CN109249955A - 一种动态检测无砟轨道缺陷的方法及装置 - Google Patents
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- B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
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Abstract
本发明公开了一种动态检测无砟轨道缺陷的方法及装置，所述方法是首先利用声波激发单元向轨道板输入振动能量，使产生频率为10～20kHz范围内的声波，并由一麦克风传感器采集声波信号并传输给计算机，由计算机计算所采集的声波波速并与阀值进行大小比较以判断是否存在缺陷，具体为：若采集的声波波速小于阀值，则判断存在缺陷；与阀值的差值越大，表示缺陷越严重。本发明实现了对无砟轨道缺陷的动态检测，具有检测速度快、效率高，可在几个小时的天窗时间进行远距离的检测作业，且检测结果基本不受外界环境影响，检测精度高，而且缺陷位置可同时标记以利于后期维护检修，使得检测和维护工作效率得到大幅度提高。
Description
技术领域
本发明是涉及一种动态检测无砟轨道缺陷的方法及装置，属于轨道缺陷检测技术领域。
背景技术
无砟轨道取消了传统有砟轨道的轨枕和道床，是由无砟轨道板、CA砂浆层、支撑层和基床构成，是一种全新的全面支撑的板式轨道结构。随着高速铁路的迅猛发展，无砟轨道的运用已越来越广泛。由于无砟轨道结构一直暴露于复杂的大气环境中，受多种因素(列车荷载、环境条件等)长期作用的影响，致使产生各种缺陷，包括线下结构离隙、贯穿裂缝以及CA砂浆层脱空等损伤。主要原因一方面是列车高速重载运行过程中会对无砟轨道产生挤压、冲击等作用，导致其内部可能会出现不密实、裂缝或空洞，外部形成损伤层或蜂窝麻层等各种各样的缺陷；另一方面是由于无砟轨道在前期制作中因施工工艺、施工经验可能存在问题，导致本身就存在缺陷；另外，雨雪的侵蚀、环境温度变化等自然灾害下也将导致产生缺陷。因缺陷的存在将严重影响无砟轨道的承载力和耐久性，将会致使无砟轨道结构失效，无法保证高速铁路无砟轨道及线下结构的稳定性和平顺性，而稳定性和平顺性恰恰是保证高铁快速和安全运营的重要前提条件，将直接关系到列车的正常运营和乘客的人身安全。
目前关于无砟轨道的缺陷检测技术应用较多的有远红外线成像或电磁波检测技术，但是远红外线成像技术受外界温度影响较大，不适用于在野外高速铁路上工作，电磁波技术则很容易受到轨道板内钢筋的影响，轨道板内存在的错综复杂的钢筋，使电磁波技术的检测结果存在偏差。另外，目前的检测技术均为静态检测技术，只能在检修维护的天窗时间内进行，而轨道交通用于可供线路检修维护的有效天窗时间仅为2-3小时，且高速铁路的线程又很长，若采用现有的检测手段不仅耗费大量人力物力，而且效率十分低下，检测维护成本很高，以致不能满足轨道安全预警需求，因此研发一种可高效、动态无损检测无砟轨道缺陷的方法及装置将具有重要意义和价值。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种动态检测无砟轨道缺陷的方法及装置，以实现高效、无损、实时检测出无砟轨道的缺陷，为高铁的安全运营提供及时预警和有力保障。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种动态检测无砟轨道缺陷的方法，是首先利用声波激发单元向轨道板输入振动能量，使产生频率为10～20kHz范围内的声波，并由一麦克风传感器采集声波信号并传输给计算机，由计算机计算所采集的声波波速并与阀值进行大小比较以判断是否存在缺陷，具体为：若采集的声波波速小于阀值，则判断存在缺陷；与阀值的差值越大，表示缺陷越严重。
一种动态检测无砟轨道缺陷的装置，包括轨检小车、声波激发单元、麦克风传感器和计算机，所述声波激发单元与一双轴位移调节机构相连接，所述麦克风传感器与一自适应位移反馈调节装置相连接，且所述双轴位移调节机构和自适应位移反馈调节装置均固定连接在轨检小车的前端。
