CN115753994A - 一种基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法；该方法通过正常行驶的列车向设置有传感器的轨道施加激励力；分别通过所述第一传感器获取所述激励力产生的第一响应值，通过所述第二传感器获取所述激励力产生的第二响应值；根据所述第一响应值和所述第二响应值确定所述轨道的振动变化趋势；通过分析所述振动变化趋势，判断所述轨道的缺陷类型。本发明将激励力发射源与采集振动数据的传感器拆分成两个独立部分，产生激励力的发射源和采集振动数据的传感器均不会对列车的正常行驶造成影响。

Description

一种基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法

技术领域

本发明主要涉及轨道检测技术领域，尤其涉及一种基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法。

背景技术

伴随着轨道列车的不断提速，运输能力不断提高以及重载列车的不断发展，对铁路线路的要求也不断提高，钢轨是整个铁道线路的重要组成部分，其本身的健康情况直接影响铁路的运输安全，因此能够及时准确地检测出钢轨及扣件等部件的缺陷，对保障铁路行车安全以及发展下一代轨道列车有重要的意义。

现有轨检技术中，是通过让搭载有传感设备的轨检车上路行驶向轨道施加激励力以收集相关轨道数据，并通过分析收集到的轨道数据来判断轨道的缺陷。但由于轨检车自身转向架结构中包含一系弹簧和二系弹簧，其在工作状态下产生的振动将对探测信号造成影响，从而导致检测数据的失真，继而影响缺陷判断的准确度。而且，轨检车上路检测时必须确保检测路段内无其他列车运行，可能影响运营列车的正常调度，从而造成轨道交通运输混乱。轨检车监测线路上行驶时，所引起的震动同样也会对轨道造成磨耗和损坏，甚至可能会对轨道造成二次伤害。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有技术无法在运营列车正常行驶时段检测轨道的问题，提供一种基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，包括以下步骤：

步骤S1，通过正常行驶的列车向设置有传感器的轨道施加激励力；

其中，所述传感器包括沿所述列车行进方向间隔设置于所述轨道上的第一传感器和第二传感器；

步骤S2，分别通过所述第一传感器获取所述激励力产生的第一响应值，通过所述第二传感器获取所述激励力产生的第二响应值；

步骤S3，根据所述第一响应值和所述第二响应值确定所述轨道的振动变化趋势；

步骤S4，通过分析所述振动变化趋势，判断所述轨道的缺陷类型。

上述基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，优选地，所述第一传感器和所述第二传感器均为加速度传感器。

上述基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，优选地，所述第一传感器和所述第二传感器均用于采集所述轨道竖向振动产生的加速度数据。

上述基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，优选地，所述第一传感器和所述第二传感器沿所述轨道的延伸方向分别设置于所述轨道不同截面的相同部位处。

上述基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，优选地，还包括用于将响应值转化成加速度傅里叶频谱图的振动测试仪；所述振动测试仪分别信号连接所述第一传感器和所述第二传感器。

上述基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，优选地，所述步骤S3，具体包括：

步骤S31，通过所述振动测试仪分别将所述第一响应值转化成第一加速度傅里叶频谱图，将所述第二响应值转化成第二加速度傅里叶频谱图；

步骤S32，比对所述第一加速度傅里叶频谱图和所述第二加速度傅里叶频谱图，并分别从包括振幅和频率方面确定所述轨道的振动变化趋势。

上述基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，优选地，所述步骤S4之前，还包括：

步骤S5，利用步骤S1至步骤S3的方法检测存在已知标准缺陷类型的轨道，以获得标准变化趋势。

上述基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，优选地，所述标准缺陷类型包括扣件松弛、扣件断裂、钢轨隐性裂痕、钢轨半断裂和钢轨断裂中任意一项或多项组合。

上述基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，优选地，当所述列车与沿行进方向的第一个所述传感器的距离达到触发阈值时，所述第一传感器和所述第二传感器同步开始获取响应值。

上述基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，优选地，当所述列车行驶至所述第一传感器和所述第二传感器的中点位置时，所述第一传感器和所述第二传感器同步停止获取响应值。

与现有技术相比，本发明的优点在于：将激励力发射源与采集振动数据的传感器拆分成两个独立部分。一方面，采集振动数据的传感器只需安装于轨道上以获取反映振动情况的加速度数据，不会对列车的正常行驶造成干扰；另一方面，借助正常行驶的列车作为激励力的发射源，有效利用现有条件，将正常行驶中的运营列车化作测试设备，由于利用正常行驶的列车替代了造价高昂且阻碍运营列车正常通行的轨检车，不会影响运营列车的正常调度。

附图说明

图1是本发明基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法的流程示意图；

图2是本发明基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法的位置关系示意图(第一视角)；

图3是本发明基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法的位置关系示意图(第二视角)；

图4是实测正常轨道时第一传感器的振动数据示意图；

图5是实测正常轨道时第二传感器的振动数据示意图；

图6是实测断裂轨道时第一传感器的振动数据示意图；

图7是实测断裂轨道时第二传感器的振动数据示意图。

图中各标号表示：1、第一传感器；2、第二传感器；3、振动测试仪；4、激励力施加点；5、检测段。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

