CN115535027A - 一种轨道车辆的车轮品质判断方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于轨道设备检测技术领域，公开了一种轨道车辆的车轮品质判断方法及系统。所述判断方法包括安装多组检测组件、计轴传感器；获取轨道偏移量；获取实际轮轨力；获得整个待检车轮圆周的实际波形；判断待检车轮是否存在缺陷或损伤。本发明能够对轨道车辆的车轮实现连续测量，并避免外界因素影响测量精度。本发明还公开了一种应用于上述判断方法的一种轨道车辆的车轮品质判断系统。

Description

一种轨道车辆的车轮品质判断方法及系统

技术领域

本发明属于轨道设备检测技术领域，尤其涉及一种轨道车辆的车轮品质判断方法及系统。

背景技术

检测轨道车辆的车轮是否出现损伤和/或缺陷，对于行车安全有重大意义。目前，轨道车辆的车轮通常通过轮轨作用力的检测来判断其事发后存在损伤上/或缺陷，该检测通常有应变片测量法、剪力-支撑力测量法。

应变片测量法是通过在钢轨的轨腰处粘贴金属应变片来测量轮轨力的方法。通常轨腰处表面较为粗糙，需要将粘贴面打磨光滑后再粘贴应变片，施工工艺较为复杂，维护难度大，且由于难以实现轮轨力的连续测量，因而无法完整的反映车辆动力学性能。

剪力-支撑力测量法是通过剪力传感器配合板式传感器测量轮轨力的方法。该测量技术被广泛应用在TPDS系统中。由于板式传感器需安装在轨枕和轨底之间，安装时需要将轨道原有的弹扣系统拆除，替换成套用板式传感器组件，因而设备安装和维护难度较大，且时间较长。

此外，还有的检测通过光纤光栅测测量设备来实现轮轨力测量，然而，该测量方法受环境温度影响较大，无法保证轮轨力的检测精度。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种轨道车辆的车轮品质判断方法，能够对轨道车辆的车轮实现连续测量，并避免外界因素影响测量精度。本发明还公开了一种应用于上述判断方法的判断系统。

