CN114460051B - 检测钢轨轨顶摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于检测钢轨轨顶摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测装置及方法,该检测装置由荧光检测系统和基础功能系统组成,荧光检测系统由激光发生器、出光镜筒、收光镜筒以及CCD相机组成,它能采集轨面的荧光图像,实现对曲线段钢轨轨面摩擦调节剂的可视化;基础功能系统由箱体以及安装在箱体上的两个橡胶轮和两个快速夹钳组成,它为检测装置提供在钢轨上的支撑、夹紧和走行功能,并记录检测装置的位移信息。本发明可以准确、实时、定量地获取摩擦调节剂的有效涂敷距离,辅助铁路工务部门评估各种摩擦调节剂产品的涂敷效果。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通轮轨润滑检测技术领域,尤其涉及一种用于检测钢轨轨顶摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测方法及检测装置。
背景技术
当列车通过曲线时,由于轮对横移所引发的波磨、侧磨、滚动接触疲劳、噪音等问题是轨道交通运维技术领域中亟待解决的重点和难点。近年来,摩擦调节剂的成功应用打破了人们“轨顶不能润滑”的观念,现场和实验室研究均表明:通过向轮轨界面施加摩擦调节剂可以在不影响列车牵引和制动性能的前提下提高列车的过弯能力,能有效控制曲线处轮轨界面的各种病害问题。
当列车将要通过曲线段时,车轮触发涂敷装置向曲线段前的钢轨轨顶喷涂固定数量的摩擦调节剂;当列车通过涂敷点时由车轮踏面黏附走钢轨轨顶处的摩擦调节剂进入曲线段;当列车在曲线段运行时,车轮踏面表面一部分摩擦调节剂发挥减摩调控作用,另一部分摩擦调节剂又黏附回到钢轨轨面上进而被列车后面的车轮黏附带走,摩擦调节剂在向前“传播”的过程中实现对曲线段轮轨界面的减摩调控,其向前“传播”的距离即为摩擦调节剂的有效涂敷距离。摩擦调节剂的涂敷效果越好,其向前“传播”的距离越远。综上,摩擦调节剂的涂敷效果直接决定其能否实现对整个曲线段的减摩调控。
现有摩擦调节剂涂敷效果的检测主要是经验法和周期性监测法两种。经验法是技术员凭借经验并借助工具对摩擦调节剂的涂敷效果进行检测,然而由于摩擦调节剂的颜色多为铁灰色且难以擦拭,导致技术员无法用肉眼和棉球对曲线中段和末端钢轨表面上分布的少量摩擦调节剂进行准确判断。周期性监测法是周期性地对实施摩擦调节剂曲线段的钢轨磨耗率、波磨、滚动接触疲劳等技术参数进行采集、统计和对比,进而得到摩擦调节剂的有效调控距离,这种检测方法实施时间长(通常为1年到2年)、成本高,难以大面积推广。
荧光检测技术具有可视化、高效、痕量、实时、高选择性、高灵敏性以及高准确度等特点,在生命、环境、材料和食品等诸多领域取得了成功的应用。然而,现有的荧光检测装置和方法并不适用于直接应用到摩擦调节剂涂敷效果的检测过程。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于检测钢轨轨面摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测装置,旨在能够实时、高效地完成摩擦调节剂涂敷效果的检测。
本发明的目的是这样实现的:一种用于检测钢轨轨面摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测装置,长方体形的箱体内沿长边方向一前一后地安装有两个橡胶轮,该两个橡胶轮的下部向下伸出箱体底板,且两个橡胶轮的内凹弧面与钢轨轨顶面相贴合,至少一个橡胶轮上安装有旋转偏码器,箱体内安装有激光发生器,箱体顶部设置有手扶推杆,箱体底板上沿宽边方向安装有两个快速夹钳,且该两个快速夹钳端部的万向滚珠从外向内夹持顶靠在钢轨轨腰上,光学箱体由长方形的底板、长方形的左侧立板以及右外凸弧形板围合而成;光学箱体固联在箱体前部,且当光学箱体随箱体沿钢轨行进时,钢轨轨顶伸入光学箱体内,钢轨轨腰有间隙地通过光学箱体底板上的条孔;接收收光镜筒透过的荧光信号的CCD相机安装在收光镜筒顶部,出光镜筒安装在收光镜筒底部,出光镜筒底部临近钢轨轨顶,推杆下部固定在CCD相机顶部,推杆上部从光学箱体的弧形板上的条形开孔中伸出;接收激光发生器激光信号的出光镜筒内从上向下装有匀光片和柱面镜,收光镜筒内装有带阻滤波片或高通滤波片。
