一种钢轨断裂测试方法与流程

本发明属于轨道检测，更具体地说，特别涉及一种钢轨断裂测试方法。

背景技术：

1、随着铁路交通的发展，钢轨为作为铁路运输的重要组成部分，为列车车轮提供一个支承、走行和导向的工作面，维持钢轨完好是保证列车安全行驶的必要条件；然而，在列车的荷载作用下，钢轨不可避免地会发生各类损伤，其中钢轨断裂是影响列车运行安全最为严重的损伤，必须及时发现并处置。

2、如专利号为202321351872.3的中国实用新型专利，提供了一种钢轨伤损检测机构及钢轨探伤车，该钢轨探伤车通过牵引车与检测车的设置，在使用时通过牵引车的动力走行部拉动检测车，而检测车通过电磁探头机构与超声波探轮机构，对钢轨进行超声波检测与电磁检测，提高了检测的精准度；但是，传统的探伤小车检测具有一定的局限性，需要利用线路的天窗期放置于钢轨上，然后进行检测，还需要用户进行手动操作，无法实现对钢轨的常态化监测，降低了检测效率。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种钢轨断裂测试方法，以解决现有技术中，传统的探伤车测试时需要用户手动操作，利用用线路的天窗期将其放置在钢轨上，无法实现对钢轨的常态化监测，降低了检测效率的技术问题。

2、本发明的一种钢轨断裂测试方法目的与功效，由以下具体技术手段所达成：

3、一种钢轨断裂测试方法，包括有钢轨与列车，所述列车包括有车辆走行部，所述钢轨顶部与所述车辆走行部接触，所述车辆走行部轴箱的两端均设置有振动传感器，所述车辆走行部顶部设置有车厢，所述车厢内设置有测试设备，两组所述振动传感器均与所述测试设备电性连接；

4、所述测试方法包括有以下步骤：

5、步骤一：所述列车在所述钢轨上行驶时,所述车辆走行部车轮会对所述钢轨施加荷载产生振动和位移，在所述车辆走行部轴箱端部安装的振动传感器,会采集所述车辆走行部对所述钢轨施加的振动位移；

6、步骤二：所述振动传感器可以将采集到的机械振动位移转换为电信号，在所述振动传感器与所述测试设备之间采用数据线联系或者无线连接，所述测试设备中包含信号采集分析仪，所述振动传感器将移转换得到的电信号,通过连接线输送到信号采集仪中，信号采集仪对各路输入的电信号进行采集、放大和编码,然后传送给所述测试设备中的信号处理单元；

7、步骤三：所述信号处理单元通过所述钢轨在受到荷载作用时,会产生挠曲变形的力学原理，用公式对所述钢轨的挠曲变形进行计算和推导；

8、步骤四：各段所述钢轨的刚度各不相同，因此需要通过公式进行计算，得出所述钢轨弯曲刚度的数值；

9、步骤五：所述测试设备根据采集的所述钢轨的挠曲位移数据与弯曲刚度数据，通过公式进行计算，可以进一步计算出所述钢轨的竖向振动位移；

10、步骤六：在通过步骤一至步骤五得到所述钢轨竖向振动位的位移变化后，所述测试设备将根据得到的数据进行分析，自动完成对所述钢轨的检测与判断，完成对所述钢轨的检测。

11、作为本发明的进一步方案，在步骤三中，所述推导公式为：

12、

13、其中，u表示所述钢轨的挠曲位移，e表示所述钢轨的弹性模量，所述i表示所述钢轨的惯性矩，y(x)表示所述钢轨的竖向振动位移。

14、作为本发明的进一步方案，在步骤三中，所述钢轨在断裂或损伤时,所述惯性矩i会减小,产生的竖向位移增大，通过所述钢轨在同一动力作用下产生的挠曲变形,与正常值进行比较,即可初步推断所述钢轨的完整情况。

15、作为本发明的进一步方案，在步骤四中，所述公式为弯曲刚度公式，基于所述钢轨的材料，计算所述钢轨的弯曲刚度，所述弯曲刚度代表所述钢轨对弯曲变形的抵抗力，因此,在受到同样的外力弯矩作用下,当弯曲刚度较大时,所述钢轨产生的挠曲变形会减小，其抵抗弯曲变形的能力也较强。

16、作为本发明的进一步方案，所述弯曲刚度公式为：

17、

18、其中，k表示所述钢轨的弯曲刚度，u表示所述钢轨的挠曲位移，e表示所述钢轨的弹性模量，所述ix表示所述钢轨受到的竖向惯性矩。

19、作为本发明的进一步方案，在步骤五中，所述公式为挠曲变形方程，该方程的微分方程通解为：

20、y(x)＝c1ekxcoskx+c2ekxsinkx+c3e-kxcoskx+c4e-kxsinkx

21、而所述钢轨为刚性固定铺设在线路上，有着约束条件，为使得计算符合实际使用情况，因此所述挠曲变形方程为：

22、

23、其中，y(x)表示所述钢轨的竖向振动位移，k表示所述钢轨的弯曲刚度，u表示所述钢轨的挠曲位移。

24、作为本发明的进一步方案，在步骤六中，所述测试设备计算得到的位移变化小于标准值的10％时，则该段所述钢轨无需进行关注。

25、作为本发明的进一步方案，在步骤六中，所述测试设备计算得到的位移变化为标准值的10％～30％时，所述测试设备将调取该段所述钢轨的历史数据进行对比，同时将其进行标记。

