检测到的就是x1点的动应变。

步骤三：列车车轮3继续运行一段时间t2，最终到达另一个位置点x2，在这个位置点，多组传感器继续测得尖轨1底部的应变值，该数值反映了x2点的动应变情况；最终，多组传感器会将所有测得的应变值转化为数字信号，并将其传输到监测系统中，监测系统会对这些数字信号进行处理和分析，以评估尖轨1的健康状况和预测潜在的断裂风险；通过对应变数据的分析，监测系统能够及时发现尖轨1的异常情况，并采取相应的维护和修复措施，确保道岔系统的安全运行。

其中，传感器均为光栅分布时应变传感器2，设置多组分布在尖轨的轨底，多组光栅应变传感器之间通过光纤串联。光栅分布的布局方式可以避免传感器单元之间的相互干扰，保证了测量的可靠性，提高测量精度和准确性。

在实际尖轨中，发生断裂的位置是随机的，测试尖轨的异常变化必须涵盖尖轨的全部断面，才能保证尖轨断裂损伤监测的无盲区。针对以上技术措施，本发明提出了对整个尖轨底部的表面应变进行监测，通过安装在尖轨底部的传感器，检测在列车荷载作用下尖轨底部的动态应变，一旦动应变发生异常，超过尖轨材料的屈服应变，则认为发生了裂纹或即将发生裂纹。由于尖轨裂纹及钢轨裂纹发展是一个变化过程，早期比较缓慢，首先是从材料屈服开始，然后产生微小裂纹，进一步的裂纹扩展，直至断裂，产生裂纹到裂纹扩展都是发生在轨底部位，而且最后是首先贯穿轨底后向上发展产生尖轨断裂，这样通过轨底断面下方的传感器，都可以检测到该断面断裂前裂纹扩展产生的屈服应变。通过传感器，可以获得列车经过时整个尖轨轨底的动应变。由于列车车轮在尖轨上运行中，在一定的时间内作用点也是唯一的，所以列车车轮在尖轨上运行时，在任一时刻都会影响到整个尖轨区间轨底的应变值，而任一时刻车轮的位置又能和尖轨对应的里程相对应，实现了对尖轨轨底应变值全覆盖的检测，实现对尖轨轨底应变无盲区的检监测。本发明针对目前铁路尖轨断裂检测存在的不足，提出了针对道岔尖轨断裂损伤的检测，可以实现对尖轨断裂的变化进行实时检测，及时发现尖轨裂纹的产生，在断裂前进行预警，在检测过程中可以实现自动检测及预警，摆脱传统的低效率、高成本的人工作业方式。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种道岔尖轨断裂预警测试方法，其特征在于：包括有以下步骤：

步骤一：在尖轨(1)的轨道底部安装多组传感器(2)；

步骤二：列车车轮(3)在所述尖轨(1)上运行，当所述列车车轮(3)在t1时间运行到x1点时，通过传感器检测轨底应变值，x1点的动应变；

步骤三：所述列车车轮(3)在t2时间运行到x2点时，通过传感器检测轨底应变值，x2点的动应变。

2.根据权利要求1所述的道岔尖轨断裂预警测试方法，其特征在于：多组所述传感器(2)均为光栅应变传感器。

3.根据权利要求2所述的道岔尖轨断裂预警测试方法，其特征在于：所述光栅应变传感器设置多组，分布在尖轨(1)的轨底，多组光栅应变传感器之间通过光纤串联。