一种优选方案，所述装置还包括缺陷标记机构，所述缺陷标记机构包括油漆储存容器、压力泵和喷射管，所述油漆储存容器与压力泵相连接，所述压力泵与喷射管相连接，且所述压力泵与计算机信号连接。
一种实施方案，所述双轴位移调节机构包括纵向位移调节机构A和横向位移调节机构A，所述纵向位移调节机构A包括纵向支架A和纵向电动丝杆调节机构A，所述横向位移调节机构A包括横向支架A和横向电动丝杆调节机构A，所述纵向支架A与横向支架A横向滑动连接，在所述纵向支架A上滑动连接有安装板A，所述声波激发单元与安装板A固定连接，并且，在所述安装板A的左或右侧面上安装有垂向位移传感器A，所述横向支架A固定连接在轨检小车的前端。
进一步实施方案，所述声波激发单元包括激振器和激振杆，所述激振杆的顶端与激振器的输出端固定连接，所述激振杆的底端与一压力传感器固定连接。
一种优选方案，所述激振器为电动式激振器。
一种实施方案，所述自适应位移反馈调节装置包括安装板B、纵向位移调节机构B和横向位移调节机构B，在所述安装板B上固设有一转动电机，所述麦克风传感器固定安装在转动电机的转轴上；所述纵向位移调节机构B包括纵向支架B和纵向电动丝杆调节机构B，所述横向位移调节机构B包括横向支架B和横向电动丝杆调节机构B，所述安装板B与纵向支架B上下滑动连接，所述纵向支架B与横向支架B横向滑动连接，所述横向支架B固定连接在轨检小车的前端；并且，在所述安装板B的左或右侧面上安装有垂向位移传感器B。
一种优选方案，所述麦克风传感器安装在PVC管内。
进一步实施方案，所述纵向电动丝杆调节机构A/B和横向电动丝杆调节机构A/B均是由驱动电机、一端固定在驱动电机输出端的丝杆和与丝杆螺纹连接的滑块连接件组成。
一种优选方案，在轨检小车的前端还设有导向机构，构成导向机构的导向轮与钢轨滚动连接。
一种优选方案，在轨检小车上还设有移动电源。
一种优选方案，在轨检小车上还设有无线网络模块。
一种优选方案，在轨检小车上还设有定位器。
一种优选方案，在轨检小车上还设有摄像仪。
与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：
本发明实现了对无砟轨道缺陷的动态检测，具有检测速度快、效率高，可在几个小时的天窗时间进行远距离的检测作业，且检测结果基本不受外界环境影响，检测精度高，而且缺陷位置可同时标记以利于后期维护检修，使得检测和维护工作效率得到大幅度提高，能为高铁的安全运营提供及时维护和有力支撑；因此，本发明相对于现有技术，具有显著进步性和应用价值。
附图说明
图1为实施例提供的一种动态检测无砟轨道缺陷的立体结构示意图；
图2为实施例所述装置用于检测工作时的状态图。
图中标号示意如下：1、轨检小车；2、声波激发单元；21、激振器；22、激振杆；23、压力传感器；3、麦克风传感器；4、计算机；5、双轴位移调节机构；51、纵向位移调节机构A；511、纵向支架A；512、纵向电动丝杆调节机构A；52、横向位移调节机构A；521、横向支架A；522、横向电动丝杆调节机构A；53、安装板A；54、垂向位移传感器A；6、自适应位移反馈调节装置；61、安装板B；62、纵向位移调节机构B；621、纵向支架B；622、纵向电动丝杆调节机构B；63、横向位移调节机构B；631、横向支架B；632、横向电动丝杆调节机构B；64、转动电机；65、垂向位移传感器B；7、缺陷标记机构；71、油漆储存容器；72、压力泵；73、喷射管；8、导向机构；81、导向轮；9、钢轨；10、移动电源；11、无线网络模块；12、轨道板；13、自行走动力机构。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。
实施例
请参阅图1和图2所示：本实施例提供的一种动态检测无砟轨道缺陷的装置，包括轨检小车1、声波激发单元2、麦克风传感器3和计算机4，所述声波激发单元2与一双轴位移调节机构5相连接，所述麦克风传感器3与一自适应位移反馈调节装置6相连接，且所述双轴位移调节机构5和自适应位移反馈调节装置6均固定连接在轨检小车1的前端。
在本实施例中：
所述声波激发单元2包括激振器21和激振杆22，所述激振杆22的顶端与激振器21的输出端固定连接，在所述激振杆22的底端固设有一压力传感器23。