请参照图1至图3，本发明提供的一种基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，包括以下步骤：

步骤S1，通过正常行驶的列车向设置有传感器的轨道施加激励力；

其中，所述传感器包括沿所述列车行进方向间隔设置于所述轨道上的第一传感器1和第二传感器2；

步骤S2，分别通过所述第一传感器1获取所述激励力产生的第一响应值，通过所述第二传感器2获取所述激励力产生的第二响应值；

步骤S3，通过比对所述第一响应值和所述第二响应值确定所述轨道的振动变化趋势；

步骤S4，通过分析所述振动变化趋势，判断所述轨道的缺陷类型。

将激励力发射源与采集振动数据的传感器拆分成两个独立部分，一方面，采集振动数据的传感器只需安装于轨道上以获取反映振动情况的加速度数据，不会对列车的正常行驶造成干扰；另一方面，借助正常行驶的列车作为激励力的发射源，有效利用现有条件，列车轮对与轨道的接触点即为激励力施加点4，列车通过该点将力传递至轨道，以产生振动，本发明将正常行驶中的运营列车化作测试设备，由于利用正常行驶的列车替代了造价高昂且阻碍运营列车正常通行的轨检车，不会影响运营列车的正常调度。不仅如此，相对于现有的轨检车缓慢的行驶、检测速度，本发明可以同时在不同区段进行多组试验且不影响运营列车的正常通行，从而能够极大地缩短检测时长、提高检测效率。在通过分析所述振动变化趋势判断所述轨道的缺陷类型时，包括分析振动变化趋势与标准变化趋势的对比结果，根据二者的对比，能够找到相似缺陷，从而帮助判断。

优选地，所述第一传感器1和所述第二传感器2均为加速度传感器。加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成，传感器在加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值。在本发明中，需要获得包括轨道振动频率和振幅的数据，振动是一种加速度随时间变化的往复运动，利用所述加速度传感器采集振动过程中的加速度的变化，就能反映出振动的相关特性。

优选地，所述第一传感器1和所述第二传感器2均用于采集所述轨道竖向振动产生的加速度数据。在所述激励力的作用下，所述轨道发生振动，由于利用行驶中的列车作为激励力的施加主体，所述列车在行进过程中对所述轨道多产生竖向作用，因而所述轨道的振动以竖向为主，所以通过所述传感器采集竖向振动能够最为灵敏地反映出轨道的振动状态。

优选地，所述第一传感器1和所述第二传感器2沿所述轨道的延伸方向分别设置于所述轨道不同截面的相同部位处。由于所述振动变化趋势是由所述第一传感器1采集到的所述第一响应值和所述第二传感器2采集到的所述第二响应值的变化转化而来，为了减小由于传感器的设置位置差异造成的误差，所述第一传感器1和所述第二传感器2均设置于所述轨道的轨头处或均设置于所述轨道的轨腰处或均设置于所述轨道的轨底处。

优选地，还包括用于将响应值转化成加速度傅里叶频谱图的振动测试仪3；所述振动测试仪3分别信号连接所述第一传感器1和所述第二传感器2。通过设置所述振动测试仪3，能够将所述第一传感器1采集到的所述第一响应值和所述第二传感器2采集到的所述第二响应值转化成加速度傅里叶频谱图，以图像的形式呈现给检测人员，使得检测人员能够更为直观地读取数据。

优选地，所述步骤S3，具体包括：

步骤S31，通过所述振动测试仪3分别将所述第一响应值转化成第一加速度傅里叶频谱图，将所述第二响应值转化成第二加速度傅里叶频谱图；

步骤S32，比对所述第一加速度傅里叶频谱图和所述第二加速度傅里叶频谱图，并分别从包括振幅和频率方面确定所述轨道的振动变化趋势。

所述轨道的振动变化趋势是指所述轨道在设置有所述第一传感器1的第一检测点处的振动频率与振动幅度相对于设置有所述第二传感器2的第二检测点处的振动频率与振动幅度的变化关系。所述第一检测点与所述第二检测点之间的所述轨道即为检测段5，当所述检测段5内的所述轨道存在缺陷时，振动波由一个传感器传向另一个传感器时将在频率和振幅上发生明显变化，检测人员就是根据这种变化的趋势对所述轨道的缺陷进行判断。

优选地，所述步骤S4之前，还包括：

步骤S5，利用步骤S1至步骤S3的方法检测存在已知标准缺陷类型的轨道，以获得标准变化趋势。在本发明中，判断轨道缺陷类型的方法需要将现场采集到的振动数据与标准变化趋势进行比对，因此，我们必须事先采集各种标准缺陷状态下的所述轨道的振动变化趋势。例如，在一段半断裂的钢轨两端分别设置一个传感器，通过行驶的列车向轨道施加激励力，通过两个传感器分别获得响应值，并将其转化成加速度傅里叶频谱图，通过比对两幅加速度傅里叶频谱图就能知道在标准的半断裂的钢轨的这种缺陷下，轨道的振动变化将有何种趋势。当在实际检测中获得的振动变化趋势与之相同或相似时，便可判断该检测段内存在半断裂的钢轨这种缺陷。

