CN106078008B - 一种城际轨道列车转向架残余应力安全控制系统及控制方法 - Google Patents
一种城际轨道列车转向架残余应力安全控制系统及控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种城际轨道列车转向架残余应力安全控制系统及控制方法，包括计算机监控装置、无线应力传感器、自动残余应力控制处理装置和残余应力碾压自动控制装置。自动残余应力控制处理装置配置为根据无线应力传感器所采集的残余应力数据，自动识别出城际轨道列车转向架中处于残余应力危险区域的部位，及指令残余应力碾压自动控制装置工作；残余应力碾压自动控制装置包括若干个碾压压头，残余应力碾压自动控制装置能对自动残余应力控制处理装置识别出的处于残余应力危险区域的部位，进行碾压处理。采用上述系统与方法后，能对各部位残余应力的分布状况进行监控、控制，并能及时避免由于残余应力数值过高，导致转向架开裂等现象。
Description
技术领域
本发明涉及城际轨道列车转向架残余应力安全控制系统领域，特别是一种城际轨道列车转向架残余应力安全控制系统及控制方法。
背景技术
转向架是城际轨道列车的重要走形机构。由于现有转向架全部采用熔化极气体保护焊进行焊接，且焊接线能量大、焊缝密集、焊缝层数多、焊缝道数多，加上为确保尺寸精度，需要进行大量的工装及预压紧处理。因此转向架存在较大的残余应力，甚至部分部位超过转向架材料的屈服极限。残余应力不但影响结构精度和尺寸稳定性，还会降低焊接构件的刚度，断裂强度，疲劳强度和抗应力腐蚀性。
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转向架关键部位的残余应力分布状态，并且如果残余应力过大，也没有一种及时进行残余应力控制的系统及方法可以随时方便使用。
因此迫切需要城际轨道列车转向架残余应力安全控制系统对各部位残余应力的分布状况进行监控、控制，能及时避免由于残余应力数值过高，导致转向架开裂，并进一步引发的安全事故。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种能对各部位残余应力的分布状况进行监控、控制，并能及时避免由于残余应力数值过高，导致转向架开裂等现象的城际轨道列车转向架残余应力安全控制系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种城际轨道列车转向架残余应力安全控制系统，用于控制城际轨道列车转向架的残余应力，其特征在于：包括计算机监控装置、无线应力传感器、自动残余应力控制处理装置和残余应力碾压自动控制装置；
其中，计算机监控装置、无线应力传感器和残余应力碾压自动控制装置均分别与自动残余应力控制处理装置相连接；
计算机监控装置中内置有城际轨道列车转向架残余应力标准数据库及残余应力危险区域的判定标准；
无线应力传感器能对城际轨道列车转向架中各个重点关注部位的残余应力数据进行采集；
自动残余应力控制处理装置配置为根据无线应力传感器所采集的残余应力数据，自动识别出城际轨道列车转向架中处于残余应力危险区域的部位，及指令残余应力碾压自动控制装置工作；
残余应力碾压自动控制装置包括若干个碾压压头，残余应力碾压自动控制装置能对自动残余应力控制处理装置识别出的处于残余应力危险区域的部位，进行碾压处理。
所述自动残余应力控制处理装置中设置有操作面板，根据无线应力传感器所采集的残余应力数据，通过操作面板，能对碾压压头的碾压参数进行设定。
所述碾压压头的碾压参数包括碾压力、碾压距离、碾压时间和碾压次数。
本申请还提供一种能对各部位残余应力的分布状况进行监控、控制，并能及时避免由于残余应力数值过高，导致转向架开裂等现象的城际轨道列车转向架残余应力安全控制方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种城际轨道列车转向架残余应力安全控制方法，还包括以下步骤：