本发明的具体技术方案如下：

一种轨道车辆的车轮品质判断方法，包括如下步骤：

S1、在轨道上连续安装多组检测组件，每组检测组件独立且对应安装于相邻的两块轨枕之间；

S2、在多组检测组件之前第一距离安装计轴传感器，以定位待检车轮的位置；

S3、通过多组检测组件获取每组检测组件检测待检车轮通过时的轨道偏移量；

S4、根据轨道偏移量获取待检车轮通过对应检测组件所在轨道第一长度范围内的实际轮轨力；

S5、以第一长度的中心为标点，以标点为中心取第二长度范围内的实际轮轨力；

S6、将多个以第二长度截取的实际轮轨力拼接，获得整个待检车轮圆周的实际波形；

S7、根据实际波形与标准波形对比，判断待检车轮是否存在缺陷或损伤。

优选的，还包括如下步骤：

S201、获取样板轮的重量；

S202、以样板轮通过检测组件，获取样板轮通过检测组件时的标准偏移量；

S203、根据标准偏移量获得样板轮的实际波形。

优选的，还包括如下步骤：

S501、获取检测组件的采样频率；

S502、获取待检车轮通过检测组件时的速度；

S503、根据采样频率和速度，在第一长度范围内，截取第二长度的实际轮轨力。

优选的，还包括如下步骤：

S101、在所述多组检测组件之前第二距离设置开机传感器，用于开启检测组件。

优选的，所述第二距离为100～150m。

优选的，还包括如下步骤：

S102、在所述多组检测组件之后第三距离设置关机传感器，用于确定轨道车辆是否完全通过检测组件，并在判断轨道车辆完全通过检测组件后，关闭检测组件。

优选的，所述实际轮轨力包括：

待检车轮通过检测组件时产生的横向力和垂向力；

所述车轮品质判断方法还包括如下步骤：

S504、基于横向力和垂向力，计算车辆脱轨系数。

一种轨道车辆的车轮品质判断系统，应用于如上所述的一种轨道车辆的车轮品质判断方法，所述检测系统包括：

计轴传感器，用于定位待检车轮；

多组检测组件，任意一组检测组件设置于任意相邻的两块轨枕之间，且多组检测组件位于同一根轨道的其中一侧；以及

控制器，所述控制器分别与计轴传感器和检测组件通信连接。

优选的，任意一组检测组件包括：

PSD探测芯片，所述PSD探测芯片与控制器通信连接；以及

激光器，用于发射激光，将激光击打在PSD探测芯片上。

优选的，还包括：

号码识别组件，用于识别确定轨道车辆的车号，以及车厢号。

和现有技术相比，本发明能够实现轨道车辆的车轮轮轨力连续测量，判断待检车辆是否存在损伤和/或缺陷，以实现运行品质的检测；本发明的系统安装便捷，调试、标定流程简单，无需对既有轨道进行改装，维护方便；本发明可准确定位至车辆、车厢号、车轮，且准确性高；此外，本发明具有较强鲁棒性，可移植性好。

附图说明

图1为本实施例中无损车轮对比波形图；

图2为本实施例中有损车轮对比波形图；

图3为本实施例中脱轨系数曲线图；

图4为本实施例中检测组件原理图；

图5为本实施例中检测组件垂向安装示意图；

图6为本实施例中检测组件横向安装示意图；

图7为本实施例中判断系统的布置示意图。

图中：1-垂向检测组件；2-横向检测组件；3-计轴传感器；4-关机传感器；5-号码识别组件；6-轨道；7-轨枕；8-激光器；9-PSD探测芯片。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本实施例公开了一种轨道车辆的车轮品质判断方法，包括如下步骤：

S1、在轨道6上连续安装多组检测组件，每组检测组件独立且对应安装于相邻的两块轨枕7之间；

S2、在多组检测组件之前第一距离安装计轴传感器3，以定位待检车轮的位置；

S3、通过多组检测组件获取每组检测组件检测待检车轮通过时的轨道6偏移量；

S4、根据轨道6偏移量获取待检车轮通过对应检测组件所在轨道6第一长度范围内的实际轮轨力；

S5、以第一长度的中心为标点，以标点为中心取第二长度范围内的实际轮轨力；

S6、将多个以第二长度截取的实际轮轨力拼接，获得整个待检车轮圆周的实际波形；

S7、根据实际波形与标准波形对比，判断待检车轮是否存在缺陷或损伤。

根据常识可知，钢轨系统在其弹性范围内满足线弹性关系，根据胡克定律可知：

公式（1）

其中，F为轮轨作用力，k为检测组件处的轨道6劲度系数，Δx为轨道6偏移量，b为常数。

也就是说，车轮行驶至某一检测组件的检测范围内时，该检测组件所在钢轨处所受轮轨作用力和轨道6偏移量之间满足：

公式（2）

其中，i表示某一检测组件在其检测范围内的第i个标定位置。

因而，通过已知重量的样板轮或加载装置在检测组件的检测范围内的不同点位进行标定，即可获得ki和bi，由此实现检测组件的检测范围内的连续测量。

具体的，在某一检测组件的第i个位置，其ki和bi已知，通过检测组件获取该处形变Δx即可得到第i个位置的轮轨作用力Fi。

基于此，进一步的，本实施例中，一种轨道车辆的车轮品质判断方法，还包括如下步骤：

S201、获取样板轮的重量；

S202、以样板轮通过检测组件，获取样板轮通过检测组件时的标准偏移量；

S203、根据标准偏移量获得样板轮的实际波形。

可以理解的是，在本实施例的判断方法中，所述第一长度即为某一检测组件的检测范围，在此基础上，将每个检测组件的第一长度截取获得相应的第二长度，以获得第二长度范围内标定点位的轮轨作用力，又可知的是，经上述步骤，可在第二长度范围内获得一个或多个轮轨作用力，由此，将多个第二长度范围内轮轨作用力拼接，即可得到整个待检车轮圆周的轮轨力实际波形。