优选地，所述标准缺陷类型包括扣件松弛、扣件断裂、钢轨隐性裂痕、钢轨半断裂和钢轨断裂中任意一项或多项组合。轨道可能存在的缺陷有多种，且一段所述检测段5内可能同时存在多种缺陷，在获取所述标准缺陷下的振动变化趋势时，应当进行缺陷组合。

优选地，当所述列车与沿行进方向的第一个所述传感器的距离达到触发阈值时，所述第一传感器1和所述第二传感器2同步开始获取响应值。当所述列车距离较远时，虽然所述传感器能够采集到振动信息，但是由于振幅过小，在进行数据处理时存在较大困难，也容易产生较大误差。检测人员根据路况和车况设置合适的触发阈值，当所述列车与沿行进方向的第一个所述传感器的距离达到触发阈值时，传感器将能获得有效的振动信息，此时触发所有传感器同时开始获取响应值。

优选地，当所述列车行驶至所述第一传感器1和所述第二传感器2的中点位置时，所述第一传感器1和所述第二传感器2同步停止获取响应值。所述第一传感器1和所述第二传感器2只需获得一段时间内的响应值即可生成对应的加速度傅里叶频谱图，并可通过对所述加速度傅里叶频谱图进行比对得出结论。如当列车驶离检测区段时传感器继续获取响应值，可能会因外界振动干扰结果，故在所述列车行驶至所述第一传感器1和所述第二传感器2的中点位置时令所述第一传感器1和所述第二传感器2同步停止获取响应值。

请参照图4至图7，展示了部分实测振动数据。从实测数据中可以获知，检测正常轨道时，第一传感器的相应频谱到第二传感器的响应频谱的变化趋势是：振动频率几乎不变，振幅有所降低；检测断裂轨道时，第一传感器的相应频谱到第二传感器的响应频谱的变化趋势是：振动频率降低，振幅大幅下降，至原振幅的0-5％。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1，通过正常行驶的列车向设置有传感器的轨道施加激励力；

其中，所述传感器包括沿所述列车行进方向间隔设置于所述轨道上的第一传感器(1)和第二传感器(2)；

步骤S2，分别通过所述第一传感器(1)获取所述激励力产生的第一响应值，通过所述第二传感器(2)获取所述激励力产生的第二响应值；

步骤S3，根据比对所述第一响应值和所述第二响应值确定所述轨道的振动变化趋势；

步骤S4，通过分析所述振动变化趋势，判断所述轨道的缺陷类型。

2.根据权利要求1所述的基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，其特征在于，所述第一传感器(1)和所述第二传感器(2)均为加速度传感器。

3.根据权利要求1所述的基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，其特征在于，所述第一传感器(1)和所述第二传感器(2)均用于采集所述轨道竖向振动产生的加速度数据。

4.根据权利要求1所述的基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，其特征在于，所述第一传感器(1)和所述第二传感器(2)沿所述轨道的延伸方向分别设置于所述轨道不同截面的相同部位处。

5.根据权利要求1所述的基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，其特征在于，还包括用于将响应值转化成加速度傅里叶频谱图的振动测试仪(3)；所述振动测试仪(3)分别信号连接所述第一传感器(1)和所述第二传感器(2)。

6.根据权利要求5所述的基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，其特征在于，所述步骤S3，具体包括：

步骤S31，通过所述振动测试仪(3)分别将所述第一响应值转化成第一加速度傅里叶频谱图，将所述第二响应值转化成第二加速度傅里叶频谱图；

步骤S32，比对所述第一加速度傅里叶频谱图和所述第二加速度傅里叶频谱图，并分别从包括振幅和频率方面确定所述轨道的振动变化趋势。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，其特征在于，所述步骤S4之前，还包括：

步骤S5，利用步骤S1至步骤S3的方法检测存在已知标准缺陷类型的轨道，以获得标准变化趋势。

8.根据权利要求7所述的基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，其特征在于，所述标准缺陷类型包括扣件松弛、扣件断裂、钢轨隐性裂痕、钢轨半断裂和钢轨断裂中任意一项或多项组合。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，其特征在于，当所述列车与沿行进方向的第一个所述传感器的距离达到触发阈值时，所述第一传感器(1)和所述第二传感器(2)同步开始获取响应值。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的基于列车行驶中产生激励的检测多种轨道缺陷的方法，其特征在于，当所述列车行驶至所述第一传感器(1)和所述第二传感器(2)的中点位置时，所述第一传感器(1)和所述第二传感器(2)可同步停止获取响应值。

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