第一步，设定需要重点关注部位的残余应力分布区间及残余应力危险区域的判定标准：通过对城际轨道列车转向架残余应力标准数据库中需要重点关注部位的残余应力数据进行统计分析，计算出该需要重点关注部位的残余应力分布区间及残余应力危险区域的判定标准；
第二步，根据用户需求，选择残余应力的监测区间。
第三步，残余应力检测：将无线应力传感器布置在第二步中监测区间内的所有需要重点关注部位，无线应力传感器将对各需要重点关注部位的残余应力数据进行采集，并将采集的残余应力数据自动传递给自动残余应力控制处理装置。
第四步，处于残余应力危险区域部位的识别：自动残余应力控制处理装置对三步接收的残余应力数据进行数据处理，并与第一步中残余应力危险区域的判定标准进行比对，自动识别出所有处于残余应力危险区域的部位。
第五步，碾压：当第四步中自动残余应力控制处理装置自动识别出所有处于残余应力危险区域的部位后，自动残余应力控制处理装置将指令残余应力碾压自动控制装置启动，对所有处于残余应力危险区域的部位进行碾压处理。
第六步，残余应力再次检测：按照第三步的方法，再次对第五步碾压完成后的所有处于残余应力危险区域部位进行残余应力检测，直至残余应力数据达到安全区间范围内。
所述第二步中残余应力的监测区间为来料基础件、大部件焊态、大部件调修态、构架焊态、构架喷砂态或热处理态中的一种。
所述第三步中，无线应力传感器采集的残余应力数据包括应变及变形情况数据。
所述第五步中，在残余应力碾压自动控制装置启动前，需在自动残余应力控制处理装置的控制面板中设定碾压压头的碾压参数，碾压参数包括碾压力、碾压距离、碾压时间和碾压次数。
所述碾压参数需根据残余应力峰值情况进行设置，对于残余应力峰值相同或接近的处于残余应力危险区域部位，统一设定为相同的碾压参数。
所述第五步中，碾压压头类型的选择，需考虑各个处于残余应力危险区域部位的结构型式，对于结构型式相同的处于残余应力危险区域部位，统一采用相同类型的碾压压头。
本发明采用上述系统系统与方法后，能对各部位残余应力的分布状况进行监控，并能自动识别出所有处于残余应力危险区域部位，并对识别所有处于残余应力危险区域部位进行碾压处理，使其处于规定的范围内，从而能及时避免由于残余应力数值过高，导致转向架的开裂等现象。
附图说明
图1是本发明一种城际轨道列车转向架残余应力安全控制系统的结构示意图。
其中有：
1.无线应力传感器；
2.计算机监控装置；
3.自动残余应力控制处理装置；31.控制面板；
4.碾压压头；
5.乘机轨道列车转向架。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种城际轨道列车转向架残余应力安全控制系统，用于控制城际轨道列车转向架的残余应力，其包括计算机监控装置2、无线应力传感器1、自动残余应力控制处理装置3和残余应力碾压自动控制装置。
其中，计算机监控装置2、无线应力传感器1和残余应力碾压自动控制装置均分别与自动残余应力控制处理装置3相连接。
计算机监控装置中内置有城际轨道列车转向架残余应力标准数据库及残余应力危险区域的判定标准。
计算机监控装置中内置了接近10万个转向架构架、侧梁、横梁等部件的残余应力测试、仿真数据和残余应力安全评价准则。
无线应力传感器能对城际轨道列车转向架中各个重点关注部位的残余应力数据进行采集。当城际轨道列车转向架构架、侧梁、横梁等部件焊接完成后、运行过程中以及其它需要监测的阶段进行时，将本发明的控制系统放置到指定部位，无线应力传感器即开始进行残余应力数据采集。无线应力传感器外接 计算机监控装置，根据 计算机监控装置的监测限制，一般可以安装80个无线应力传感器。
自动残余应力控制处理装置配置为根据无线应力传感器所采集的残余应力数据，将根据用户的关注度自动对残余应力数据的危险区、安全区进行归类处理，自动识别出城际轨道列车转向架中处于残余应力危险区域的部位，及指令残余应力碾压自动控制装置工作。
