CN103612648A - 一种轨道交通列车残余应力分布预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通列车残余应力分布预警系统，包括计算机自动采集系统以及与之无线相连的信号转换装置，所述信号转换装置与PLC控制器的信号输出端连接，所述PLC控制器的信号输入端与无线应力变形传感器相连，所述无线应力变形传感器设置于轨道交通列车的若干个重点关注部位处，所述计算机自动采集系统内置有轨道交通列车残余应力基础数据库并建立残余应力三维仿真云图，以颜色、分数和危险程度进行分类标识，当所述计算机自动采集系统所采集的来自无线应力变形传感器的实测数据超过预设的设定残余应力的上限值自动进行警示。本发明的优点在于能准确地监测和直观地显示轨道交通列车残余应力分布状态，以保证列车的安全可靠性。

Description

一种轨道交通列车残余应力分布预警系统

技术领域

本发明涉及一种测量预警系统，具体涉及一种轨道交通列车残余应力分布预警系统。 

背景技术

轨道交通列车整体结构（1）存在有对接、搭接、搭对接、角接、十字接头、塞焊等多种复杂多样的接头型式；（2）存在有A5083、A6N01、A6005、A7N01以及其它种类的铝合金材料混合制备的焊接结构；（3）存在有MIG焊、激光焊、搅拌摩擦焊、铆接、粘接等多种型式的制造方式；（4）存在有铝合金、碳钢等多种型式的材料组成。 

焊接构件的焊接残余应力与其所受荷载叠加，导致构件内部应力重分布，产生二次变形，进而影响焊接结构的刚度和变形，降低其整体和局部稳定性；更重要的是，残余应力和残余变形严重影响焊接结构和焊接构造细节的疲劳强度、抗脆断能力、抵抗应力腐蚀和高温蠕变开裂的能力等。 

由于残余应力对轨道交通列车的安全可靠性起着重要的影响，而目前残余应力只能通过列车返场检修时小范围的现场检测，不便于列车检修维护人员实时检测列车关键部位的残余应力分布状态，因此迫切需要一种安全预警系统对各部位残余应力的分布状况进行监控，及时避免由于残余应力数值过高，导致列车车体变形，并进一步引发安全事故。 

发明内容

本发明目的在于克服上述不足，提供一种轨道交通列车残余应力分布预警系统，其能准确地监测和直观地显示轨道交通列车残余应力分布状态，以保证列车的安全可靠性。 

本发明通过下述技术方案实现发明目的: 一种轨道交通列车残余应力分布预警系统，包括计算机自动采集系统以及与之无线相连的信号转换装置，所述信号转换装置与PLC控制器的信号输出端连接，所述PLC控制器的信号输入端与无线应力变形传感器相连，所述无线应力变形传感器设置于轨道交通列车的若干个重点关注部位处，所述计算机自动采集系统与信号转换装置连接，同时内置有轨道交通列车残余应力基础数据库并建立残余应力三维仿真云图，以颜色、分数和危险程度进行分类标识，当所述计算机自动采集系统所采集的来自无线应力变形传感器的实测数据超过预设的设定残余应力的上限值时，自动进行警示。 

进一步的，所述轨道交通列车残余应力基础数据库预先存储有轨道交通列车不同结构、不同材料、不同制造工艺、不同状态等的残余应力数据。 

进一步的，所述无线应力变形传感器首先根据计算机内置的残余应力基础数据库中的预设数据的上限值进行分类，然后依据不同类型（例如：≦150MPa、≦2000MPa、≦250MPa等三类）被分别安装于轨道交通列车的底架缓冲梁、底架牵引梁、底架横梁、侧墙窗口、侧墙门角、司机室、端墙交界处。 

本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：列车在线运行过程中，计算机自动采集系统通过PLC控制器以及信号转换装置分阶段向无线应力变形传感器传输指令，无线应力变形传感器对各部位的应变及变形情况进行采集，数据以应变的方式传输至PLC控制器根据，经信号转换装置转换后，传输至计算机自动采集系统，计算机自动采集系统根据应力数据进行分类辨识，并告知检修人员采取处理措施。这样，即可对各部位残余应力的分布状况进行监控，及时避免由于残余应力数值过高，导致列车车体变形，并进一步引发安全事故。 