26、作为本发明的进一步方案，当标记的所述钢轨的位移变化持续增加，达到或大于标准值的30％时，所述测试设备将对标记的所述钢轨进行波形分析，然后发出产生断轨预警。

27、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

28、1.与现有技术相比，通过测试设备的设置，将测试设备安装在常规的运营列车上，并通过测试设备的信号采集仪与信号处理单元，自动对数据进行采集与记录分析，解决了传统的探伤车检测需要用户手动操作的问题，不需要专门安排天窗时间进行测试，整个过程不需要人工操作，节省了人工成本，并实现监测的实时化，及时发现问题并报警，提高了检测效率。

29、2.通过振动传感器与车辆走行部的设置，在使用该测试方法时，通过振动传感器可以采集钢轨振动位移数据，为后续计算提供数据输入，然后利用公式计算出钢轨的挠曲位移、弯曲刚度以及竖向振动位移；然后根据根据位移变化判断钢轨的完整性,当位移变化达到一定程度,则判断钢轨发生损伤,需要进行关注和维修；该测试方法避免了人工巡视的麻烦,可以实时监测钢轨的状况,有效提高了安全性。

30、3.通过阀值的设置，在使用该测试方法时，通过理论计算公式得出钢轨参数,再与标准值进行对比,可以较为精确地判断钢轨的健康状况；如果位移变化在10％以内,则判定钢轨正常；在10-30％之间则需关注；超过30％则判断钢轨发生损伤,需要进行修复；这种量化判断可以最大限度地减少误报的概率，提高了测试结果的准确性。

技术特征：

1.一种钢轨断裂测试方法，其特征在于：包括有以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种钢轨断裂测试方法，其特征在于：在步骤三中，所述推导公式为：

3.根据权利要求2所述的一种钢轨断裂测试方法，其特征在于：所述钢轨在断裂或损伤时,所述惯性矩i会减小,产生的竖向位移增大，通过所述钢轨在同一动力作用下产生的挠曲变形,与正常值进行比较,即可初步推断所述钢轨的完整情况。

4.根据权利要求1所述的一种钢轨断裂测试方法，其特征在于：在步骤四中，所述公式为弯曲刚度公式，基于所述钢轨的材料，计算所述钢轨的弯曲刚度，所述弯曲刚度代表所述钢轨对弯曲变形的抵抗力，因此,在受到同样的外力弯矩作用下,当弯曲刚度较大时,所述钢轨产生的挠曲变形会减小，其抵抗弯曲变形的能力也较强。

5.根据权利要求4所述的一种钢轨断裂测试方法，其特征在于：所述弯曲刚度公式为：

6.根据权利要求1所述的一种钢轨断裂测试方法，其特征在于：在步骤五中，所述公式为挠曲变形方程，该方程的微分方程通解为：

7.根据权利要求1所述的一种钢轨断裂测试方法，其特征在于：在步骤六中，所述测试设备计算得到的位移变化小于标准值的10％时，则该段所述钢轨无需进行关注。

8.根据权利要求1所述的一种钢轨断裂测试方法，其特征在于：在步骤六中，所述测试设备计算得到的位移变化为标准值的10％～30％时，所述测试设备将调取该段所述钢轨的历史数据进行对比，同时将其进行标记。

9.根据权利要求8所述的一种钢轨断裂测试方法，其特征在于：当标记的所述钢轨的位移变化持续增加，达到或大于标准值的30％时，所述测试设备将对标记的所述钢轨进行波形分析，然后发出产生断轨预警。

技术总结
本发明提供了一种钢轨断裂测试方法，包括有如下步骤：步骤一：通过车辆走行部轴箱端部的振动传感器,采集车辆走行部对钢轨施加的振动位移；步骤二：振动传感器将采集机械振动位移转换为电信号，传输给测试设备的信号采集仪；步骤三：信号处理单元通过力学原理，通过公式对钢轨的挠曲变形进行计算和推导；步骤四：通过公式计算当段钢轨的弯曲刚度；步骤五：测试设备根据采集的钢轨的挠曲位移数据与弯曲刚度数据，通过公式进一步计算出钢轨的竖向振动位移和变化率；步骤六：测试设备将根据得到的数据，自动完成对钢轨的检测、分析与判断；解决了传统的探伤车测试时需要用户手动操作识别的问题，无需专门安排天窗时间进行测试，提高了测试的效率。

技术研发人员：罗雁云,周俊召,张斌,姚辰游
受保护的技术使用者：上海铁院轨道交通科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29