所述双轴位移调节机构5包括纵向位移调节机构A 51和横向位移调节机构A 52，所述纵向位移调节机构A 51包括纵向支架A 511和纵向电动丝杆调节机构A 512，所述横向位移调节机构A 52包括横向支架A 521和横向电动丝杆调节机构A 522，所述纵向支架A511与横向支架A 521横向滑动连接，在所述纵向支架A 511上滑动连接有安装板A 53，所述激振器21与安装板A 53固定连接，并且，在所述安装板A 53的左或右侧面上安装有垂向位移传感器A 54，所述横向支架A 521固定连接在轨检小车1的前端。通过垂向位移传感器A54和纵向位移调节机构A 51可调节声波激发单元2与轨道板12的垂向距离，另外，通过压力传感器23和纵向位移调节机构A 51可调节激振杆22与轨道板12之间的压力在预设压力范围内，以保证声波激发单元2可产生频率为10～20kHz范围内的声波。
所述自适应位移反馈调节装置6包括安装板B 61、纵向位移调节机构B 62和横向位移调节机构B 63，在所述安装板B 61上固设有一转动电机64，所述麦克风传感器3固定安装在转动电机64的转轴上；所述纵向位移调节机构B 62包括纵向支架B 621和纵向电动丝杆调节机构B 622，所述横向位移调节机构B 63包括横向支架B 631和横向电动丝杆调节机构B 632，所述安装板B 61与纵向支架B 621上下滑动连接，所述纵向支架B 621与横向支架B 631横向滑动连接，所述横向支架B 631固定连接在轨检小车1的前端；并且，在所述安装板B 61的左或右侧面上安装有垂向位移传感器B 65。通过调节转动电机64可调节麦克风传感器3的采集方向，通过垂向位移传感器B 65和纵向位移调节机构B 62可调节麦克风传感器3与轨道板12的垂向距离。
另外，通过横向位移调节机构A 52和横向位移调节机构B 63可调节声波激发单元2与麦克风传感器3之间的间距。
所述纵向电动丝杆调节机构A 512、横向电动丝杆调节机构A 522、纵向电动丝杆调节机构B 622和横向电动丝杆调节机构B 632均是由驱动电机、一端固定在驱动电机输出端的丝杆和与丝杆螺纹连接的滑块连接件组成，由于此组成结构为已知技术，故在图中未详细示出。
本实施例所述装置还包括缺陷标记机构7，所述缺陷标记机构7包括油漆储存容器71、压力泵72和喷射管73，所述油漆储存容器71与压力泵72相连接，所述压力泵72与喷射管73相连接，且所述压力泵72与计算机4信号连接。当计算机判断检测点具有缺陷，可输入信号启动压力泵72进行喷漆标记，以便后期进行针对性维护。
作为优选方案：
所述激振器21为电动式激振器，以便实现自动化和调节振动能量。
所述麦克风传感器3安装在PVC管内，以保证检测到的声波来源是来自一个方向，减少检测干扰。
另外，在轨检小车1的前端还设有导向机构8，构成导向机构8的导向轮81与钢轨9滚动连接，以对轨检小车1的行驶方向起到导向作用。
在轨检小车1上还设有移动电源10，以实现对所述装置进行移动供电。
在轨检小车1上还设有无线网络模块11，以实现与远程终端(图中未示出)进行无线通讯连接。
在轨检小车1上还设有定位器(图中未示出)，如GPS定位器，以采集所检测轨道线路的位置信息。
在轨检小车1上还设有摄像仪(图中未示出)，以采集轨道板编号信息。
本发明所述的轨检小车1设有自行走动力机构13，为现有技术；另外，本发明所述装置可实现遥控检测操作。
采用本实施例所述装置实现动态检测无砟轨道缺陷的方法如下：
首先，调节好声波激发单元2及麦克风传感器3的横向位置、距离轨道板的垂向高度及麦克风传感器3的采集方向，然后设定好激振器21的激振频率，启动激振器21向轨道板12输入振动能量，使产生频率为10～20kHz范围内的声波(具体可通过设置在激振杆22底端的压力传感器23控制激振杆22对轨道板12施加的振动压力在预设范围内)，并由麦克风传感器3采集声波信号并传输给计算机4，由计算机4计算所采集的声波波速并与阀值进行大小比较以判断是否存在缺陷，具体为：若采集的声波波速小于阀值，则判断存在缺陷；与阀值的差值越大，表示缺陷越严重。
