一种基于超声临界折射纵波测量钢轨锁定轨温的方法

技术领域

本发明属于钢轨检测技术领域，涉及一种基于超声临界折射纵波测量钢轨锁定轨温的方法。

背景技术

铁路钢轨锁定轨温是线路施工时，根据铺设路段的气候条件设计的重要技术指标，其准确性直接影响线路在极端条件下的稳定性和安全性。如果实际锁定轨温大于设计锁定轨温，在冬季由于气温降低，钢轨中拉应力增大，可能发生断轨；如果实际锁定轨温小于设计锁定轨温，在夏季由于气温升高，钢轨中压应力增大，可能发生胀轨。因此钢轨锁定轨温的测量时铁路工务部门的一项重要工作。

目前国内铁路工务系统主要利用准直仪或者红外线装置测量特定温度下的钢轨位移量计算钢轨的实际锁定轨温，虽然方法简单，但是由于位移观测桩偏移、位移观测标签脱落、人工测量误差等原因造成测量结果失准；同时，一些机构研究出通过对钢轨施加定量的作用力，测量钢轨的横、纵位移反算钢轨的内部温度应力，进而得到实际锁定轨温的方法，但是该方法需要拆卸20米-50米范围内钢轨的扣件，工作量大，需要天窗时间长，影响运输效率的提升。

除此之外，一些研究机构也开始探索利用超声波检测钢轨应力及锁定轨温的可行性，但大都依赖钢轨本身材质，研究成果只能在特定线路使用，不具有普适性。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种基于超声临界折射纵波测量钢轨锁定轨温的方法，该方法根据钢轨材质、线路条件优化模型，满足现场应用需求。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种基于超声临界折射纵波测量钢轨锁定轨温的方法，包括以下步骤：

a)建立应力、声时、温度三者之间的数学模型为：

(s-s

其中：s为实际测量声时；s

式(1)中，通过调节零应力声时s

b)建立锁定轨温T'的数学模型为：

计算锁定轨温的数学模型为：

T′＝p/N+T

其中：T'为锁定轨温，T

c)将式(1)与式(2)整合得到式(4)：

设定零应力温度T

d)根据x距离轨道的测量数据，分别将声时和应力数据取平均值可得平均声时

根据(7)即可得到零应力时的声时s

e)根据得到的声时s

进一步的，所述的声时-应力系数为M/Δ，Δ为距离x距离内声时的标准差，M是发射探头和接收探头距离为某特定值的理论声时-应力系数，该参数应根据实际探头距离做反比例调整。

进一步的，距离x为10-20m。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

本发明利用超声波在钢轨固定距离内传播时间的变化及轨温的变化来自动调节模型参数，进而准确测量钢轨应力及锁定轨温，该模型输入参数少，超声波速度检测和轨温检测技术成熟，采集速度快，能够快速计算得到钢轨应力及锁定轨温，提高工务系统锁定轨温检测工作的效率。

本发明不依赖钢轨材质，可通过学习得到适用不同线路条件的自适应参数，进而计算钢轨内部的残余应急及锁定轨温。在保证检测准确性的同时，显著提升检测速度，有助于提升现场工作效率。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

一种基于超声临界折射纵波测量钢轨锁定轨温的方法，该方法的思路是超声波在钢轨中传播的变化是钢轨中残余应力和温度应力的综合体现。超声波速度变化体现在固定距离内传播时间的变化，该模型根据线路条件调节零应力声时的传播时间及声时-应力系数两个参数，达到自适应的目的。根据相关理论，建立应力、声时、温度三者之间的数学模型为：

(s-s

其中：s为实际测量声时；s

在该模型中，通过调节零应力声时s

根据相关理论，计算锁定轨温的数学模型为：

T'＝p/2.48+T

其中：T'为锁定轨温，T

由(1)得：

p＝(s-s

故：

当理论锁定轨温T

由(5)化简得：

s-s

根据开始测量的前10m的数据，分别将声时和应力数据取平均值可得平均声时

根据(7)即可得到零应力时的声时s

同时计算前10m距离的声时数据的标准差Δ，标准差反映的是数据的波动程度，该数学模型中的使用的声时-应力系数为1.93/Δ，可以缓解校准失常及设备前行震动产生的数据波动误差。进一步可根据式(3)，(2)计算实时残余应力p和实时锁定轨温T'。

检测方法基于国家标准GB/T 32073-2015无损检测残余应力超声临界折射纵波检测方法。本实施例更侧重于无缝线路区段内钢轨应力及锁定轨温的分布趋势，对于钢轨局部应力比较大或者不均匀的地方，认为是线路的薄弱环节。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。