为了截取第二长度，本实施例通过如下步骤实现：

S501、获取检测组件的采样频率；

S502、获取待检车轮通过检测组件时的速度；

S503、根据采样频率和速度，在第一长度范围内，截取第二长度的实际轮轨力。

具体的，在本实施例中，计轴传感器3和检测组件的采样频率一致，通过以下公式能够获得待检车轮通过计轴传感器3时的速度：

公式（3）

其中，D为转向架上两车轮之间的轴距，f为采样频率，n1和n2为转向架前后两轮通过计轴传感器3时的采样位置。

由此，在已知第i个检测组件和计轴传感器3之间的距离为Si的基础上，可得转向架前轮通过第i个检测组件的采样位置：

公式（4）

转向架前轮通过第i个检测组件的采样位置：

公式（5）

由此，可获得所有待检车轮通过各个检测组件的采样标定点位，其中，i代表第i个检测组件，j代表第j个待检车轮。

由此，通过上述公式获取各检测组件所检测的轮轨力波形的基础上，即可以为中心，以以下公式即可截取第二长度L的相应数据，以得到待检车轮通过两相邻轨枕7长度之间的：

公式（6）

其中，d为任意两块轨枕7之间的距离。

由此，以多个检测组件的第二长度L范围内的轮轨力实际波形拼接，即可得到整个待检车轮圆周的轮轨力实际波形。根据待检车轮圆周的轮轨力实际波形，反应待检车轮滚动圆的廓形变化，进而判断待检车轮是否存在损伤和/或缺陷。

也就是说，在预获标准波形的基础上，通过标准波形和实际波形的对比，识别异常轮轨力，根据异常轮轨力的大小和作用周期，即可判定损伤类型。

如图1所示，其为无损待检车轮的实际波形和标准波形之间的对比图；如图2所示，其为损伤/缺陷待检车轮的实际波形和标准波形之间的对比图。

其中，虚线部分为标准波形，实现部分为实际波形；横坐标为待检车轮圆周长度，纵坐标为偏移量。

还需要说明的是，一般来说，待检车轮的周长在2000mm左右，图示中为3500mm，实际上对已检测待检车位的位点进行了覆盖，以此避免数据丢失。

在本实施例中，还包括如下步骤：

S101、在所述多组检测组件之前第二距离设置开机传感器，用于开启检测组件。

具体的，所述第二距离为100～150m。

在某一截轨道6上设置检测区域，在该检测区域内沿行车方向依次布置开机传感器、计轴传感器3、多组检测组件。即在轨道车辆的行车方向上，第一组检测组件和开机传感器之间的距离为100～150m，该距离能够确保轨道车辆达到检测区域时，检测组件处于稳定状态，以获得准确的轨道6偏移量。