因为声波在固体中的传播速度大于在气体中的传播速度，若轨道板有缺陷，缺陷处的介质将由固体变为气体，因此声波在有缺陷的混凝土内的传播速度比在健康混凝土中的传播速度慢，因此以本发明所述装置检测声波在健康混凝土中的传播速度为阀值，通过比较所检测声波的波速与阀值之间的大小，就可判断检测点是否存在缺陷，且根据检测声波的波速与阀值之间的差异大小，还可进一步判断缺陷的大小，即：与阀值的差值越大，缺陷越大或越严重。
综上所述可见，本发明实现了对无砟轨道缺陷的动态检测，具有检测速度快、效率高，可在几个小时的天窗时间进行远距离的检测作业，且检测结果基本不受外界环境影响，检测精度高，而且缺陷位置可同时标记以利于后期维护检修，使得检测和维护工作效率得到大幅度提高，能为高铁的安全运营提供及时维护和有力支撑；因此，本发明相对于现有技术，具有显著进步性和应用价值。
最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种动态检测无砟轨道缺陷的方法，其特征在于：是首先利用声波激发单元向轨道板输入振动能量，使产生频率为10～20kHz范围内的声波，并由一麦克风传感器采集声波信号并传输给计算机，由计算机计算所采集的声波波速并与阀值进行大小比较以判断是否存在缺陷，具体为：若采集的声波波速小于阀值，则判断存在缺陷；与阀值的差值越大，表示缺陷越严重。
2.一种动态检测无砟轨道缺陷的装置，其特征在于：包括轨检小车、声波激发单元、麦克风传感器和计算机，所述声波激发单元与一双轴位移调节机构相连接，所述麦克风传感器与一自适应位移反馈调节装置相连接，且所述双轴位移调节机构和自适应位移反馈调节装置均固定连接在轨检小车的前端。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述装置还包括缺陷标记机构，所述缺陷标记机构包括油漆储存容器、压力泵和喷射管，所述油漆储存容器与压力泵相连接，所述压力泵与喷射管相连接，且所述压力泵与计算机信号连接。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述双轴位移调节机构包括纵向位移调节机构A和横向位移调节机构A，所述纵向位移调节机构A包括纵向支架A和纵向电动丝杆调节机构A，所述横向位移调节机构A包括横向支架A和横向电动丝杆调节机构A，所述纵向支架A与横向支架A横向滑动连接，在所述纵向支架A上滑动连接有安装板A，所述声波激发单元与安装板A固定连接，并且，在所述安装板A的左或右侧面上安装有垂向位移传感器A，所述横向支架A固定连接在轨检小车的前端。
5.根据权利要求2或4所述的装置，其特征在于：所述声波激发单元包括激振器和激振杆，所述激振杆的顶端与激振器的输出端固定连接，所述激振杆的底端与一压力传感器固定连接。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述自适应位移反馈调节装置包括安装板B、纵向位移调节机构B和横向位移调节机构B，在所述安装板B上固设有一转动电机，所述麦克风传感器固定安装在转动电机的转轴上；所述纵向位移调节机构B包括纵向支架B和纵向电动丝杆调节机构B，所述横向位移调节机构B包括横向支架B和横向电动丝杆调节机构B，所述安装板B与纵向支架B上下滑动连接，所述纵向支架B与横向支架B横向滑动连接，所述横向支架B固定连接在轨检小车的前端；并且，在所述安装板B的左或右侧面上安装有垂向位移传感器B。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：在轨检小车的前端还设有导向机构，构成导向机构的导向轮与钢轨滚动连接。
8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：在轨检小车上还设有移动电源。
9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：在轨检小车上还设有无线网络模块。
10.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：在轨检小车上还设有定位器和摄像仪。
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