一种用于检测钢轨轨面摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测装置,激光发生器为激光波长532nm、激光功率200mW的可调激光发生器;所述带阻滤波片的陷波波长为532nm,其它波长的光透过率为90%,532nm波长的光透过率为2%。
一种用于检测钢轨轨面摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测装置,箱体顶板上安装有用于装置抬放的把手。
一种用于检测钢轨轨面摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测装置,箱体上的手扶推杆为伸缩手扶推杆。
一种用于检测钢轨轨面摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测装置,箱体内安装有用于为激光发生器和CCD相机以及计算机供电的电源。
本发明的又一目的是提供采用上述装置的钢轨轨面摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测方法。
本发明的又一目的是这样实现的:一种用于检测钢轨轨面摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测方法,具体检测方法为:将荧光剂分散到摩擦调节剂中,并用荧光检测系统检测其分散的均匀性,均匀分散后装入到涂敷装置内进行应用,应用一天时间以使摩擦调节剂在钢轨轨顶面上充分向前传播,以摩擦调节剂涂敷点为检测起始点向前行进,行进前在计算机系统中设定图像采样间隔,使荧光检测系统每隔固定的距离采集钢轨轨面的荧光图像,并通过计算机系统处理分析得到钢轨轨面的荧光强度,以此代表该点处摩擦调节剂的分布量,向前推行该装置至钢轨轨面荧光图像的荧光强度为0,此时旋转编码器记录的位移信号即为摩擦调节剂的有效涂敷距离。
一种用于检测钢轨轨面摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测方法,荧光剂优选为罗丹明-6G,荧光剂混合分散到摩擦调节剂中的质量分数为0.03%-5%。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
通过该荧光检测装置和检测方法,能将轨面上的摩擦调节剂的分布情况和分布量可视化,可以准确、实时、定量地获取摩擦调节剂的有效涂敷距离,辅助铁路工务部门评估各种摩擦调节剂产品的涂敷效果,完善现有轮轨润滑检测体系,填补摩擦调节剂检测设备和技术缺口,为合理有效地实施轮轨界面摩擦管理、节约铁路运营成本提供新技术和新设备。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是一种用于检测钢轨轨面摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测装置的主视图。
图2是一种用于检测钢轨轨面摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测装置的左视图。
图3是一种用于检测钢轨轨面摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测装置的俯视图。
图4是一种用于检测钢轨轨面摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测方法的工作流程及信号传递过程。
图5是一种用于检测钢轨轨面摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测方法的检测结果。
具体实施方式
图中各部件为:1伸缩手扶推杆(安装在箱体2顶板上),2箱体,3橡胶轮,4快速夹钳,5钢轨,6光学箱体,7推杆,8橡胶轮,9把手(安装在箱体顶板上,用于装置抬放),10CCD相机,11收光镜筒,12出光镜筒,13万向滚珠,14旋转编码器,15电源(安装在箱体2内,为整个装置例如,激光发生器、CCD相机以及计算机等提供电源),16激光发生器。