残余应力碾压自动控制装置包括若干个碾压压头，根据转向架构架、侧梁、横梁等部件不同，来选择碾压压头。
残余应力碾压自动控制装置能对自动残余应力控制处理装置识别出的处于残余应力危险区域的部位，进行碾压处理。
进一步，自动残余应力控制处理装置中设置有操作面板，根据无线应力传感器所采集的残余应力数据，通过操作面板，能对碾压压头的碾压参数进行设定。其中，碾压压头的碾压参数包括碾压力、碾压距离、碾压时间和碾压次数。
下面以城际轨道列车转向架中侧梁残余应力安全控制方法为例，对本申请进行详细的说明。
一种城际轨道列车转向架残余应力安全控制方法，还包括以下步骤：
第一步，设定需要重点关注部位的残余应力分布区间及残余应力危险区域的判定标准：通过对城际轨道列车转向架残余应力标准数据库中需要重点关注部位的残余应力数据进行统计分析，计算出该需要重点关注部位的残余应力分布区间及残余应力危险区域的判定标准。
本实施例中，对侧梁残余应力数据按照部位、关注度、工艺顺序等进行成组法分类统计。得出侧梁各部位的残余应力分布区间。例如侧梁外侧的残余应力分布区间在-200MPa~450MPa之间，则将≥300MPa设定为残余应力的危险区域。
第二步，根据用户需求，选择残余应力的监测区间。残余应力的监测区间为来料基础件、大部件焊态、大部件调修态、构架焊态、构架喷砂态或热处理态中的一种。
第三步，残余应力检测：将无线应力传感器布置在第二步中监测区间内的所有需要重点关注部位，无线应力传感器将对各需要重点关注部位的残余应力数据进行采集，并将采集的残余应力数据自动传递给自动残余应力控制处理装置。
当对具体侧梁进行残余应力检测时，将无线应力传感器外接探头，侧梁需要关注40个重点部位，将探头分别紧贴40个重点关注部分，无线应力传感器对各部位的应变及变形情况进行采集，经过系统自动转化数据处理后，得出各部位的残余应力分布。
第四步，处于残余应力危险区域部位的识别：自动残余应力控制处理装置对三步接收的残余应力数据进行数据处理，并与第一步中残余应力危险区域的判定标准进行比对，自动识别出所有处于残余应力危险区域的部位。
当对具体侧梁进行残余应力检测时，其中有9个部位残余应力数值超过300MPa，则将这9个部位设定为残余应力的危险区域。
第五步，碾压：当第四步中自动残余应力控制处理装置自动识别出所有处于残余应力危险区域的部位后，自动残余应力控制处理装置将指令残余应力碾压自动控制装置启动，对所有处于残余应力危险区域的部位进行碾压处理。
本步骤中，在残余应力碾压自动控制装置启动前，需在自动残余应力控制处理装置的控制面板中设定碾压压头的碾压参数，碾压参数包括碾压力、碾压距离、碾压时间和碾压次数。
碾压参数需根据残余应力峰值情况进行设置，对于残余应力峰值相同或接近的处于残余应力危险区域部位，统一设定为相同的碾压参数。碾压压头类型的选择，需考虑各个处于残余应力危险区域部位的结构型式，对于结构型式相同的处于残余应力危险区域部位，统一采用相同类型的碾压压头。
当对具体侧梁进行残余应力检测及碾压处理时，先将上述9个处于危险区域的部位所在侧梁上的坐标位置输入控制面板中，由于其中4个部位的残余应力峰值较接近，故统一设定碾压力：200N；碾压距离：50×50mm；碾压时间：5min；碾压次数：来回往复2次。
另外，由于还有4个部位的结构型式较接近，统一选择圆形碾压压头，直径50mm，对个部位进行碾压处理。
第六步，残余应力再次检测：按照第三步的方法，再次对第五步碾压完成后的所有处于残余应力危险区域部位进行残余应力检测，直至残余应力数据达到安全区间范围内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种城际轨道列车转向架残余应力安全控制系统，用于控制城际轨道列车转向架的残余应力，其特征在于：包括计算机监控装置、无线应力传感器、自动残余应力控制处理装置和残余应力碾压自动控制装置；
其中，计算机监控装置、无线应力传感器和残余应力碾压自动控制装置均分别与自动残余应力控制处理装置相连接；
