[发明专利]一种基于振动模态的钢轨锁定轨温检测方法

说明书

一种基于振动模态的钢轨锁定轨温检测方法，属于铁路钢轨状态检测技术领域，包括如下步骤：步骤一、在钢轨上布置温度传感器、振动传感器；步骤二、采集力锤信号与采集的模态数据进行相关性对比；步骤三、对振动模态及力锤激励信号进行采集，传递给人机处理单元；步骤四、数据处理，获得频率数据；步骤五、对获得的频率数据进行筛选；步骤六、获得钢轨纵向力；步骤七、根据锁定轨温与钢轨纵向力间的关系计算锁定轨温。本发明通过测量钢轨振动模态、钢轨温度，利用钢轨纵向力与钢轨固有频率间的近似线性关系，选取多个固有频率，综合计算钢轨纵向力。通过钢轨纵向力与温度间关系，不需外部输入条件，直接实现锁定轨温测量。

技术领域

本发明属于铁路钢轨状态检测技术领域，具体涉及一种基于振动模态的钢轨锁定轨温检测方法。

背景技术

随着铁路无缝线路钢轨的大量铺设，钢轨受纵向力影响越来越大，所以锁定轨温是铁路衡量钢轨状态的重要指标，对于如何快速、便捷检测钢轨锁定轨温一直是困扰铁路工务部门的难题。目前针对锁定轨温检测方案：1、观测桩法实现锁定轨温测量；2、应力放散法实现锁定轨温测量；3、超声波检测法实现锁定轨温测量。观测桩法有如下缺点：1）观测桩法采用的人工观测，观测误差比较大；2）观测桩法只能观测本区段内平均锁定轨温，不能实现对应力集中点观测；3）观测桩法需要铺设大量观测桩，工作量大。应力放散法的缺点如下：应力放散法比较能准确测算出本区段锁定轨温，但需要将铁路扣件松开进行放散作业，工作时长，工作量大，不适合快速测量。超声波检测法的缺点：不能直接测量出锁定轨温，需要输入初始锁定轨温、初始钢轨拉伸状态、钢轨材质等信息，对于既有铁路往往这些信息获取比较困难。

发明内容

针对现有技术观测桩观测误差比较大、放散法工作量大、超声波不能实现直接测量的问题，本发明提出一种基于振动模态的钢轨锁定轨温检测方法，通过测量钢轨振动模态、钢轨温度，利用钢轨纵向力与钢轨固有频率间的近似线性关系，选取多个固有频率，综合计算钢轨纵向力。通过钢轨纵向力与温度间关系，不需外部输入条件，直接实现锁定轨温测量。

本发明采用如下技术方案：

一种基于振动模态的钢轨锁定轨温检测方法，包括如下步骤：

步骤一、在钢轨上布置温度传感器、振动传感器；

步骤二、采用力锤进行信号激励，通过采集力锤信号与采集的模态数据进行相关性对比，判断数据的有效性；

步骤三、采用高精度模拟量采集设备对振动模态及力锤激励信号进行采集，将采集的数据传递给人机处理单元进行数据处理、计算；

步骤四、人机处里单元进行数据处理，通过快速傅立叶变换将时域信号转换为频域信号，获得频率数据；

步骤五、对获得的频率数据进行筛选，得到有效的固有频率；

步骤六、根据纵向力与固有频率间的线性关系获得钢轨纵向力；

步骤七、根据锁定轨温与钢轨纵向力间的关系计算锁定轨温。

进一步地，所述步骤一中，温度传感器布设在钢轨轨腰处；振动传感器采用磁吸的方式布设在钢轨轨腰中性轴上，水平方向为一跨四等分的1/4、1/2、3/4处。

进一步地，所述振动传感器底部依次与绝缘垫、失电型电磁座固定相连。

进一步地，所述步骤五中，对获得的频率数据进行筛选，具体为：对测试数据选择剔除500Hz以下的低频信号；从采集数据中选择多阶频率；并选取多个固有频率，与固有频率数据库进行比对，结合扣件间距、扣件刚度、扣件数量、扣件阻尼、钢轨长度对固有频率的影响，选取有效的固有频率进行加权取平均计算。

进一步地，所述步骤七中，锁定轨温计算公式如下：

T=T₀ + σ/E/α

其中：T为锁定轨温、T₀为钢轨温度、σ为钢轨纵向力、E为钢轨弹性模量、α为钢轨线膨胀系数。

本发明的优点与效果为：