图1、图2以及图3示出荧光检测装置的结构图:长方体形的箱体2内沿长边方向一前一后地安装有两个橡胶轮8、3,该两个橡胶轮的下部向下伸出箱体底板,且两个橡胶轮的内凹弧面与钢轨5轨顶面相贴合,至少一个橡胶轮上安装有旋转偏码器14,箱体2内安装有激光发生器16,箱体2顶部设置有手扶推杆,箱体2底板上沿宽边方向安装有两个快速夹钳4,且该两个快速夹钳端部的万向滚珠13从外向内夹持顶靠在钢轨5轨腰上,光学箱体6由长方形的底板、长方形的左侧立板以及右外凸弧形板围合而成;光学箱体6固联在箱体2前部,且当光学箱体6随箱体2沿钢轨5行进时,钢轨轨顶伸入光学箱体内,钢轨轨腰有间隙地通过光学箱体2底板上的条孔;接收收光镜筒11透过的荧光信号的CCD相机10安装在收光镜筒11顶部,出光镜筒12安装在收光镜筒11底部,出光镜筒12底部临近钢轨轨顶,推杆7下部固定在CCD相机顶部,推杆7上部从光学箱体的弧形板上的条形开孔中伸出;接收激光发生器激光信号的出光镜筒12内从上向下装有匀光片和柱面镜,收光镜筒11内装有带阻滤波片或高通滤波片。光学箱体中,底板、左侧立板和右外凸弧形板三者的长度相等。光学箱体底板上的条孔从行进方向贯穿其底板。推杆7可固定在光学箱体弧形板的条形开孔的任意位置上。
一种用于检测钢轨轨面摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测装置,可以在钢轨上推行并采集装置的位移信号和轨面的荧光图像,由荧光检测系统和基础功能系统组成。
首先,在装置前进方向上,通过优化光学箱体处的走行支撑结构,消除橡胶轮对轨面上摩擦调节剂分布量和分布情况的影响,提高检测结果的准确性;其次,采用旋转式光学采集系统,可以多角度采集轨面的荧光图像,在钢轨严重变形时也能完成对轨面荧光图像的采集;最后,利用快速夹钳的自锁原理和万向滚珠的导向作用,实现装置在钢轨横向方向的夹紧和定位。
荧光检测系统的光学箱体6连接在箱体2上,激光发生器16产生激光信号并传输到出光镜筒12后照射到钢轨5表面,收光镜筒11滤掉干扰信号后将荧光信号传输到CCD相机10形成数字信号,最后传送到计算机系统成像显示,通过光学箱体6上的推杆7能改变光学系统角度进而可以采集钢轨5轨肩等位置的荧光图像;基础功能系统的箱体2内有两个前后分布的内凹弧面橡胶轮3和8用于实现整套装置在钢轨5轨面的支撑和走行动作,橡胶轮3处装有旋转编码器14用于记录装置的位移信息,电源15为整套装置(含激光发生器、CCD相机以及计算机等)供电实现野外作业,箱体2底部连接了两个端部为万向滚珠13的快速夹钳4用于夹紧和定位,防止检测装置在钢轨5轨面的横向移动,箱体2顶部连接了把手9方便装置抬放,通过推动箱体顶部的伸缩手扶推杆1可以实现整个装置在钢轨5轨顶的纵向移动。
出光镜筒12内装有匀光片和柱面镜,由激光发生器16产生的圆形激光信号斑依次经过匀光片匀光、柱面镜整形,最后在钢轨表面形成强度均匀的矩形激光光斑,可以覆盖光学箱体6内整个钢轨5轨面。
收光镜筒11内部有带阻滤波片或高通滤波片的一种,可以滤掉特定波长的激光信号和部分环境光信号,透过特定波长的荧光信号。
所述的滤波片优选为陷波波长为532nm的带阻滤波片,其他波长的光透过率为90%,532nm波长的光透过率为2%。
激光发生器16优选为激光功率为200mW、激光波长为532nm的可调激光发生器。
快速夹钳的型号优选为GTY-200W。
图4和图5示出了本发明中一种用于检测钢轨轨面摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测方法的检测流程图及检测结果。
由Lambert-Beer定律可知,荧光信号F与荧光剂浓度C及摩擦调节剂膜厚L的关系为
F=kI0(1-e-2.303εLc) (1)
式中:k为常数,与荧光剂的性质和激光波长有关;I0为入射光强度;ε为吸光系数,与荧光剂的性质有关。当荧光剂浓度和入射光强度确定时,上式可简化为:
F=KLC (2)
式中:K为常数。当荧光剂以一定浓度均匀分散到摩擦调节剂中应用时,轨顶面上荧光摩擦调节剂的荧光浓度一定情况下,分布膜厚越厚,其产生的荧光信号越强(即荧光信号F强度)。综上,可以用荧光强度间接定量地检测钢轨轨面摩擦调节剂的分布量。
一种用于检测钢轨轨面摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测方法,可以得到摩擦调节剂的有效涂敷距离,评估摩擦调节剂的涂敷效果,其特征在于,采用所述的荧光检测装置,具体检测方法为:将荧光剂分散到摩擦调节剂中,并用荧光检测装置检测其分散的均匀性,均匀分散后装入到涂敷装置内进行应用,应用一天时间以使摩擦调节剂在钢轨5轨顶面上充分向前传播,以摩擦调节剂涂敷点为检测起始点向前行进,行进前在计算机系统中设定图像采样间隔,使荧光检测装置每隔固定的距离采集钢轨5轨面的荧光图像,并通过计算机系统处理分析得到钢轨5轨面的荧光强度,以此代表该点处摩擦调节剂的分布量,向前推行该装置至钢轨5轨面荧光图像的荧光强度为0,此时旋转编码器14记录的位移信号即为摩擦调节剂的有效涂敷距离。