在本实施例中，还包括如下步骤：

S102、在所述多组检测组件之后第三距离设置关机传感器4，用于确定轨道车辆是否完全通过检测组件，并在判断轨道车辆完全通过检测组件后，关闭检测组件。

在本实施例中，所述关机传感器4在上述检测区域的末端安装关机传感器4，使轨道车辆完全通过最后一组检测组件后，由关机传感器4检测并关闭检测组件，以此节省能耗。

需要说明的是，所述开机传感器和关机传感器4均可采用计轴传感器3，具体的，可以选用电涡流传感器。

在本实施例中，所述实际轮轨力包括待检车轮通过检测组件时产生的横向力和垂向力；所述车轮品质判断方法还包括：

S504、基于横向力和垂向力，计算车辆脱轨系数。

在本实施例中，检测组件具有多组，其中，不同的检测组件可以有不同的安装方式，以获得不同方向的力。

在获得横向力和垂向力后，通过公式（7）即可得到脱轨系数。

公式（7）

其中，a为脱轨系数，Q为某一时刻的横向力，P为同一时刻的垂向力。

获得脱轨系数后，通过G5599-85我国脱轨系数标准对比，脱轨系数越大则越容易脱轨。

如图3所示，将若干脱轨系数描绘成曲线，即可直观展示轨道车辆全部待检车轮是否存在脱轨隐患。

图3中，上方曲线表示左侧车轮，下方曲线表示右侧车辆；黑色出线条模拟了车轴。

还需要说明的是，在图3中，纵坐标为脱轨系数，横坐标为车体长度。在具体使用时，根据计轴传感器3可定位待检车轮的位置，此时，再根据待检车轮位置获得相应的垂向力和横向力，即可在车体长度的位置定位待检车轮而获得其垂向力和横向力，从而导出由脱轨系数所描绘的曲线。

此外，可以理解的是，同一根轴两端的待检车轮作用在轨道6上的横向力相近，因此，对比相应的两个横向力，利用两者差值，也可描述车体横向的晃动情况。

为了方便的利用上述方法实现轨道车辆的车轮品质判断，本实施例还公开了一种轨道车辆的车轮品质判断系统，应用于如上所述的一种轨道车辆的车轮品质判断方法。如图7所示，所述检测系统包括计轴传感器3、多组检测组件，以及控制器；其中，所述计轴传感器3用于定位待检车轮；任意一组检测组件设置于任意相邻的两块轨枕7之间，且多组检测组件位于同一根轨道6的其中一侧；所述控制器分别与计轴传感器3和检测组件通信连接。

具体的所述计轴传感器3包括轨卡、支架和传感器本体；所述轨卡连接在其中一根轨道6的底部，所述支架的一端连接轨卡，另一端连接传感器本体；所述传感器本体的探头对准车轮通过的位置，以实现对车轮的感应。

任意一组检测组件包括PSD探测芯片9和激光器8；所述PSD探测芯片9与控制器通信连接；所述激光器8用于发射激光，将激光击打在PSD探测芯片9上。

在其中一根轨道6的任意两块轨枕7之间，以车轮的行驶方向，依次安装激光器8和PSD探测芯片9。所述激光器8选用点激光或线激光。具体使用本实施例时，激光器8由开机传感器开机，其发出线激光打在PSD探测芯片9上，当待检车轮通过时，如图4所示，由于钢轨、弹扣、轨枕7组成的钢轨系统产生微小形变，即产出轨道6偏移量，由此，PSD探测芯片9可获取相应偏移数据。

此时，通过所述控制器即可实现对相应偏移数据的收集。所述控制器为工控机，其通过光纤实现与检测组件的通信，其具有较高的可靠性。所述控制器安装有信号采集和分析软件，该软件工作人员可以直接使用，也就是说，PSD探测芯片9获取偏移数据后，将该数据传递至控制器进行分析处理。此外，本实施例具有服务器，所述控制器完成数据处理后，即可将处理过后的数据上传至服务器，以便用户查看。

在另外一些实施例中，上述信号采集和分析软件具有报警插件，能够实现对数据的监控，主动发现异常数据并上报。需要强调的是，上述信号采集和分析软件、报警插件均是用户可以直接使用。

此处需要说明的是，脱轨系数所描绘的曲线，可以通过上述软件实现。

为了更好的使用本实施例，还包括号码识别组件5，用于识别确定轨道车辆的车号，以及车厢号。

在本实施例中，所述号码识别组件5采用图像识别技术，该技术能够实现轨道车辆上的车号和车厢号，由此，结合计轴传感器3反馈的数轴信息，即可准确定位待检车轮。当用户通过判断系统监测到某一待检车轮存在损伤/缺陷时，即可准确获取相应的定位信息。所述号码识别组件5可根据现场安装条件设置于隧道壁或立柱上。

