[發明專利]一種基于超聲臨界折射縱波測量鋼軌鎖定軌溫的方法

在審

• 申請號: 202110210111.5
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN112985637A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 孟志剛;王健慧;李元軍;盧小永;李燁斌;田昊;賈萬青
• 申請（專利權）人: 大秦鐵路股份有限公司
• 主分類號: G01K11/22
• 分類號: G01K11/22;G01L1/25
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔雪花;冷錦超

本發明提出一種基于超聲臨界折射縱波測量鋼軌鎖定軌溫的方法，屬于鋼軌檢測技術領域；具體是建立應力、聲時、溫度三者之間的數學模型和鎖定軌溫模型，利用超聲波在鋼軌固定距離內傳播時間的變化及軌溫的變化來自動調節模型參數，進而準確測量鋼軌應力及鎖定軌溫；該模型輸入參數少，超聲波速度檢測和軌溫檢測技術成熟，采集速度快，能夠快速計算得到鋼軌應力及鎖定軌溫，在保證檢測準確性的同時，顯著提升檢測速度，有助于提升現場工作效率。

技術領域

本發明屬于鋼軌檢測技術領域，涉及一種基于超聲臨界折射縱波測量鋼軌鎖定軌溫的方法。

背景技術

鐵路鋼軌鎖定軌溫是線路施工時，根據鋪設路段的氣候條件設計的重要技術指標，其準確性直接影響線路在極端條件下的穩定性和安全性。如果實際鎖定軌溫大于設計鎖定軌溫，在冬季由于氣溫降低，鋼軌中拉應力增大，可能發生斷軌；如果實際鎖定軌溫小于設計鎖定軌溫，在夏季由于氣溫升高，鋼軌中壓應力增大，可能發生脹軌。因此鋼軌鎖定軌溫的測量時鐵路工務部門的一項重要工作。

目前國內鐵路工務系統主要利用準直儀或者紅外線裝置測量特定溫度下的鋼軌位移量計算鋼軌的實際鎖定軌溫，雖然方法簡單，但是由于位移觀測樁偏移、位移觀測標簽脫落、人工測量誤差等原因造成測量結果失準；同時，一些機構研究出通過對鋼軌施加定量的作用力，測量鋼軌的橫、縱位移反算鋼軌的內部溫度應力，進而得到實際鎖定軌溫的方法，但是該方法需要拆卸20米-50米范圍內鋼軌的扣件，工作量大，需要天窗時間長，影響運輸效率的提升。

除此之外，一些研究機構也開始探索利用超聲波檢測鋼軌應力及鎖定軌溫的可行性，但大都依賴鋼軌本身材質，研究成果只能在特定線路使用，不具有普適性。

發明內容

本發明克服了現有技術的不足，提出一種基于超聲臨界折射縱波測量鋼軌鎖定軌溫的方法，該方法根據鋼軌材質、線路條件優化模型，滿足現場應用需求。

為了達到上述目的，本發明是通過如下技術方案實現的。

一種基于超聲臨界折射縱波測量鋼軌鎖定軌溫的方法，包括以下步驟：

a)建立應力、聲時、溫度三者之間的數學模型為：

(s-s₀)*M＝p+(T-T₀)*N (1)

其中：s為實際測量聲時；s₀為零應力聲時；M為聲時-應力系數；p為殘余應力；T為實際測量溫度；T₀為零應力溫度；N為理論溫度-應力系數。

式(1)中，通過調節零應力聲時s₀和聲時-應力系數M來優化模型，以適應不同的線路。

b)建立鎖定軌溫T'的數學模型為：

計算鎖定軌溫的數學模型為：

T′＝p/N+T₀ (2)

其中：T'為鎖定軌溫，T₀為零應力溫度；p為殘余應力。

c)將式(1)與式(2)整合得到式(4)：

設定零應力溫度T₀與鎖定軌溫T'相等，得到式(6)：

d)根據x距離軌道的測量數據，分別將聲時和應力數據取平均值可得平均聲時和平均溫度進而：

根據(7)即可得到零應力時的聲時s₀。

e)根據得到的聲時s₀，依次代入式(1)和式(2)計算出鎖定軌溫T'。