所述的荧光剂优选为罗丹明-6G,荧光剂混合分散到摩擦调节剂中的质量分数为0.03%-5%。本例中使用的摩擦调节剂,其荧光剂浓度为1%。
以上所述仅为本发明的一项优选实施例,并不用于限制本发明。在实际应用中,针对检测产品和测试目的的不同,本发明中的检测装置可做适当修改,检测方法可以且应该有相应的调整和变化。凡在本发明方法的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于检测钢轨轨顶摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测装置,其特征在于,长方体形的箱体(2)内沿长边方向一前一后地安装有两个橡胶轮(8、3),该两个橡胶轮的下部向下伸出箱体底板,且两个橡胶轮的内凹弧面与钢轨(5)轨顶面相贴合,至少一个橡胶轮上安装有旋转编码器(14),箱体(2)内安装有激光发生器(16),箱体(2)顶部设置有手扶推杆,箱体(2)底板上沿宽边方向安装有两个快速夹钳(4),且该两个快速夹钳端部的万向滚珠(13)从外向内夹持顶靠在钢轨(5)轨腰上,光学箱体(6)由长方形的底板、长方形的左侧立板以及右外凸弧形板围合而成;光学箱体(6)固联在箱体(2)前部,且当光学箱体(6)随箱体(2)沿钢轨(5)行进时,钢轨轨顶伸入光学箱体内,钢轨轨腰有间隙地通过光学箱体(6)底板上的条孔;接收收光镜筒(11)透过的荧光信号的CCD相机(10)安装在收光镜筒(11)顶部,出光镜筒(12)安装在收光镜筒(11)底部,出光镜筒(12)底部临近钢轨轨顶,推杆(7)下部固定在CCD相机顶部,推杆(7)上部从光学箱体的弧形板上的条形开孔中伸出;接收激光发生器激光信号的出光镜筒(12)内从上向下装有匀光片和柱面镜,收光镜筒(11)内装有带阻滤波片或高通滤波片。
2.如权利要求1所述一种用于检测钢轨轨顶摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测装置,其特征在于,所述激光发生器(16)为激光波长532nm、激光功率200mW的可调激光发生器;所述带阻滤波片的陷波波长为532nm,其它波长的光透过率为90%,532nm波长的光透过率为2%。
3.如权利要求2所述一种用于检测钢轨轨顶摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测装置,其特征在于,所述箱体(2)顶板上安装有用于装置抬放的把手(9)。
4.如权利要求3所述一种用于检测钢轨轨顶摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测装置,其特征在于,所述箱体(2)上的手扶推杆为伸缩手扶推杆(1)。
5.如权利要求4所述一种用于检测钢轨轨顶摩擦调节剂涂敷效果的荧光检测装置,其特征在于,所述箱体(2)内安装有用于为激光发生器和CCD相机以及计算机供电的电源(15)。
6.一种采用如权利要求1或2所述装置的荧光检测方法,其特征在于,具体检测方法为:将荧光剂分散到摩擦调节剂中,并用荧光检测系统检测其分散的均匀性,均匀分散后装入到涂敷装置内进行应用,应用一天时间以使摩擦调节剂在钢轨(5)轨顶面上充分向前传播,以摩擦调节剂涂敷点为检测起始点向前行进,行进前在计算机系统中设定图像采样间隔,使荧光检测系统每隔固定的距离采集钢轨(5)轨面的荧光图像,并通过计算机系统处理分析得到钢轨(5)轨面的荧光强度,以此代表该点处摩擦调节剂的分布量,向前推行该装置至钢轨(5)轨面荧光图像的荧光强度为0,此时旋转编码器(14)记录的位移信号即为摩擦调节剂的有效涂敷距离。
7.根据权利要求6所述装置的荧光检测方法,其特征在于,所述荧光剂为罗丹明-6G,荧光剂混合分散到摩擦调节剂中的质量分数为0.03%-5%。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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