在本实施例中，两根轨道6上均设有检测组件，一般来说，任意一根轨道6设置6组垂向检测组件1和1组横向检测组件2。通过6组垂向检测组件1反馈的实际轮轨力拼接，即可实现待检车轮碾压轨道6时，整个圆周上的垂向轮轨力连续测量，确保无数据丢失；1组横向检测组件2可实现对横向轮轨力测量，结合垂向轮轨力，即可计算脱轨系数和车体晃动等轨道车辆运行品质。

如图5和图6所示，根据PSD探测芯片9的不同安装方式，即可实现不同方向轮轨力的测量。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种轨道车辆的车轮品质判断方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在轨道上连续安装多组检测组件，每组检测组件独立且对应安装于相邻的两块轨枕之间；

S2、在多组检测组件之前第一距离安装计轴传感器，以定位待检车轮的位置；

S3、通过多组检测组件获取每组检测组件检测待检车轮通过时的轨道偏移量；

S4、根据轨道偏移量获取待检车轮通过对应检测组件所在轨道第一长度范围内的实际轮轨力；

S5、以第一长度的中心为标点，以标点为中心取第二长度范围内的实际轮轨力；

S6、将多个以第二长度截取的实际轮轨力拼接，获得整个待检车轮圆周的实际波形；

S7、根据实际波形与标准波形对比，判断待检车轮是否存在缺陷或损伤。

2.如权利要求1所述的一种轨道车辆的车轮品质判断方法，其特征在于，还包括如下步骤：

S201、获取样板轮的重量；

S202、以样板轮通过检测组件，获取样板轮通过检测组件时的标准偏移量；

S203、根据标准偏移量获得样板轮的实际波形。

3.如权利要求1所述的一种轨道车辆的车轮品质判断方法，其特征在于，还包括如下步骤：

S501、获取检测组件的采样频率；

S502、获取待检车轮通过检测组件时的速度；

S503、根据采样频率和速度，在第一长度范围内，截取第二长度的实际轮轨力。

4.如权利要求1所述的一种轨道车辆的车轮品质判断方法，其特征在于，还包括如下步骤：

S101、在所述多组检测组件之前第二距离设置开机传感器，用于开启检测组件。

5.如权利要求4所述的一种轨道车辆的车轮品质判断方法，其特征在于，所述第二距离为100～150m。

6.如权利要求5所述的一种轨道车辆的车轮品质判断方法，其特征在于，还包括如下步骤：

S102、在所述多组检测组件之后第三距离设置关机传感器，用于确定轨道车辆是否完全通过检测组件，并在判断轨道车辆完全通过检测组件后，关闭检测组件。

7.如权利要求1所述的一种轨道车辆的车轮品质判断方法，其特征在于，所述实际轮轨力包括：

待检车轮通过检测组件时产生的横向力和垂向力；

所述车轮品质判断方法还包括如下步骤：

S504、基于横向力和垂向力，计算车辆脱轨系数。

8.一种轨道车辆的车轮品质判断系统，其特征在于，应用于如权利要求1～7任一项所述的一种轨道车辆的车轮品质判断方法，所述检测系统包括：

计轴传感器，用于定位待检车轮；

多组检测组件，任意一组检测组件设置于任意相邻的两块轨枕之间，且多组检测组件位于同一根轨道的其中一侧；以及

控制器，所述控制器分别与计轴传感器和检测组件通信连接；

任意一组检测组件包括：

PSD探测芯片，所述PSD探测芯片与控制器通信连接；以及

激光器，用于发射激光，将激光击打在PSD探测芯片上。

9.如权利要求8所述的一种轨道车辆的车轮品质判断系统，其特征在于，还包括：

号码识别组件，用于识别确定轨道车辆的车号，以及车厢号。

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