[发明专利]一种基于钢轨竖向振动特性检测钢轨纵向力的方法

说明书

本发明公开了一种基于钢轨竖向振动特性检测钢轨纵向力的方法，该方法将若干加速度传感器布置在相邻轨枕间距中心处的钢轨底部，用于采集在竖向敲击钢轨轨顶时所产生的竖向振动加速度信号并回传数据采集设备进行数据处理，在生成相应的频响函数及其曲线后得出钢轨竖向振动第一阶pinned‑pinned共振频率的实际值f，将该共振频率实际值f代入钢轨所对应的拟合曲线f=A*t+B中，计算得钢轨温度变化量t，最后根据该钢轨温度变化量t计算得到钢轨纵向温度应力值。本发明的优点是，该方法为无损检测方法，检测过程不会对轨道结构的稳定性造成影响；该检测方式为可用于无缝线路温度力的长期监测，实际应用时，可将列车动荷载作为激励源，避免人工操作。

技术领域

本发明属于交通技术领域，具体涉及一种基于钢轨竖向振动特性检测钢轨纵向力的方法。

背景技术

随着高速、重载铁路的发展，无缝线路通过焊接消除了长钢轨间的轨缝，减小了列车通过时的轮轨冲击作用，降低了轮轨噪声和轨道结构的振动，延长了轨道和列车部件的使用寿命，提高了列车通过性和旅客舒适度。基于这些优点，无缝线路在全世界范围内被广泛推广和应用。无缝线路消除了钢轨间轨缝，使得钢轨在纵向保持平滑连续，但由于无缝线路钢轨在环境温度变化下不能沿纵向自由伸缩，进而会导致钢轨内部积累巨大的温度应力。夏季钢轨温度随环境温度升高到一定程度时，会在扣件阻力小或路基条件差的地方发生胀轨跑道；冬季钢轨温度随环境温度降低到一定程度时，钢轨有被拉断的危险。这些问题将会严重影响列车的运行安全。

因此，无缝线路纵向温度力的检测对于预防轨道结构高温胀轨跑道及低温钢轨拉断，确保列车安全运行具有重大意义。当前，针对无缝线路温度检测主要有有损检测方法及半有损检测方法。有损检测方法在测量钢轨应力的过程中，一般需要截断钢轨并通过钢轨伸缩量变化得到应力值。半有损检测方法主要分为以下两类：

第一类半有损检测方法是通过在零应力钢轨上打两个距离一定（一般为24m）的标记点，通过测量温度变化前后两标记点间的距离变化量，计算得到无缝线路温度力的大小。

第二类半有损检测方法，如竖向加力法，则是在检测前拆去一定长度范围内的钢轨扣件，然后在钢轨的竖直方向施加一定的荷载，使钢轨在竖直方向上产生一定的位移。由于该位移与钢轨内部温度力之间存在一定的比例关系，因而可以计算得到无缝线路钢轨内部温度力的大小。

有损检测方法和第二类半有损检测方法由于会对原有轨道结构的稳定性造成破坏，检测过程中也存在一定的安全风险，且第二类半有损检测方法只能检测到钢轨内部存在的拉应力，因而在国内并未得到广泛应用。第一类半有损检测方法在检测过程中能够保持轨道结构的完整性和稳定性，故应用较广，但该方法的检测结果精度较低，需要人工定点定时检测，劳动强度较大。近年来，无损检测技术发展迅速，一些无损检测方式也被引入了铁路无缝线路温度力检测中，如巴克豪森法，超声导波法以及X射线法等。此类方法对于检测钢轨表层或钢轨顶面以下一定深度范围内的应力分布情况有效，而并不能反映整个钢轨截面上的应力分布情况。同时，此类方法受到钢轨自身状态影响较大，当钢轨内部存在缺陷如轨头核伤时，其检测结果的准确性目前尚未得到验证。

因而，研究一种检测精度更高且不受钢轨自身影响的无损检测方式极为重要。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种基于钢轨竖向振动特性检测钢轨纵向力的方法，该方法将若干加速度传感器布置在相邻轨枕间距中心处的钢轨底部，用于采集在竖向敲击钢轨轨顶时所才生的竖向振动加速度信号，从而检测计算钢轨纵向力的值。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种基于钢轨竖向振动特性检测钢轨纵向力的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

（1）在钢轨底部沿纵向间隔布置至少三个加速度传感器，每相邻的两组轨枕之间分布有一个所述加速度传感器；