具体实施方式  

实施例1：以轨道列车车体为例。首先将(1)地铁列车.残余应力基础数据库里面的数据进行汇总分析，按照：

(1).①A6005A；②A5083；③A6082等不同类型的铝合金材料进行分类，并输入a.化学成分;b.比热容; c.质量密度;d. 弹性摸量;d. 热胀系数;e. 屈服应力;f. 应变硬化等材料常数；

(2).①对接接头；②搭接接头；③角接接头；④搭对接接头；⑤塞焊等不同的铝合金接头型式进行分类；

(3). ①MIG焊接工艺；②激光焊接工艺；③搅拌摩擦焊接工艺不同的铝合金接头型式进行分类。

分类完成后，根据不同的应力等级，建立三维云图，并将： 

(1).拉应力条件下时， ①0~40MPa设定为绿色、90分、安全等3个体系；②41~80MPa设定为蓝色、80分、基本安全等3个体系；③81~120MPa设定为黄色、70分、分阶段关注等3个体系；④121MPa及以上设定为红色、≤60分、需重点关注等3个体系；

(2). 压应力条件下时， ①-100~0MPa设定为绿色、90分、安全等3个体系；②-200~-101MPa设定为蓝色、80分、基本安全等3个体系；③-201MPa及以上设定为黄色、70分、分阶段关注等3个体系。 

将获得的(1) .地铁列车残余应力基础数据库以及（2）.残余应力三维仿真云图安装于(6).计算机自动采集系统内。 

将（3）. 无线应力变形传感器内置安装在(7).轨道交通列车的a.底架缓冲梁；b.底架牵引梁；c.底架横梁；d.侧墙窗口；e.侧墙门角；f.司机室;g.端墙交界处等重点关注部位。根据计算机系统的监测限制，最多可以安装80个无线应力变形传感器。 

以列车运行五级修（即列车在线运行180万公里后返场大修）为例，经综合评判后，180万公里运行后，1#部位设定为红色、≤60分、需重点关注，2#部位设定为黄色、70分、下一阶段（210万公里）关注，3#部位设定为蓝色、80分、基本安全，4#部位设定为蓝色、80分、基本安全，5#部位设定为黄色、70分、下一阶段（210万公里）关注，6#部位设定为绿色、90分、安全，7#部位设定为绿色、90分、安全，8#部位设定为绿色、90分、安全，9#部位设定为黄色、70分、下一阶段（210万公里）关注。 

由于1#部位设定为红色、≤60分、需重点关注。因此检修人员需对1#部位进行处理。首先采用X射线照射探伤，对缺陷进行评判处理：经分析，1#部位存在裂纹缺陷，因此应对1#部位进行TIG重熔修复处理。处理完成后，再重新进行应力检测，应力数值降低到85.27MPa，可继续上线运行监测。 

本发明主要针对残余应力分布预警系统所进行的改进，以上所述仅为本发明较佳实施例而已，非因此即局限本发明的专利范围，故举凡用本发明说明书及图式内容所为的简易变化及等效变换，均应包含于本发明的专利范围内。 

Claims (3)

1.一种轨道交通列车残余应力分布预警系统，包括计算机自动采集系统以及与之无线相连的信号转换装置，其特征在于所述信号转换装置与PLC控制器的信号输出端连接，所述PLC控制器的信号输入端与无线应力变形传感器相连，所述无线应力变形传感器设置于轨道交通列车的若干个重点关注部位处，所述计算机自动采集系统与信号转换装置连接，同时内置有轨道交通列车残余应力基础数据库并建立残余应力三维仿真云图，以颜色、分数和危险程度进行分类标识，当所述计算机自动采集系统所采集的来自无线应力变形传感器的实测数据超过预设的设定残余应力的上限值时自动进行警示。

2.根据权利要求1所述的一种轨道交通列车残余应力分布预警系统，其特征在于：所述轨道交通列车残余应力基础数据库预先存储有轨道交通列车不同结构、不同材料、不同制造工艺、不同状态等的残余应力数据。

3.根据权利要求1所述的一种轨道交通列车残余应力分布预警系统，其特征在于：所述无线应力变形传感器首先根据计算机内置的残余应力基础数据库中的预设数据的上限值进行分类，然后依据不同类型进行归类然后再被分别安装于轨道交通列车的底架缓冲梁、底架牵引梁、底架横梁、侧墙窗口、侧墙门角、司机室、端墙交界处。