计算机监控装置中内置有城际轨道列车转向架残余应力标准数据库及残余应力危险区域的判定标准；
无线应力传感器能对城际轨道列车转向架中各个重点关注部位的残余应力数据进行采集；
自动残余应力控制处理装置配置为根据无线应力传感器所采集的残余应力数据，自动识别出城际轨道列车转向架中处于残余应力危险区域的部位，及指令残余应力碾压自动控制装置工作；
残余应力碾压自动控制装置包括若干个碾压压头，残余应力碾压自动控制装置能对自动残余应力控制处理装置识别出的所有处于残余应力危险区域的部位，进行碾压处理；碾压后，能再次进行重点关注部位的残余应力数据进行采集，并使其处于规定的范围内，从而能及时避免由于残余应力数值过高，导致转向架的开裂现象。
2.根据权利要求1所述的城际轨道列车转向架残余应力安全控制系统，其特征在于：所述自动残余应力控制处理装置中设置有操作面板，根据无线应力传感器所采集的残余应力数据，通过操作面板，能对碾压压头的碾压参数进行设定。
3.根据权利要求2所述的城际轨道列车转向架残余应力安全控制系统，其特征在于：所述碾压压头的碾压参数包括碾压力、碾压距离、碾压时间和碾压次数。
4.一种使用权利要求1-3任一项所述城际轨道列车转向架残余应力安全控制系统的安全控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：
第一步，设定需要重点关注部位的残余应力分布区间及残余应力危险区域的判定标准：通过对城际轨道列车转向架残余应力标准数据库中需要重点关注部位的残余应力数据进行统计分析，计算出该需要重点关注部位的残余应力分布区间及残余应力危险区域的判定标准；
第二步，根据用户需求，选择残余应力的监测区间；
第三步，残余应力检测：将无线应力传感器布置在第二步中监测区间内的所有需要重点关注部位，无线应力传感器将对各需要重点关注部位的残余应力数据进行采集，并将采集的残余应力数据自动传递给自动残余应力控制处理装置；
第四步，处于残余应力危险区域部位的识别：自动残余应力控制处理装置对三步接收的残余应力数据进行数据处理，并与第一步中残余应力危险区域的判定标准进行比对，自动识别出所有处于残余应力危险区域的部位；
第五步，碾压：当第四步中自动残余应力控制处理装置自动识别出所有处于残余应力危险区域的部位后，自动残余应力控制处理装置将指令残余应力碾压自动控制装置启动，对所有处于残余应力危险区域的部位进行碾压处理；
第六步，残余应力再次检测：按照第三步的方法，再次对第五步碾压完成后的所有处于残余应力危险区域部位进行残余应力检测，直至残余应力数据达到安全区间范围内。
5.根据权利要求4所述的城际轨道列车转向架残余应力安全控制方法，其特征在于：所述第二步中残余应力的监测区间为来料基础件、大部件焊态、大部件调修态、构架焊态、构架喷砂态或热处理态中的一种。
6.根据权利要求4所述的城际轨道列车转向架残余应力安全控制方法，其特征在于：所述第三步中，无线应力传感器采集的残余应力数据包括应变及变形情况数据。
7.根据权利要求4所述的城际轨道列车转向架残余应力安全控制方法，其特征在于：所述第五步中，在残余应力碾压自动控制装置启动前，需在自动残余应力控制处理装置的控制面板中设定碾压压头的碾压参数，碾压参数包括碾压力、碾压距离、碾压时间和碾压次数。
8.据权利要求7所述的城际轨道列车转向架残余应力安全控制方法，其特征在于：所述碾压参数需根据残余应力峰值情况进行设置，对于残余应力峰值相同或接近的处于残余应力危险区域部位，统一设定为相同的碾压参数。
9.据权利要求7所述的城际轨道列车转向架残余应力安全控制方法，其特征在于：所述第五步中，碾压压头类型的选择，需考虑各个处于残余应力危险区域部位的结构型式，对于结构型式相同的处于残余应力危险区域部位，统一采用相同类型的碾压压头。
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